JPS60238754A - ガスセンサー - Google Patents
ガスセンサーInfo
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- JPS60238754A JPS60238754A JP60094549A JP9454985A JPS60238754A JP S60238754 A JPS60238754 A JP S60238754A JP 60094549 A JP60094549 A JP 60094549A JP 9454985 A JP9454985 A JP 9454985A JP S60238754 A JPS60238754 A JP S60238754A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/42—Measuring deposition or liberation of materials from an electrolyte; Coulometry, i.e. measuring coulomb-equivalent of material in an electrolyte
- G01N27/44—Measuring deposition or liberation of materials from an electrolyte; Coulometry, i.e. measuring coulomb-equivalent of material in an electrolyte using electrolysis to generate a reagent, e.g. for titration
-
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
（発明の背景）
本発明は一方のガスの存在下に、該一方のガスの電気化
学生成物と反応性の他方のガスを測定する（例えば、酸
素の存在下に二酸化炭素を測定する）ガスセンサーに関
する。医療用用途には酸素を含有する吐息の二酸化炭素
含有量および血液のＣＯ，テンションの分析が望まれて
いる。
学生成物と反応性の他方のガスを測定する（例えば、酸
素の存在下に二酸化炭素を測定する）ガスセンサーに関
する。医療用用途には酸素を含有する吐息の二酸化炭素
含有量および血液のＣＯ，テンションの分析が望まれて
いる。
（発明の内容）
即ち、本発明は一方のガスの存在下に、該一方のガスの
電気化学生成物と反応性を有する他方のガスを測定する
センサーであって、前記２種類のガスを透過する膜と、
該膜により保持される両方のガスと電気化学生成物との
ための溶媒と、該溶媒と接触する作用電極および対電極
と、該作用電極に対して前記一方のガスを電解して電気
化学生成物を形成する電位を所定時間付与した後任意の
間隔をあけて、該電気化学生成物をガスに再生する電位
を順次印加する手段と、再生電位時および所望により第
１吹型位時に流れる電流を測定する手段とを何する一方
のガスの存在下に他方のガスを測定するカスセンサーを
提供する。
電気化学生成物と反応性を有する他方のガスを測定する
センサーであって、前記２種類のガスを透過する膜と、
該膜により保持される両方のガスと電気化学生成物との
ための溶媒と、該溶媒と接触する作用電極および対電極
と、該作用電極に対して前記一方のガスを電解して電気
化学生成物を形成する電位を所定時間付与した後任意の
間隔をあけて、該電気化学生成物をガスに再生する電位
を順次印加する手段と、再生電位時および所望により第
１吹型位時に流れる電流を測定する手段とを何する一方
のガスの存在下に他方のガスを測定するカスセンサーを
提供する。
また、本発明は一方のガスの存在下に、該一方のカスの
電気化学生成物と反応性の他方のガスを測定する方法で
あって、該方法か片側において府記両者のカスと電気化
学生成物のための溶媒を保持する（該両方のガスを透過
ずろ）膜の他方の側にカスを通し、該溶媒に接触する作
