JPH062212U - ガルバニ電池式溶存酸素センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 隔膜交換容易かつ長期間安定かつ信頼性の高
いガルバニ電池式溶存酸素センサを提供する 【構成】 容器本体１の外側面に付設された正極５と、
容器本体１の正極５の外周に凹設されたＯリング装着部
１ａと、Ｏリング装着部１ａに装着されたＯリング６
と、正極５とＯリング６とを覆う隔膜４と、隔膜４及び
Ｏリング５を押圧するための押え蓋２と、隔膜４の外表
部に配設された隔膜保護用金属メッシュ７とを備え、環
状押え蓋２とＯリング装着部とでＯリング５と隔膜４と
を押圧することにより、隔膜４と正極３との密着、隔膜
４の固定及び電解液９の封止がなされると共に、隔膜保
護用金属メッシュ７により、センサ内圧上昇による隔膜
４の膨脹や破損を防ぐことができるよう構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、水溶液中の溶存酸素量を測定するためのガルバニ電池式溶存酸素セ ンサに関するものである。さらに詳しくは、なかでも培養槽における使用にみら れるような、高温の蒸気による滅菌処理の繰り返しに耐え、さらに特性を維持す ることを目的とするガルバニ電池式溶存酸素センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

電気化学式酸素センサは正極としての触媒電極と、負極としての鉛電極と、電 解液と、酸素は透過するが水蒸気は透過しにくいフッ素系樹脂の隔膜から構成さ れているのが一般的である。

【０００３】 そしてその隔膜の配設であるが、気中型の酸素センサの場合には、酸素の濃度 拡散が速いために、正極を覆う隔膜の外側に、保護のためのキャップを設けても ガスの流通路を確保しておけば良かった。ところが、水中型の溶存酸素センサの 場合には、この薄くて弱い隔膜を外部に露出させる必要があり、伸びや破損を防 ぐよう、取扱いに注意が必要であった。

【０００４】 隔膜を外部に露出させる理由は、水中での溶存酸素の拡散速度が非常に遅いた めである。つまり、気中と異なり水中では、正極で消費される酸素を濃度拡散だ けで補うことはできず、溶存酸素量の正確な測定のためには、正極の電極面積が 極小であるような特殊な場合を除き、被検水が常に流れていることが必要であり 、その流れを妨げないために、検知部である隔膜は、最も外側に位置し、そして その周辺はできるだけ突起物のないように設計されていた。

【０００５】 ところで、近年バイオテクノロジ−の発展が著しいが、培養する対象も植物細 胞からさらに最近では動物細胞へ、また、短期培養に加えて長期培養もおこなわ れるようになってきており、槽の運転条件を制御するためのパラメ−タに、温度 、ｐＨなど従来からあるものに、ＤＯ値も加えたいという要求が生まれてきてい る。

【０００６】 ここで、培養槽における溶存酸素センサの使用を考えた場合、高温の蒸気によ る滅菌処理を施してもセンサの性能が維持されることが必要最低の条件になって くる。センサを構成する部品の耐熱性はいうまでもないが、最も注意を払われる べきところは隔膜の保護である。前述のように隔膜を外部に露出させながら、隔 膜の破損を防ぐにはノウハウが必要である。すなわち、滅菌処理によりセンサ内 部と測定環境との間で圧力差が生じた場合、何も対策を施さなければ、例えば電 解液の沸騰による内圧上昇により隔膜が伸ばされ、そのまま元に戻らないなど、 不具合が生じる。これではセンサ出力は不安定になる。

【０００７】 もちろん、これまでにも培養槽向けにいくつか溶存酸素センサが開発され、市 販されてきた。それらは、たとえば開実昭５８−６９２７４号にみられるように 、センサの胴体に均圧孔を設けセンサ内外の圧力差を補償する方法や、特開昭６ ２−２７６５７号のように、センサの内圧が上昇したときの出力への影響を除く ために、隔膜の外側にクッションをかませたうえでさらに外側から金属金網で覆 い、隔膜を安定させる方法である。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

培養槽において溶存酸素センサを使用するには、高温の蒸気による滅菌処理の 際の、センサの内圧上昇による隔膜の伸びまたは破損を防ぐことが、センサ開発 のポイントとなってくるが、上述のセンサの胴体に均圧孔を設ける方式では、均 圧孔を通じて蒸気が入り込み、また内部電解液が噴出し、結果として電解液が薄 められてしまい、センサ出力が滅菌処理を繰り返すごとに低下し、最終的には出 力しなくなるという問題があった。また、最近では雑菌の影響を完全に除くため に、滅菌条件も、従来１２１℃で２０〜３０分であったものが、１３０℃で１時 間の滅菌をおこなう例もあり、その場合、電解液の噴出がより激しいと考えられ る。さらに、電解液が噴出することはすなわち培地への不純物混入を意味するの で、その点からも均圧孔を有する方式は、都合が悪い。

