JPH03188366A - 電気化学式ガスセンサによる混合ガスの分析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、混合ガスの構成割合をガス透過係数の異なる
隔膜を装着した複数個の電気化学式ガスセンサを用いて
分析する方法に関するものである。

さらに詳しくは、混合ガスの構成４分それぞれに対する
出力定数と構成々分の構成割合との積の和で表される混
合ガス中での該センサの出力を連立させることにより混
合ガスの構成割合を算出し、分析する方法に関するもの
である。

従来の技術 電気化学式ガスセンサとは、電気化学的に被検知ガスを
酸化還元して電流あるいは電圧に変換するデバイスであ
り、代表的なものに定電位電解式ガスセンサとガルバニ
電池式ガスセンサがある。

前者においては、被検知ガスの種類により電解電位がそ
れぞれ異なることを利用して多成分ガスの場合、いくつ
かの電解電位を適当に選び、特定成分を選択的に検知し
、構成４分の構成割合を分析するものである。

また後者においては、特定の成分を選択的に透過させる
隔ＷＡまたは、特定の成分に対して活性な触媒電極をセ
ンサに装着し、特定成分を選択的に検知することで多成
分ガス中の特定成分の構成割合を分析するものである。

発明が解決しようとする課題 しかし、定電位電解式ガスセンサにおいては、他の成分
と目的とする成分の電解電位が近い場合、電解電位の決
定が非常に困難であったり、目的外の成分を除去するた
めに吸着剤を用いたりする必要がある。

また、ガルバニ電池式ガスセンサにおいては、目的とす
る成分を選択的に透過させる隔膜や目的とする成分に対
してのみ活性な触媒電極を選定するのはかなり困難で、
多成分ガスの分析はほとんど不可能である。

課題を解決するための手段 本発明は、ガス透過係数の異なる被検知混合ガスの構成
４分の内、目的とする成分と同数のセンサを用い、目的
とする各々の構成４分の出力定数と構成割合との積の和
で表されるという電気化学センサの性質を利用して混合
ガス中での該センサの出力を連立させて混合ガスの構成
割合を算出することで上述の如き問題を解決しようとす
るものである。

作用 Ｎ個の構成４分ａ、ｂ・・・ｎより成る混合ガスの各成
分に対するＮ個の電気化学式ガスセンサの出力は下式で
表される。

ｙａＫ＝ａｍ　・Ｃａ　　（１−ａ） Ｙ　ｂｘ＝ｂ　ｘ　・Ｃａ　　（１”　）Ｙｍｚ＝ｎｘ
　　−ｃｍ　　　（１−ｎ）ここで、Ｙ　ａ　Ｘ　、　
Ｙ　ｂ　Ｋ”’　Ｙ　ａ　ｌＬは、ガスａ、ｂ−ｎそれ
ぞれと不活性ガスとの混合ガス中でのセンサＸの出力で
あり、Ｃｍ、Ｃｂ・・・Ｃ，は、ガスａ、ｂ・・・ｎの
濃度である。また、ａｘ、ｂｘ・・・ｎｘはセンサＸの
ガスａ、ｂ・・・ｎそれぞれに対する出力定数であり、
センサに用いる隔膜のガス透過係数や、各成分単体中で
のセンサ出力、構成々分とその割合が自明なガス中での
センサ出力等より算出することができる。

そこで、定電位電解式ガスセンサの場合、作用極の電位
を混合ガスの各成分がすべて限界電流を示す電位に設定
すれば、混合ガス中での該センサの出力は下式で表され
るという性質をもっている。

Ｙ、＝Ｙ、、＋Ｙｂ、＋・・・ＹｌｌＩｌ＝＝ａＩｌＨ
ｃａ　＋　ｂｗ　・ｃｂ　＋＝・ｎｘ　・Ｃｍ　（２ｘ
）ここで、 Ｙ８：センサＸの混合ガス中での出力 またガルバニ電池式ガスセンサにおいても、作用極と対
極間に接続される検出抵抗値を混合ガスの各成分がすべ
て限界電流を示すよう設定すれば、定電位電解式ガスセ
ンサの場合と同様に、上式（２−ｘ）が得られる。Ｎ個
の化学式センサについて、Ｎ個の上式（２−ｘ）が得ら
れればそれらを連立して解くことにより混合ガスの各成
分の構成割合が求まる。

実施例 以下、本発明をガス透過係数の興なる隔膜を装着した２
ケの定電位電解式ガスセンサにより一酸化炭素（ＣＯ）
と水素（Ｎ２）　、さらに窒素（Ｎ２）の混合ガスを分
析した実施例により説明する。

用いたセンサの概略図を第１図に示す。

ＡＢＳ樹脂より成る本体１と酢酸と酢酸カリウムの混合
水溶液より成る電解液２、白金（Ｐｔ）からなる作用極
３、二酸化鉛（Ｐｂ０２）より成る対＠４、さらに、作
用極３の近傍に設置されたｐｂｏ２より成る参照極５と
隔ＷＡ６より構成されている。