用電気により所定時間（溶存した）一方のガスを電解し
て電気化学生成物を形成する電位を印加し、次いで該作
用電極を通じて該電気化学生成物をガスに再生する電位
を印加し、所定の時点または所定の総和期間で再生電位
時に流れる電流を測定し、更に該測定電流（総和電流（
ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）、即ち、チャ
ージ）か他方のガスの不存在下の電流より小さい場合の
差により該他方の電流の濃度を測定することよりなる一
方のガスの存在下に他方のガスを測宇−Ａ−スナ力士 所望により、該一方のガスを一時電位時に流れる電流の
測定により決定してもよい。
電気化学生成物と反応性の他方のガスを測定する方法で
あって、該方法か片側において府記両者のカスと電気化
学生成物のための溶媒を保持する（該両方のガスを透過
ずろ）膜の他方の側にカスを通し、該溶媒に接触する作
用電気により所定時間（溶存した）一方のガスを電解し
て電気化学生成物を形成する電位を印加し、次いで該作
用電極を通じて該電気化学生成物をガスに再生する電位
を印加し、所定の時点または所定の総和期間で再生電位
時に流れる電流を測定し、更に該測定電流（総和電流（
ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）、即ち、チャ
ージ）か他方のガスの不存在下の電流より小さい場合の
差により該他方の電流の濃度を測定することよりなる一
方のガスの存在下に他方のガスを測宇−Ａ−スナ力士 所望により、該一方のガスを一時電位時に流れる電流の
測定により決定してもよい。
他方のガスは二酸化炭素てあってもよい。一方のガスは
酸素であっても良い。溶媒はジメチルスルホキシドであ
ってもよい。−力のガスが酸素の場合に溶媒にプロピレ
ンカーボネートを用いると、これが酸素の電気化学還元
生成物と反応性が高いので好ましくない。作用電極は金
で、対電極は白金であってもよい。照合電極は銀／塩化
銀であってもよい。
酸素であっても良い。溶媒はジメチルスルホキシドであ
ってもよい。−力のガスが酸素の場合に溶媒にプロピレ
ンカーボネートを用いると、これが酸素の電気化学還元
生成物と反応性が高いので好ましくない。作用電極は金
で、対電極は白金であってもよい。照合電極は銀／塩化
銀であってもよい。
膜のガス側に特定濃度の一方のガス（以下、酸素という
）を接して、−吹型位を所定の時間印加した場合、特定
量の電解還元された酸素、即ち超酸化生成物Ｃ５ｕｐｅ
ｒｏｘＩｄｅ） Ｏ？−か形成される。
）を接して、−吹型位を所定の時間印加した場合、特定
量の電解還元された酸素、即ち超酸化生成物Ｃ５ｕｐｅ
ｒｏｘＩｄｅ） Ｏ？−か形成される。
このイオンと反応するガスがない場合、再生電位は測定
し得る電流が流れるにつれて超酸化物のあるものを定量
的に酸素に戻す。しかしなから、このイオンと反応する
カス（以下、二酸化炭素という）が存在する場合、二酸
化炭素はその全てが反応し終わるまで超酸化物と反応し
て生成物を形成する。即ち、超酸化物が二酸化炭素を「
滴定」する。
し得る電流が流れるにつれて超酸化物のあるものを定量
的に酸素に戻す。しかしなから、このイオンと反応する
カス（以下、二酸化炭素という）が存在する場合、二酸
化炭素はその全てが反応し終わるまで超酸化物と反応し
て生成物を形成する。即ち、超酸化物が二酸化炭素を「
滴定」する。
次いて、再生電位は残存する超酸化物の予測し得るフラ
クションを、対応するより小さな電流のみを流すことに
より酸化する。電流、即ち、チャージの差が最初に存在
する二酸化炭素の量を表わす。
クションを、対応するより小さな電流のみを流すことに
より酸化する。電流、即ち、チャージの差が最初に存在
する二酸化炭素の量を表わす。
再生電流が０の場合、全ての超酸化物が二酸化炭素に使
用されたことを意味する。換言すれば、酸素に比較して
二酸化炭素の量が多く、使用したパラメータではこの方
