JPH0678987B2 - 水素センサ - Google Patents
水素センサInfo
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- JPH0678987B2 JPH0678987B2 JP10059786A JP10059786A JPH0678987B2 JP H0678987 B2 JPH0678987 B2 JP H0678987B2 JP 10059786 A JP10059786 A JP 10059786A JP 10059786 A JP10059786 A JP 10059786A JP H0678987 B2 JPH0678987 B2 JP H0678987B2
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- Japan
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- hydrogen
- gas
- solid compound
- catalytic metal
- light absorption
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
- G01N21/783—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour for analysing gases
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、触媒金属内に解離吸着した水素原子による固
体化合物の還元で生じた光吸収量の変化を利用して水素
又含水素化合物ガスを検出するようにした水素センサに
関する。
体化合物の還元で生じた光吸収量の変化を利用して水素
又含水素化合物ガスを検出するようにした水素センサに
関する。
（従来技術） 近年、クリーンエネルギとして水素が有望視されてお
り、その効率的利用方法の研究と相俟って水素自体を検
出する水素センサの研究開発が押し進められている。
り、その効率的利用方法の研究と相俟って水素自体を検
出する水素センサの研究開発が押し進められている。
本願発明者等は既に特願昭58−147749号において、触媒
金属内に解離吸着した水素原子による固体化合物の還元
による光吸収量の変化を利用して水素を安全に検出する
ことのできる水素センサを提案している。これによれば
水素又含水素化合物ガスを解離吸着するパラジウムPd等
の触媒金属と、三酸化タングステンWO3等の固体化合物
とを積層に形成し、触媒金属からの水素原子が固体化合
物内に侵入すると、還元作用により水素ガスの濃度に応
じて光吸収量が変化する。こ光吸収量の変化に基づき水
素ガスを光学的に検出するようにしている。
金属内に解離吸着した水素原子による固体化合物の還元
による光吸収量の変化を利用して水素を安全に検出する
ことのできる水素センサを提案している。これによれば
水素又含水素化合物ガスを解離吸着するパラジウムPd等
の触媒金属と、三酸化タングステンWO3等の固体化合物
とを積層に形成し、触媒金属からの水素原子が固体化合
物内に侵入すると、還元作用により水素ガスの濃度に応
じて光吸収量が変化する。こ光吸収量の変化に基づき水
素ガスを光学的に検出するようにしている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような水素センサにおいては、第４
図に示すように、監視区域の雰囲気中に含まれる水素又
は含水素化合物ガスの接触を受けたときに水素原子によ
る還元で固体化合物の光吸収量は速やかに変化し、立上
がり時間は比較的短い時間であるにもかかわらず、水素
ガスが雰囲気中から無くなった場合に固定化合物の光吸
収量が元の状態に回復するまでの立下がり時間は触媒金
属内の自然拡散によって固体化合物の光吸収量の回復を
待つ方式をとっているため、比較的長い時間（例えば立
上がり時間の３〜５倍程度）を要していしまい、全体と
して測定に要する測定所要時間が長くなってしまうとい
う問題があった。
図に示すように、監視区域の雰囲気中に含まれる水素又
は含水素化合物ガスの接触を受けたときに水素原子によ
る還元で固体化合物の光吸収量は速やかに変化し、立上
がり時間は比較的短い時間であるにもかかわらず、水素
ガスが雰囲気中から無くなった場合に固定化合物の光吸
収量が元の状態に回復するまでの立下がり時間は触媒金
属内の自然拡散によって固体化合物の光吸収量の回復を
待つ方式をとっているため、比較的長い時間（例えば立
上がり時間の３〜５倍程度）を要していしまい、全体と
して測定に要する測定所要時間が長くなってしまうとい
う問題があった。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、水素
又は含水素化合物ガスを解離吸着する触媒金属と、この
触媒金属中の水素原子により還元されて光吸収量が変化
する固体化合物との積層構造をもつ検出素子を有する常
