[go: up one dir, main page]

DE102006014715B3 - Elektrochemischer Sensor aufweisend eine Mediator-Verbindung mit einem Festkörper - Google Patents

Elektrochemischer Sensor aufweisend eine Mediator-Verbindung mit einem Festkörper Download PDF

Info

Publication number
DE102006014715B3
DE102006014715B3 DE102006014715A DE102006014715A DE102006014715B3 DE 102006014715 B3 DE102006014715 B3 DE 102006014715B3 DE 102006014715 A DE102006014715 A DE 102006014715A DE 102006014715 A DE102006014715 A DE 102006014715A DE 102006014715 B3 DE102006014715 B3 DE 102006014715B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas sensor
electrochemical gas
sensor according
acid
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102006014715A
Other languages
English (en)
Inventor
Herbert Dr. Kiesele
Frank Mett
Sabrina Sommer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Draegerwerk AG and Co KGaA
Original Assignee
Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Draegerwerk AG and Co KGaA filed Critical Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority to DE102006014715A priority Critical patent/DE102006014715B3/de
Priority to US11/677,782 priority patent/US8268161B2/en
Priority to GB0705127A priority patent/GB2437610B/en
Priority to FR0702258A priority patent/FR2899335B1/fr
Application granted granted Critical
Publication of DE102006014715B3 publication Critical patent/DE102006014715B3/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/404Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/308Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells at least partially made of carbon
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/413Concentration cells using liquid electrolytes measuring currents or voltages in voltaic cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0042SO2 or SO3
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0044Sulphides, e.g. H2S