法を用いて測定し得ない。この場合、所定期間（酸素還
元期間）を他のステップより長めにとってもよい。
用されたことを意味する。換言すれば、酸素に比較して
二酸化炭素の量が多く、使用したパラメータではこの方
法を用いて測定し得ない。この場合、所定期間（酸素還
元期間）を他のステップより長めにとってもよい。
本発明を、図面を参照して実施例により説明する。
第１図は本発明のガスセンサーを示す。
第２図は操作時にガスセンサーに付与した電圧および電
流と時間の関係を示す図である。
流と時間の関係を示す図である。
第３図、第４図および第５図は血液ＣＯ２の１ｎ−ｖｉ
ｖｏ測定に用いる本発明のガスセンサーの異なる形態を
示す。
ｖｏ測定に用いる本発明のガスセンサーの異なる形態を
示す。
第１図において、三つの電極（１１２および３）は不活
性絶縁ブロック（４）に保持されている。電極は（Ｉｌ
ａ）でブロック（４）にンールされた膜（１１）により
保持された約０．１Ｊのジメヂルスルホキシド（ＤＭＳ
Ｏ）に接している。膜（ＩＩ）は厚さ１０μで、膜の外
側が接触するガス状酸素および二酸化炭素に対して透過
性である。
性絶縁ブロック（４）に保持されている。電極は（Ｉｌ
ａ）でブロック（４）にンールされた膜（１１）により
保持された約０．１Ｊのジメヂルスルホキシド（ＤＭＳ
Ｏ）に接している。膜（ＩＩ）は厚さ１０μで、膜の外
側が接触するガス状酸素および二酸化炭素に対して透過
性である。
電極（１）は金製の作用電極である。電極（２）は白金
製の対電極である。図示されてはいないが、対電極は環
状であっても良く、作用電極（１）のまわりにリングを
形成してらよい。電極（３）は銀／塩化銀の照合電極で
ある。
製の対電極である。図示されてはいないが、対電極は環
状であっても良く、作用電極（１）のまわりにリングを
形成してらよい。電極（３）は銀／塩化銀の照合電極で
ある。
コントロールボックス（２０）は予め決められた順序で
電位を変化して電極（１）にか０るようにプログラムさ
れている。電流はインジケータ（２２）を備える電流計
（２１）により測定される。
電位を変化して電極（１）にか０るようにプログラムさ
れている。電流はインジケータ（２２）を備える電流計
（２１）により測定される。
使用に際し二酸化炭素は有しないが、はぼ１５〜２０％
の酸素濃度を有すると思われるガスを膜（１１）上に通
過させる。コントロールボックス（２０）は第２図に示
すように、電圧Ｖ（Ａｇ／Ａｇｃ、２照合電極との差）
を作用電極（１）に、時点Ａまでは−０４Ｖ１時点Ｂま
では−１，ＯＶ、時点Ｃまでは−０，４Ｖ、時点りまテ
ｌ；ｌニー １ 、 ＯＶ（７）ように印加する。期間
ＡＢおよびＣＤはＩＯミリセカンド（ｍｓ）てあり、Ｂ
Ｃは１００ｍ５である。また、ＡＢとＣＤが５０ｍ５で
、ＢＣが２００ｍ５であってもよい。期間ＡＢおよびＣ
Ｄでは作用電極（１）て以下の反応が起こる。
の酸素濃度を有すると思われるガスを膜（１１）上に通
過させる。コントロールボックス（２０）は第２図に示
すように、電圧Ｖ（Ａｇ／Ａｇｃ、２照合電極との差）
を作用電極（１）に、時点Ａまでは−０４Ｖ１時点Ｂま
では−１，ＯＶ、時点Ｃまでは−０，４Ｖ、時点りまテ
ｌ；ｌニー １ 、 ＯＶ（７）ように印加する。期間
ＡＢおよびＣＤはＩＯミリセカンド（ｍｓ）てあり、Ｂ
Ｃは１００ｍ５である。また、ＡＢとＣＤが５０ｍ５で
、ＢＣが２００ｍ５であってもよい。期間ＡＢおよびＣ
Ｄでは作用電極（１）て以下の反応が起こる。
Ｏ３＋ｅ → ０；−
生成物の量は総電流（ｉ）から直接推定し得る。
また、Ａ後のある時点、例えば八°での「スポット」電
流の測定および比較あるいはＡ’Ｂ’（Ｂ’はＢ後のあ
る時点）にわたる短い期間の総和電流（ｉｎｔｅｇｒａ
ｔｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）の測定および比較により推定
し得る。ＤＭＳＯ中での前記の如き還元反応に供される