温動作型の水素センサの検出示器の検出動作後の回復応
答性を改善することにより、水素検出に要する検出所要
時間を短縮することができる水素センサを提供すること
を目的とする。
又は含水素化合物ガスを解離吸着する触媒金属と、この
触媒金属中の水素原子により還元されて光吸収量が変化
する固体化合物との積層構造をもつ検出素子を有する常
温動作型の水素センサの検出示器の検出動作後の回復応
答性を改善することにより、水素検出に要する検出所要
時間を短縮することができる水素センサを提供すること
を目的とする。
この目的を達成するため本発明は、水素又は含水素化合
物ガスを解離吸着する触媒金属と、この触媒金属中の水
素原子により還元される固体化合物との積層構造を備
え、触媒金属前面に空気中の水分子を吸着する親水性膜
を設けるようにしたものである。
物ガスを解離吸着する触媒金属と、この触媒金属中の水
素原子により還元される固体化合物との積層構造を備
え、触媒金属前面に空気中の水分子を吸着する親水性膜
を設けるようにしたものである。
（実施例） 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の一実施例を示した断面図である。まず
構成を説明すると、２は透明なガラス等を用いた基板で
あり、このガラス基板２の表面には固体化合物３とし
て、例えば三酸化タングステン（WO3）を所定の厚さに
蒸着し、続いて固体化合物３の上にパラジウム（Pd）で
成る触媒金属４を透明性を保つ程度に薄く蒸着してい
る。このように水素または含水素化合物ガスを解離吸着
する触媒金属４と触媒金属４からの水素原子により還元
される固体化合物３との積層構造を備え、更に触媒金属
４の前面には空気中の水分子を吸着する親水性膜５を設
けている。
構成を説明すると、２は透明なガラス等を用いた基板で
あり、このガラス基板２の表面には固体化合物３とし
て、例えば三酸化タングステン（WO3）を所定の厚さに
蒸着し、続いて固体化合物３の上にパラジウム（Pd）で
成る触媒金属４を透明性を保つ程度に薄く蒸着してい
る。このように水素または含水素化合物ガスを解離吸着
する触媒金属４と触媒金属４からの水素原子により還元
される固体化合物３との積層構造を備え、更に触媒金属
４の前面には空気中の水分子を吸着する親水性膜５を設
けている。
ここで触媒金属４の表面に親水性膜５を設ける理由は以
下の通りである。
下の通りである。
本願発明者等が別出願で明らかとするように、種々の実
験の結果から、固体化合物３と触媒金属４とによる積層
構造を備えた素子１に対して水蒸気等を供給する等して
素子１の表面を高湿度状態に保持すると、素子１の回復
応答性が改善されることに着目して素子１、即ち触媒金
属４の前面に空気中の水分子を吸着する親水性膜５を設
けて外部から水蒸気等を供給することなく、素子１の表
面を高湿度状態に保持すると同等の機能を与えるように
したものである。
験の結果から、固体化合物３と触媒金属４とによる積層
構造を備えた素子１に対して水蒸気等を供給する等して
素子１の表面を高湿度状態に保持すると、素子１の回復
応答性が改善されることに着目して素子１、即ち触媒金
属４の前面に空気中の水分子を吸着する親水性膜５を設
けて外部から水蒸気等を供給することなく、素子１の表
面を高湿度状態に保持すると同等の機能を与えるように
したものである。
この親水性膜５としては、例えばシリカ膜（SiO2）、若
しくは適宜の乾燥剤を緻密に且つ透明性を保つ程度に薄
く形成した膜等が用いられる。この乾燥剤としては、例
えば御酸化リン、塩化カルシウム、若しくは水酸化ナト
リウム等が用いられる。
しくは適宜の乾燥剤を緻密に且つ透明性を保つ程度に薄
く形成した膜等が用いられる。この乾燥剤としては、例
えば御酸化リン、塩化カルシウム、若しくは水酸化ナト
リウム等が用いられる。
また、固体化合物３としては三酸化タングステン（W
O3）の他に例えば三酸化モリブデン（MoO3）、二酸化チ
タン（TiO2）、水酸化イリジウム（Ir（OH）ｎ）、若し
くは五酸化バナジウム（V2O5）等が用いられ、また触媒
金属４としてはパラジウム（Pd）の他に例えば、白金
（Pt）等が用いられる。
O3）の他に例えば三酸化モリブデン（MoO3）、二酸化チ
タン（TiO2）、水酸化イリジウム（Ir（OH）ｎ）、若し
くは五酸化バナジウム（V2O5）等が用いられ、また触媒
金属４としてはパラジウム（Pd）の他に例えば、白金
（Pt）等が用いられる。
第１図に示した素子１は次のようにして光吸収量が変化
する。
する。
水素ガス（H2）が接触すると、触媒金属４により水素
（H2）は解離吸着して水素原子を触媒金属４の中に生成
し、この水素原子が固体化合物３の中に注入される。触
媒金属４による水素原子の注入を受けた固体化合物３
は、HxWO3に還元され、色中心密度が変化し光吸収量が
変化する。この固体化合物３の光吸収量の変化は、水素
ガス濃度の増加に応じて強くなる。勿論、素子１の近傍
から水素ガスが除去されると固体化合物３に注入された
プロトン（H+）が再び抜け出して固体化合物３は光吸収