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Sensor, insbesondere für Gase, aufweisend eine Mediator-Verbindung, welche sowohl gesättigt in einem Elektrolyten (9) gelöst ist als auch als Bodenkörper (10) im Elektrolyten (9) vorliegt.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein elektrochemischer Sensor, insbesondere für Gase, aufweisend eine Mediator-Verbindung.
  • Elektrochemische Messzellen werden in breitem Umfang in der Stoffanalytik eingesetzt, wobei als wichtigste Messprinzipien die Potentiometrie, Voltammetrie/Polarographie, Coulometrie und Konduktometrie zu nennen sind. Auch ist die Verwendung elektrochemischer Messzellen für die Analytik von Gasen seit langem bekannt. Jedoch ist man bestrebt, neue immer empfindlichere und zuverlässigere Sensoren zu entwickeln, insbesondere wenn toxische Gase im ppb-Bereich zu detektieren und ggf. sogar quantitativ nachzuweisen sind.
  • Von derartigen elektrochemischen Gasdetektoren wird zum Zwecke einer hochempfindlichen Analytik gefordert, dass
    • • ein niedriger Grundstrom I0 gegeben ist,
    • • keine oder allenfalls eine nur sehr geringe Beeinflussung des Grundstroms I0 durch Schwankungen in der Luftfeuchte und/oder Lufttemperatur erfolgt,
    • • eine geringe Querempfindlichkeit auf Störgase besteht,
    • • eine geringe Doppelschichtkapazität der Messelektrode, insbesondere in Bezug auf dynamische Messverfahren, und
    • • eine hohe Langzeitstabilität gegeben ist.
  • Die Eigenschaften eines elektrochemischen Gassensors werden maßgeblich durch das Material, die Morphologie und die Schichtdicke der Messelektrode bestimmt.
  • Als Messelektrodenmaterial werden z.B. in US 3,795,589 Platin, Gold oder Graphit genannt. An den katalytisch hoch aktiven Edelmetallen Platin und Gold können sehr viele Gase direkt – d.h. ohne Mediator – umgesetzt werden. Die angestrebte Selektivität ist daher oft nicht erreichbar. Die Langzeitstabilität der katalytisch weniger aktiven Graphitelektroden ist gering und sie zeigen – je nach Elektrodenpotential – eine hohe Querempfindlichkeit auf NO bzw. NO2.
  • In der DE 199 39 011 C1 ist ein Sensor offenbart, dessen Messelektrode aus diamantartigem Kohlenstoff (DLC, Diamond like Carbon) besteht. Die DE 101 44 862-A1 hat eine Messelektrode aus Bor-dotiertem Diamant (BDD) zum Gegenstand. Diese Elektrodenmaterialien benötigen meist Mediatoren, da die meisten Gase an diesen Elektroden nicht direkt umgesetzt werden können.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gassensor mit einer reduzierten Querempfindlichkeit auf Störgase, einer kurzen Ansprechzeit und einer hohen Empfindlichkeit für das Analytgas bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch den in den unabhängigen Ansprüchen definierten Gegenstand gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben.
  • Erfindungsgemäß wird die Elektrolytlösung mit Mediator gesättigt, wobei der Mediator zusätzlich als Feststoff im Elektrolyten enthalten ist. Die Menge an Feststoff muss dabei so bemessen sein, dass auch bei den höchsten zugelassenen Temperaturen, meistens +60 Grad Celsius, noch eine ausreichende Menge an fester Mediatorsubstanz vorhanden ist.
  • Die Präparation kann so erfolgen, dass der den Mediator enthaltende Elektrolyt als heiße, gesättigte Lösung in den Sensor eingefüllt wird. Alternativ kann durch das Zusammengießen mehrerer Lösungen wird ein Niederschlag im Sensor erzeugt.
  • Weiterhin ist es möglich, Elektrolyt und Mediator in Form einer Suspension in den Sensor einzufüllen.
  • Ein Gassensor mit der erfindungsgemäß angegebenen. Mediatorsuspension hat den Vorteil, dass für alle Umgebungsbedingungen eine an Mediator gesättigte Lösung vorliegt. Das Signalverhalten ist daher von der relativen Luftfeuchte nahezu unabhängig. Da sich im Elektrolyten nahezu keine Konzentrationsgradienten ausbilden, ist der Sensor nicht schüttelempfindlich.
  • Besonders Vorteilhaft lässt sich ein Mediator einsetzen, der Übergangsmetallsalze mehrbasiger Säuren und/oder Übergangsmetallsalze von Polyhydroxycarbonsäuren enthält.
  • In Einzelnen handelt es sich bei diesen Mediator-Verbindungen um Verbindungen, welche neben zumindest einer Säuregruppe zumindest eine weitere Gruppe ausgewählt aus Hydroxy- und Säure-Gruppen aufweist. Insbesondere ist die Mediator-Verbindung ein Carbonsäuresalz aufweisend neben der einen Carbonsäure-Gruppe zumindest eine Hydroxygruppe, vorzugsweise zumindest zwei Hydroxy-Gruppen, und/oder zumindest eine weitere Carbonsäure-Gruppe. Geeignete Verbindungen sind auch Tetraborate, wie Natriumtetraborat oder Lithiumtetraborat.
  • Übergangsmetall-Salze, insbesondere Cu-Salze derartiger Mediatoren erlauben eine selektive Bestimmung von SO2. Derartige Mediator-Verbindungen lassen sich aber auch auf die Bestimmung der Konzentration anderer Zielgase, wie z.B. H2S, anwenden.
  • Überraschend hat sich gezeigt, dass unter den erfindungsgemäßen Mediator-Verbindungen die Fe3+-Salze wie Eisenhydrogenphthalat bzw. Eisenphthalat besonders geeignet für die Bestimmung von H2S einsetzbar sind. Die Bildung von elementarem Schwefel wurde nicht beobachtet. Derartige Sensoren zeigen im Gegensatz zu auf dem Markt befindlichen Sensoren auch keine Querempfindlichkeit auf SO2.
  • Die erfindungsgemäßen Mediatoren weisen weiterhin pH-Puffereigenschaften auf, so dass die Sensoren über viele Stunden ohne Empfindlichkeitsverlust begast werden können.
  • Vorzugsweise sind die Mediatoren in der flüssigen Gassensor-Zusammensetzung schwerlöslich. Die Verwendung von Suspensionen bzw. Lösungen des Mediators mit Bodenkörper bietet eine Reihe weiterer Vorteile, wie:
    • • konstante Mediator-Konzentration bei variabler Luftfeuchte,