溶存酸素の濃度は、もちろん周囲ガスの酸素の分圧に比
例する。信頼性を高めるために、更にｌまたは数回の対
応する期間Ｃ’ Ｄ’ （図示されていない）において
電流計（２１）により総和電流の測定を行ない、（数回
の場合）それらの平均値を計算する。たとえ２ｏザイク
ルの平均をとったとしでも、２＋秒にすぎない。インジ
ケータ（２２）は電流、即ち、チャージを示し、ガス中
の酸素濃度を示す。
流の測定および比較あるいはＡ’Ｂ’（Ｂ’はＢ後のあ
る時点）にわたる短い期間の総和電流（ｉｎｔｅｇｒａ
ｔｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）の測定および比較により推定
し得る。ＤＭＳＯ中での前記の如き還元反応に供される
溶存酸素の濃度は、もちろん周囲ガスの酸素の分圧に比
例する。信頼性を高めるために、更にｌまたは数回の対
応する期間Ｃ’ Ｄ’ （図示されていない）において
電流計（２１）により総和電流の測定を行ない、（数回
の場合）それらの平均値を計算する。たとえ２ｏザイク
ルの平均をとったとしでも、２＋秒にすぎない。インジ
ケータ（２２）は電流、即ち、チャージを示し、ガス中
の酸素濃度を示す。
Ｏ；−（超酸化物）イオンはＤＭＳＯ中で短い期間安定
である。ＢＣの間には以下の反応が作用電極（１）に起
こる Ｏ；−→ ｏ２＋ｅ 反応の割合は全ての０；−が酸素に変化するにつれてＯ
になる傾向を有する。電流計（２１）に示さろた電流は
曲線Ｘてあり、曲線Ｘは既に推定された酸素濃度におい
て二酸化炭素が含まれていないことを示すことがインジ
ケータ（２２）により解る。
である。ＢＣの間には以下の反応が作用電極（１）に起
こる Ｏ；−→ ｏ２＋ｅ 反応の割合は全ての０；−が酸素に変化するにつれてＯ
になる傾向を有する。電流計（２１）に示さろた電流は
曲線Ｘてあり、曲線Ｘは既に推定された酸素濃度におい
て二酸化炭素が含まれていないことを示すことがインジ
ケータ（２２）により解る。
例えば、５％の体積濃度において二酸化炭素がガスに対
して収容される。
して収容される。
ＡＢおよびＣＤ間の電流は酸素濃度が一定に保たれてい
るならば、予測し得る。しがしながら、Ｏ；−か作用電
極（１）上で生成するので、以下の反応が液体ＤＭＳＯ
（１０）中で起こる０；−＋ ＣＯ２→ 生成物 作用電極（１）を再生電位（既述した）に切り換えると
、以下の電極反応が始まる。
るならば、予測し得る。しがしながら、Ｏ；−か作用電
極（１）上で生成するので、以下の反応が液体ＤＭＳＯ
（１０）中で起こる０；−＋ ＣＯ２→ 生成物 作用電極（１）を再生電位（既述した）に切り換えると
、以下の電極反応が始まる。
０；−→ ０２＋ｅ
作用電極（１）での再生に用いられるＣ Ｏ２との（均
一）反応後に残存する超酸化物の量は、二酸化炭素の景
に正比例して減少する。このことは電流計（２１）に示
される電流に反映し、曲線ｙとして表イつれる。曲線ｙ
がその酸素濃度において５％の二酸化炭素濃度を示すこ
とはインジケータ（２２）により解る。従って、このよ
うな条件下でセルを操作することにより、インジケータ
はガス混合物中の酸素および二酸化炭素濃度を示す（但
し、前述したように酸素に対してその一部分より多い量
の二酸化炭素を含む混合物、即ち、医療用の用途には希
な混合物は除く）。
一）反応後に残存する超酸化物の量は、二酸化炭素の景
に正比例して減少する。このことは電流計（２１）に示
される電流に反映し、曲線ｙとして表イつれる。曲線ｙ
がその酸素濃度において５％の二酸化炭素濃度を示すこ
とはインジケータ（２２）により解る。従って、このよ
うな条件下でセルを操作することにより、インジケータ
はガス混合物中の酸素および二酸化炭素濃度を示す（但
し、前述したように酸素に対してその一部分より多い量
の二酸化炭素を含む混合物、即ち、医療用の用途には希
な混合物は除く）。
第３〜５図は本発明ガスセンサーの別の態様を示し、全
て第１図のセンサーと同じ電気化学的原理で作動する。