量を減少し元のように透明な状態に戻る。
（H2）は解離吸着して水素原子を触媒金属４の中に生成
し、この水素原子が固体化合物３の中に注入される。触
媒金属４による水素原子の注入を受けた固体化合物３
は、HxWO3に還元され、色中心密度が変化し光吸収量が
変化する。この固体化合物３の光吸収量の変化は、水素
ガス濃度の増加に応じて強くなる。勿論、素子１の近傍
から水素ガスが除去されると固体化合物３に注入された
プロトン（H+）が再び抜け出して固体化合物３は光吸収
量を減少し元のように透明な状態に戻る。
このような素子１の光吸収現象は、水素ガス（H2）の他
に例えばアンモニアガス（NH3）、硫化水素ガス（H
2S）、シランガス（SiH4）等の含水素化合物ガスに対し
ても同様である。
に例えばアンモニアガス（NH3）、硫化水素ガス（H
2S）、シランガス（SiH4）等の含水素化合物ガスに対し
ても同様である。
第２図は第１図の素子１を用いた水素ガス検出装置の一
実施例を示した説明図である。
実施例を示した説明図である。
第２図において素子１はセル８内に配置され、セル８に
は試料ガスを導入するインレット14と試料ガスを排出す
るアウトレット15を設けると共に、素子１を挟み相対す
る位置に一対の窓16及び17を設けている。この一対の窓
16及び17の外側には、窓16側に光源７を、又窓17側には
受光素子９を配置して光源７からの光を窓16、素子１、
及び窓17を介して受光素子９に入射するようにしてい
る。光源７には電源６が接続され、光源７を連続発光、
若しくはパルス発光させている。受光素子９は検出回路
10に接続されており、受光素子９で得られた透過光量の
変化に応じた受光出力を電気的に検出し、試料ガスに含
まれる水素ガスを検出する。
は試料ガスを導入するインレット14と試料ガスを排出す
るアウトレット15を設けると共に、素子１を挟み相対す
る位置に一対の窓16及び17を設けている。この一対の窓
16及び17の外側には、窓16側に光源７を、又窓17側には
受光素子９を配置して光源７からの光を窓16、素子１、
及び窓17を介して受光素子９に入射するようにしてい
る。光源７には電源６が接続され、光源７を連続発光、
若しくはパルス発光させている。受光素子９は検出回路
10に接続されており、受光素子９で得られた透過光量の
変化に応じた受光出力を電気的に検出し、試料ガスに含
まれる水素ガスを検出する。
次に第３図を参照して作用を説明する。水素ガス、また
は含水素化合物ガス等の試料ガスがインレット14を介し
てセル８内に導入されると、固体化合物３の光吸収量が
増大し試料ガス中に含まれる水素ガス濃度に対応して固
体化合物３の光吸収量が変化する。この光吸収量の変化
は第３図に示すように測定開始から即ち、水素ガスを導
入してから、固体化合物３の光吸収量が速やかに変化
し、その立上り時間は比較的短い時間で変化してゆき、
やがて最大光吸収量ODmaxに到達する。
は含水素化合物ガス等の試料ガスがインレット14を介し
てセル８内に導入されると、固体化合物３の光吸収量が
増大し試料ガス中に含まれる水素ガス濃度に対応して固
体化合物３の光吸収量が変化する。この光吸収量の変化
は第３図に示すように測定開始から即ち、水素ガスを導
入してから、固体化合物３の光吸収量が速やかに変化
し、その立上り時間は比較的短い時間で変化してゆき、
やがて最大光吸収量ODmaxに到達する。
次に調整バルブ12を閉鎖して試料ガス、即ち水素ガスの
導入を遮断し、素子１をエアー雰囲気中に保持すると第
３図に示すように、それまで最大光吸収量ODmaxの状態
におかれた固体化合物３から水素原子が抜け出し、この
水素原子の減少に応じて光吸収量が減少し、徐々に元の
透明な状態に回復する。この回復の速度は従来例第４図
と比較する第３図からも明らかなように、立下り時間は
従来の略半分に短縮される。
導入を遮断し、素子１をエアー雰囲気中に保持すると第
３図に示すように、それまで最大光吸収量ODmaxの状態
におかれた固体化合物３から水素原子が抜け出し、この
水素原子の減少に応じて光吸収量が減少し、徐々に元の
透明な状態に回復する。この回復の速度は従来例第４図
と比較する第３図からも明らかなように、立下り時間は
従来の略半分に短縮される。
（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、水素または含
水素化合物ガスを解離吸着する触媒金属と触媒金属中の
水素原子により還元される固体化合物との積層構造を備
え、触媒金属前面に空気中の水分子を吸着する親水性膜
を設けるようにしたことで触媒金属と固体化合物との積
層構造で成る素子自体の回復応答性を改善することがで
き、水素検出に要する検出所要時間を大幅に短縮するこ
とができるという効果が得られる。
水素化合物ガスを解離吸着する触媒金属と触媒金属中の
水素原子により還元される固体化合物との積層構造を備
え、触媒金属前面に空気中の水分子を吸着する親水性膜
を設けるようにしたことで触媒金属と固体化合物との積
層構造で成る素子自体の回復応答性を改善することがで