【０００９】 均圧孔を持たない完全密閉構造にすれば上記の問題点は解決できるが、薄くて 強度の低い隔膜をいかにして保護するかを考えることが必要である。そこに鑑み 、隔膜を金属金網で覆い、内圧の上昇に対しても隔膜が変化しないようにしたセ ンサがある。これは、特開昭６２−２７６５７号により示されるが、これをその まま培養槽向けに用いることはできない。それは、この方法によれば、隔膜の固 定方法としてヒ−トシ−ルや接着で固定しなければならず、隔膜の材質が限定さ れるうえ、本体材質に熱可塑性樹脂を用いるので、耐熱性が不足するからである 。

【００１０】 本考案は上記のような課題を解決するために成されたものであり、その目的と するところは、均圧孔を持たない密閉構造でありながら蒸気滅菌に耐えられるよ うな、長寿命で安定なガルバニ電池式溶存ガスセンサセンサを提供することにあ る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

そこで、本考案では、酸素の電気化学的還元反応に有効な触媒電極からなる正 極と、鉛からなる負極と、電解液と、これらを収納する容器と、正極の外側に配 設された隔膜とで基本的に構成される隔膜式溶存ガスセンサにおいて、容器本体 の外側面に付設された正極と、容器本体の正極の外周に凹設されたＯリング装着 部と、Ｏリング装着部に装着されたＯリングと、正極とＯリングとを覆う隔膜と 、隔膜及びＯリングを押圧するための押え蓋と、隔膜の外表部に配設された隔膜 保護用金属メッシュとを備え、環状押え蓋とＯリング装着部とでＯリングと隔膜 とを押圧することにより、隔膜と正極との密着、隔膜の固定及び電解液の封止が なされると共に、隔膜保護用金属メッシュにより、センサ内圧上昇による隔膜の 膨脹や破損を防ぐことができるよう構成されたことを特徴とする隔膜式溶存ガス センサとすることにより、前記課題を解決せんとするものである。

【００１２】

【作用】 隔膜の固定および電解液の封止にＯリングを用いた上述の構造をとることで、 耐熱性のあるフッ素系樹脂膜の使用を可能にし、高温の水蒸気による滅菌処理を おこなってもその前後で変わらぬ出力特性、出力レベル、応答速度を維持せしめ る。さらに、隔膜外表面の金属メッシュによりセンサ内圧上昇による隔膜の膨脹 や破損を防ぐことができる。しかも、本発明は、Ｏリングを使った隔膜固定と電 解液封止において、隔膜押さえ蓋と容器とで作られるＯリング溝の形成を工夫す ることで、Ｏリングがつぶれたときに隔膜が凸状に伸ばされるようにでき、その 結果検知部である陰極部分を最外部に位置させ、しかもその検知部を突起物のな い形状にすることができる。また、検知部の突起をなくすことにより、水の流れ が妨げられることによる出力低下を最小限にし、かつ、検知部へ気泡が溜まるの を防ぎ、とくに発泡をともなうような反応が起こっている液中での測定にあって も、気泡が原因となる測定誤差の発生を防ぐ。

【００１３】

【実施例】

以下、図面を参照して本考案の好適な一実施例を説明する。図１に本考案の一 実施例に係るガルバニ電池式溶存酸素センサの断面構造を示す。同図において、 １は容器本体、５は容器本体の外側面に付設された正極、１ａは容器本体１の正 極５の外周に凹設されたＯリング装着部、６はＯリング装着部１ａに装着された Ｏリングと、４は正極５とＯリング６とを覆う隔膜と、２は隔膜及びＯリングを 押圧するための押え蓋、７は隔膜の外表部に配設された隔膜保護用金属メッシュ 、である。