て第１図のセンサーと同じ電気化学的原理で作動する。
対応する部分には同じ数字をイ」シている。第３〜５図
は実際に血液ガス分析の１ｎ−ｖｉｖｏセンザセン用い
るように縮尺されていない。
は実際に血液ガス分析の１ｎ−ｖｉｖｏセンザセン用い
るように縮尺されていない。
このような用途には、記載部分の長さは１００ｍｍ。
直径は１ｍｍの２／３が好適である。
作用電極（１）、即ち酸素還元用カソードは金、銀また
は白金製であり、第３図ではＰＴＦＥ絶縁スリーブ（ｌ
ａ）で部分的に保護されている。第４図では、作用電極
（１）は金属化層で（後述の）膜（１１）の環状部分の
内側に形成される。第５図ではカソード（＋）はツメチ
ルスルホキシド（１０）の薄い層によりＰＴＦＥ膜（１
１）より分離された中空の銀シリンダである。第４図お
よび第５図のシリンダ状カソードを短かくしてリングを
形成してもよい。
は白金製であり、第３図ではＰＴＦＥ絶縁スリーブ（ｌ
ａ）で部分的に保護されている。第４図では、作用電極
（１）は金属化層で（後述の）膜（１１）の環状部分の
内側に形成される。第５図ではカソード（＋）はツメチ
ルスルホキシド（１０）の薄い層によりＰＴＦＥ膜（１
１）より分離された中空の銀シリンダである。第４図お
よび第５図のシリンダ状カソードを短かくしてリングを
形成してもよい。
アノード（２）（対電極）は銀製であり、ＰＴＦＥ絶縁
スリーブ（２ａ）により部分的に保護されていてもよい
。
スリーブ（２ａ）により部分的に保護されていてもよい
。
ＰＴＦＥ膜（１１）を母液に浸漬し、この膜を介して溶
存酸素および二酸化炭素がジメチルスルホキシド（１０
）に拡散する。
存酸素および二酸化炭素がジメチルスルホキシド（１０
）に拡散する。
第１図は本発明のガスセンサーを示す。
第２図は操作時にガスセンサーに付与した電圧および電
流と時間の関係を示す図である。 第３図、第４図および第５図は血液ＣＯ３の１ｎ−ｖｉ
ｖｏ測定に用いる本発明のガスセンサーの異なる形態を
示す。 図中の記号、（１）は作用電極、（２）は対電極、（３
）は照合電極、（４）は絶縁ブロック、（ｌＯ）は溶媒
、（１１）は膜、（２０）はコントロールボックス、（
２１）は電流計、（２２）はインジケータを示す。 特許出願人 ナショナル・リサーチ・ ディベロップメント・ 第１頁の続き ０発 明 者 アンソニー・ジョン・ イギリス国イマ
ーチン・クームズ ２代Ｏ・ピー チモンド・口 ＠発明者ハンフリー・ジョン・ イギリス国スジャーデ
イン・ドラモ ７・ニス・ダ□ンド 地の表示なし゛ ＠発明者 クライブ・ノ１ン イギリス国イ３・エイ・ ｌ旙 ／クランド、ロンドン ニス・タフリュウ−・キュー、
ウェスト・ウィンブルドン、リツード ４幡 コツトランド、パース ピー・エイチ・２グリユー、エ
ラル、メギンチ参カースル（番）
流と時間の関係を示す図である。 第３図、第４図および第５図は血液ＣＯ３の１ｎ−ｖｉ
ｖｏ測定に用いる本発明のガスセンサーの異なる形態を
示す。 図中の記号、（１）は作用電極、（２）は対電極、（３
）は照合電極、（４）は絶縁ブロック、（ｌＯ）は溶媒
、（１１）は膜、（２０）はコントロールボックス、（
２１）は電流計、（２２）はインジケータを示す。 特許出願人 ナショナル・リサーチ・ ディベロップメント・ 第１頁の続き ０発 明 者 アンソニー・ジョン・ イギリス国イマ
ーチン・クームズ ２代Ｏ・ピー チモンド・口 ＠発明者ハンフリー・ジョン・ イギリス国スジャーデ
イン・ドラモ ７・ニス・ダ□ンド 地の表示なし゛ ＠発明者 クライブ・ノ１ン イギリス国イ３・エイ・ ｌ旙 ／クランド、ロンドン ニス・タフリュウ−・キュー、
ウェスト・ウィンブルドン、リツード ４幡 コツトランド、パース ピー・エイチ・２グリユー、エ
ラル、メギンチ参カースル（番）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、一方のガスの存在下に、該一方のガスの電気化学生