ここで、隔膜６としてテフロン膜を用いたものをセンサ
Ａ、またポリエチレン膜を用いたものをセンサＢとする
。また、ポテンシオスタットを用いて作用極３の電位を
参照極５に対し一３００＋１ｖに設定した。

まず、センサＡとセンサＢのＣＯおよびＮ２に対する出
力定数を求めるため、混合割合の自明なＣＯとＮ２また
はＮ２とＮ２の混合ガス中での出力を測定した。

第２図、第３図にセンサＡ、センサＢのＣＯおよびＮ２
に対する出力特性を示す。

第２図より、センサＡのＣＯおよび１１２Ｇ二対する出
力定数ａ　１　＋　ｂ　＋はそれぞれ０．１２．０．４
２であることがわかる。また、第３図よりセンサＢのＣ
Ｏおよび１１２に対する出力定数ａ２．ｂ２はそれぞれ
０．３５．０．３０である。

つまり、センサＡおよびセンサＢのＣＯおよび１１、、
Ｎ２混合ガス中での出力は式（２−Ｘ）より次式により
表される。

Ｙ　、　＝　０．４２Ｃｃｏ＋　０．１２Ｃ□　・・・
（３）Ｙ　ｘ　＝　０．３００　ｃｏ＋　ｏ、　３５Ｃ
Ｈ−・・・　（４）ここで、Ｙ、、Ｙ２は混合ガス中で
のセンサＡ。

Ｂの出力（ｎＶ）テあり、ＣＣＯ、ＣＨａはそれぞれＣ
Ｏ。

＋１２の濃度（％）である。

次に、センサＡおよびセンサＢのＣ０＝２０％。

Ｈ２＝５％、１４２＝７５％の混合ガス中での出力を測
定し、上式（３）、　　（４）より導き出した値が、混
合ガスの構成割合と一致するかを確かめた。

センサＡおよびセンサＢの混合ガス中での出力はそれぞ
れ９．００ｎｖ、　７．７５ｎｖであった。そこで、式
（３）　、　（４）より次の式が導かれ、ＣＣＯ，ＣＨ
ａが算出された。

９．００＝　０．４２Ｃｃｏ＋　０．１２Ｃ□７、７５
＝　０．３０Ｃｃｏ＋　０．３５ＣＩ４＊、“、　Ｃｃ
ｏ＝　２０、Ｃ，、＝５ 算出された値は、混合ガスの構成割合とよく一致した。

発明の効果 本発明による、電気化学式センサによる混合ガスの分析
方法は、従来化学式センサによる分析が不可能であった
種々の混合ガスの分析を可能にするため、産業上に寄与
すること非常に大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に用いた定電位電解型ガスセ
ンサの概略図である。 １・・・本体、２・・・電解液、３・・・作用極、４・
・・対極。 ５・・・参照極、６・・・隔膜 第２図は隔膜にテフロン膜を用いたセンサＡのＣＯおよ
び１１嘆に対する出力特性図であり、図３は隔膜にポリ
エチレン膜を用いたセンサＢのＣＯおよび１１２に対す
る出力特性図である。 牢　１　酊 ｖＰ　Ｚ　画 ポテンシオスタット ＲＶＪ　　　Ｃ 弁　３　目 め　　４Ｄ　　ぶ０８θ　　嵯 α’　８　ｋ　／２　）／　ｔ　ｅＰ）＠炭（ｘ　）手
続ネ市正書（自発） １．事件の表示 平成　１年 特許願第３２８９６９号 ２、発明の名称 電気化学式ガスセンサによる混合ガスの分析方法３、補
正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｎ個の構成々分ａ，ｂ・・・ｎより成る混合ガスの構成
   割合をガス透過係数の異なる隔膜を装着し、構成々分そ
   れぞれに対する出力特性をあらかじめ求めておいたＮ個
   の電気化学式ガスセンサの下式で表される混合ガス中で
   の出力を連立させることにより求めることを特徴とする
   電気化学式ガスセンサによる混合ガスの分析方法。 Ｙ＿ｘ＝ａ＿ｘ・ｃ＿ａ＋ｂ＿ｘ・ｃ＿ｂ＋・・・ｎ＿
   ｘ・ｃ＿ｎここで、 Ｙ＿ｘ：センサｘの混合ガス中での出力 （ｘ＝１，２，・・・Ｎ） ａ＿ｘ，ｂ＿ｘ，・・・ｎ＿ｘ：あらかじめ求めておい
   た、センサｘの構成々分ａ，ｂ ・・・ｎに対する出力定数 ｃ＿ａ，ｃ＿ｂ，・・・ｃ＿ｎ：構成々分ａ，ｂ，・・
   ・ｎの構成割合