き、水素検出に要する検出所要時間を大幅に短縮するこ
とができるという効果が得られる。
第１図は本発明の一実施例を示した説明図、第２図は第
１図の実施例を用いた装置構成の一例を示した説明図、
第３図は本発明の特性を示したグラフ、第４図は従来例
の特性を示したグラフである。 1:素子 2:基板 3:固体化合物 4:触媒金属 5:親水性膜 6:電源 7:光源 8:セル 9:受光素子 10:検出回路 11:試料ガス 12:調整バルブ 14:インレット 15:アウトレット 16,17:窓
１図の実施例を用いた装置構成の一例を示した説明図、
第３図は本発明の特性を示したグラフ、第４図は従来例
の特性を示したグラフである。 1:素子 2:基板 3:固体化合物 4:触媒金属 5:親水性膜 6:電源 7:光源 8:セル 9:受光素子 10:検出回路 11:試料ガス 12:調整バルブ 14:インレット 15:アウトレット 16,17:窓
Claims (1)
- 【請求項１】水素又は含水素化合物ガスを解離吸着する
触媒金属と、該触媒金属中の水素原子により還元される
固体化合物との積層構造を備え、前記触媒金属前面に空
気中の水分子を吸着する親水性膜を設けたことを特徴と
する水素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10059786A JPH0678987B2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 水素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10059786A JPH0678987B2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 水素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62257046A JPS62257046A (ja) | 1987-11-09 |
| JPH0678987B2 true JPH0678987B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=14278276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10059786A Expired - Lifetime JPH0678987B2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 水素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0678987B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2838333B2 (ja) * | 1991-10-30 | 1998-12-16 | 日本特殊陶業株式会社 | グルコース濃度測定装置及びグルコース濃度測定方法 |
| AU2001259456A1 (en) * | 2000-05-05 | 2001-11-20 | Midwest Research Institute | H02 doped w03, ultra-fast, high-sensitive hydrogen sensors |
| US7419635B2 (en) * | 2000-05-05 | 2008-09-02 | Midwest Research Institute | Pd/V2O5 device for colorimetric H2 detection |
| US8084265B2 (en) | 2001-05-05 | 2011-12-27 | Alliance for Sustianable Energy, LLC | Method and Pd/V2 O5 device for H2 detection |
| JP2007248424A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-09-27 | Atsumi Tec:Kk | 水素センサ |
| US8048384B1 (en) * | 2010-08-31 | 2011-11-01 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Chemochromic hydrogen sensors |
| CN116773613B (zh) * | 2023-06-21 | 2025-10-21 | 电子科技大学 | 一种三氧化钼的氢气传感器湿度增益膜 |
-
1986
- 1986-04-30 JP JP10059786A patent/JPH0678987B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62257046A (ja) | 1987-11-09 |
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