成物と反応性を有する他方のガスを測定するセンサーで
あって、前記２種類のガスを透過する膜と、該膜により
保持される両方のガスと電気化学生成物とのための溶媒
と、該溶媒と接触する作用電極および対電極と、該作用
電極に対して前記一方のガスを電解して電気化学生成物
を形成オろ電位を所定時間例与した後、任意の間隔をあ
（）で、該電気化学生成物をガスに再生する電位を順次
印加する手段と、再生電位時および所望により第１吹型
位時に流れる電流を測定する手段とを有する一方のガス
の存在下に他方のガスを測定するガスセンサー。 ２ 更に印加電位のモニターのために用いられろ前記溶
媒と接触する照合電極を有する第１項記３、第１次電解
筒位が還元電位である第１項または第２項記載のガスセ
ンサー。 ４一方のガスの存在下に、該一方のガスの電気化学生成
物と反応性の他方のガスを測定する方法であって、該方
法が片側において前記両者のガスと電気化学生成物のた
めの溶媒を保持する（該両方のガスを透過する）膜の他
方の側にガスを通し、該溶媒に接触する作用電気により
所定時間（溶存した）一方のガスを電解して電気化学生
成物を形成する電位を印加し、次いで該作用電極を通じ
て該電気化学生成物をガスに再生する電位を印加し、所
定の時点または所定の総和期間で再生電位時に流れる電
流を測定し、更に該測定電流（総和電流（ｉｎｔｅｇｒ
ａＬｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）、即ち、チャージ）が他方
のガスの不存在下の電流より小さい場合の差により該他
方の電流の濃度を測定することよりなる一方のガスの存
在下に他方のガスを測定する方法。 ５ 前記一方のガスを最初の電位時に流れる電方法。 ６ 第１次印加電位が溶解された一方のガスを還元ずろ
第４項または第５項記載の方法。 ７６他方のガスか二酸化炭素である第４〜６項いずれか
に記載の方法。 ８、一方のガスが酸素である第７項記載の方法。 ９ 溶媒がジメチルスルホキシドである第４項〜第８項
いずれかに記載の方法。 １０、溶媒がジメチルスルホキシドである第１〜３項い
ずれかに記載のガスセンサー。 １１ 作用電極が金である第１〜３項または第１０項い
ずれかに記載のカスセンサー。 １２ 対電極が白金である第１〜３項または第１０項も
しくは第１１項いずれかに記載のガスセンサ１３ 照合
電極か銀／塩化銀である第１〜３項または第１Ｏ〜１２
項いずれかに記載のガスセンサ１４ 添付図面記載の第
１項記載のガスセンサー。 １５ 添付図面の第２図に従う第４〜９項いヤれかに記
載の他方のガスの存在下に一方のガスを測定する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8411448 | 1984-05-04 | ||
| GB848411448A GB8411448D0 (en) | 1984-05-04 | 1984-05-04 | Gas sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60238754A true JPS60238754A (ja) | 1985-11-27 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP (1) | JPS60238754A (ja) |
| DE (1) | DE3580788D1 (ja) |
| GB (2) | GB8411448D0 (ja) |
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-
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-
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-
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