【００１４】 耐熱性のフッ素樹脂からなる容器本体１に、ステンレス製の押さえ蓋２が締め 付けリング３によりねじ締めされる。その際、厚み２５μｍの４フッ化エチレン −６フッ化プロピレン共重合体膜からなる隔膜４は、ポ−ラスカ−ボンに金蒸着 を施した触媒電極としての正極５に密着するように、シリコン製のＯリング６に より固定される。ここで、Ｏリング６は容器本体１と押さえ蓋２とに挟まれてつ ぶされるが、それにより、隔膜４の固定のみならず容器本体１内部と外部とを隔 てるよう封止する役割も担う。また、隔膜４はＯリング６の変形にともない凸型 に伸ばされるが、Ｏリング６のつぶれ代はいつも一定であるので、これにより隔 膜４はいつも一定の張り具合で正極５に密着し、例えば隔膜４を交換したときで もセンサ出力のばらつきを最小限にすることに寄与する。また、押さえ蓋２は、 正極部分に穴を開けたド−ナツ状をしており、Ｏリング６を押さえ付けて固定さ れた後は、その外面は正極５と同じ高さになるように設計されている。さらに、 押さえ蓋２の外側には隔膜保護用金属メッシュ７が設けてある。この実施例では 、正極にあたる部分だけがエッチングによりメッシュ加工された厚み０．１ｍｍ のステンレス網が、スポット溶接により押さえ蓋２に固定されている。その他、 本体１内部には、酢酸を主成分とする電解液（ｐＨ＝６）８が入れられ、鉛から なる負極９、チタン線からなる正極リ−ド１０、そして検出抵抗１１よりセンサ が構成されている。

【００１５】 図２に、上記実施例で得られたガルバニ電池式溶存酸素センサの、滅菌処理繰 り返しごとのセンサ出力の変化を示す。図中、横軸は滅菌処理繰り返し回数［回 ］、縦軸はセンサの出力電圧を、初期値を１００としたときの相対値で示す。試 験は、電気式オ−トクレ−ブを用いて、センサを１２８℃で１時間滅菌処理をし 、その後オ−トクレ−ブから取り出して３７℃の恒温水槽に浸漬して冷却し、そ こでの出力を記録した（大気飽和水中出力）。図２は、この操作を繰り返した結 果であるが、５０回以上に亘りセンサ出力は安定している。図には示さないが、 大気飽和水中出力の測定と共に、無水亜硫酸ナトリウム水溶液中でのセンサ出力 （０ｐｐｍ液中出力）もあわせて測定し、それが電流値に直して０．２μＡ以下 で安定していることを確認している。また、センサ出力の直線性が保持されてい ることも確認している。また、本発明の実施例では、これまで述べてきた構造に 加えて、本願出願人による特公平３−２２５９号に係る特殊電解液（酢酸−酢酸 カリ−酢酸鉛の混合水溶液）を用いているので、炭酸ガスの影響をまったく受け ず、しかも長寿命である。この電解液は、液性がｐＨ＝６と酸性側にあるため、 アルカリ性電解液を使う従来のタイプのセンサで問題になっていた炭酸ガスによ る影響を全く受けない。また、この電解液は、電極反応の結果負極において生成 するＰｂＯの溶解度が、アルカリ性電解液（従来タイプ）のそれに比べて１０倍 以上と大きく、センサは長寿命となる。従って、本発明を用いれば、特に長期培 養に適した培養槽向けのガルバニ電池式溶存酸素センサを提供することができる 。

【００１６】

【考案の効果】

上述のとおり本考案によれば、均圧孔からの電解液の噴出による培地の汚染が 起こらず、センサ内圧上昇による隔膜の膨脹や破損が防げ、繰り返し滅菌の可能 な、安定で、しかも隔膜交換も容易に行うことができるガルバニ電池式溶存酸素 センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す横断面図である。

【図２】本考案の一実施例であるセンサの、滅菌繰り返
しによる出力レベルの変化を示す図である。

【符号の説明】

１ 容器本体 ２ 押さえ蓋 ３ 締め付けリング ４ 隔膜 ５ 正極 ６ Ｏリング ７ 金属メッシュ ８ 電解液 ９ 負極

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素の電気化学的還元反応に有効な触媒
   電極からなる正極と、鉛からなる負極と、電解液と、こ
   れらを収納する容器と、正極の外側に配設された隔膜と
   で基本的に構成されるガルバニ電池式溶存酸素センサに
   おいて、 容器本体（１）の外側面に付設された正極（５）と、 容器本体（１）の正極（５）の外周に凹設されたＯリン
   グ装着部（１ａ）と、 Ｏリング装着部（１ａ）に装着されたＯリング（６）
   と、 正極（５）とＯリング（６）とを覆う隔膜（４）と、 隔膜（４）及びＯリング（５）を押圧するための押え蓋
   （２）と、 隔膜（４）の外表部に配設された隔膜保護用金属メッシ
   ュ（７）とを備え、 環状押え蓋（２）とＯリング装着部とでＯリング（５）
   と隔膜（４）とを押圧することにより、隔膜（４）と正
   極（３）との密着、隔膜（４）の固定及び電解液（９）
   の封止がなされると共に、隔膜保護用金属メッシュ
   （７）により、センサ内圧上昇による隔膜（４）の膨脹
   や破損を防ぐことができるよう構成されたことを特徴と
   する隔膜式溶存ガスセンサ。