    • • identische Gleichgewichtspotentiale an Mess- und Bezugselektrode,
    • • Filterwirkung des Bodenkörpers und
    • • Sensor kann unter anaeroben Bedingungen betrieben werden, falls die Bezugselektrode ebenfalls aus Kohlenstoff besteht und der Mediator deren Potential bestimmt.
  • Als Leitelektrolyte werden in wässriger Lösung vorzugsweise hygroskopische Alkali- oder Erdalkalimetallhalogenide, vorzugsweise Chloride, eingesetzt. Bei Verwendung organischer Lösemittel, wie z.B. Ethylencarbonat und/oder Propylencarbonat können z.B. auch Ammoniumhalogenide genutzt werden.
  • Bevorzugt sind Messelektroden aus diamantartigem Kohlenstoff (DLC, Diamand like Carbon), insbesondere solche, wie sie aus der DE 101 44 862-A1 bekannt sind, oder Messelektroden aus Bor-dotiertem Diamant (BDD), deren Elektrodenmaterial ein noch größeres Potentialfenster als DLC-Elektroden ermöglicht und auch bei extremen Anforderungen, z.B. bei Bestimmung eines Analyten mit extrem hohem Oxidationspotential bzw. sehr niedrigem Reduktionspotential, eingesetzt werden kann. Für viele Analyte reicht DLC aus, das einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
  • Die Offenbarung der DE 199 39 011-C1, in der Messelektroden aus diamantartigem Kohlenstoff und der DE 101 44 862-A1, aus der Messelektrode aus Bor dotiertem Diamant (BDD) offenbart sind, wird durch Bezugnahme insbesondere hinsichtlich des Aufbaus des Gassensors und im Speziellen hinsichtlich der Messelektrode hiermit ausdrücklich auch zum Gegenstand der Offenbarung der vorliegenden Erfindung gemacht.
  • Es wird vermutet, dass das BDD- und DLC-Elektrodenamterial in Kombination mit redox-inaktiven Elektrolyten stets eines Analyten bedarf, der zu einen "outer sphere electron transfer" (Elektronentransfer der äußeren Schalen) im Kontakt mit der Elektrode fähig ist. Da nach bisheriger Erfahrung nur wenige Zielgase einen derartigen Ladungstransfer zwischen Elektrode und Zielgas vollziehen, ist es erforderlich, der Elektrolytlösung einen Mediator hinzuzufügen, der eine Umsetzung an der Messelektrode vermittelt.
  • Die zusätzliche Anwesenheit eines Mediators bietet die Möglichkeit, durch Auswahl geeigneter Mediatoren einen gegenüber dem gewünschten Analytgas hochselektiven Sensoren bereitzustellen.
  • Bei Messelektroden aus DLC wird diamantartiger Kohlenstoff in einer sehr dünnen Schicht auf eine gaspermeable Membran aufgebracht. Die diamantartige Kohlenstoffschicht kann mit einem radiofrequenten Magnetron-Sputterverfahren oder auch mit Hilfe anderer Beschichtungsverfahren erzeugt werden.
  • Die Dicke der Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff beträgt 50 bis 1000 Nanometer.
  • In der Ausbildung als BDD-Elektrode wird die Messelektrode als dünne Schicht aus mit Bor oder Stickstoff dotiertem Diamant auf ein poröses Substrat aufgebracht, wobei das poröse Substrat vorzugsweise aus einem Vliesmaterial aus chemisch reinem Quarz besteht. Bei Ausbildung der Messelektrode auf einem porösen Trägermaterial kann eine separate gaspermeable Membran vor der Messelektrode entfallen.
  • Die Stärke der dünnen Schicht aus dotiertem Diamant beträgt 0,5 bis 5 Mikrometer. Bei einer Schicht aus mit Bor dotiertem Diamant besteht die Dotierung aus 1019 bis 1021 Boratomen pro Kubikzentimeter Diamant. Für Stickstoff beträgt die Dotierung etwa 1020 Stickstoffatome pro Kubikzentimeter Diamant.
  • Neben Messelektroden aus DLC, BDD oder Edelmetall (Edelmetalldünnschicht-Elektrode) sind als Messelektrodenmaterial auch sogenannte Kohlenstoffnanoröhren (KNR) geeignet.
  • Kohlenstoffnanoröhren sind zylindrische Kohlenstoffmoleküle aus der Familie der Fullerene, wie sie beispielhaft aus der EP 1591,417 A1 hervorgehen.
  • Aus Kohlenstoffnanoröhren (KNR) hergestellte Messelektroden sind langzeitstabil, einfach in bestehende Sensorkonstruktionen integrierbar, für eine Vielzahl von Mediatoren geeignet und kostengünstig zu beschaffen. Es gibt nur wenige durch das Elektrodenmaterial hervorgerufene Querempfindlichkeiten. Dies gilt insbesondere für mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MW KNR). Derartige Messelektroden werden ganzflächig von der Elektrolytlösung benetzt, wodurch sich eine große Oberfläche für die elektrochemische Reaktion ergibt.
  • Kohlenstoffnanoröhren weisen eine strukturelle Verwandtschaft mit den Fullerenen auf, die z.B. durch Verdampfen von Kohlenstoff mit einem Laserverdampfungsverfahren hergestellt werden können. Eine einwandige Kohlenstoffnanoröhre hat beispielhaft einen Durchmesser von einem Nanometer und eine Länge von etwa tausend Nanometer. Neben einwandigen Kohlenstoffnanoröhren gibt es auch doppelwandige Kohlenstoffnanoröhren (DW KNR) und Strukturen mit mehreren Wänden (MW KNR).
  • Kohlenstoffnanoröhren sind herstellungsbedingt mit Metallatomen, z.B. Fe, Ni, Co einschließlich deren Oxiden versehen, so dass derartige Kohlenstoffnanoröhren an Messelektroden katalytische Aktivitäten besitzen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, diese Metallpartikel durch Säurebehandlung zu entfernen.
  • Es ist jedoch möglich, gezielt Katalysatoren bzw. Mediatoren (z.B. Porphyrine oder Phthalocyanine) an die Kohlenstoffnanoröhren anzubinden.
  • Im allgemeinen ist es jedoch vorzuziehen, einen löslichen Mediator zum Elektrolyten hinzuzufügen.
  • In zweckmäßiger Weise werden die Kohlenstoffnanoröhren auf einen porösen Träger, ein Vliesmaterial oder eine Diffusionsmembran aufgebracht. Die Kohlenstoffnanoröhren sind dabei in Selbstaggregation oder mit einem Bindemittel zusammengefügt. Als Bindemittel wird zweckmäßigerweise PTFE-Pulver verwendet.
  • Besonders vorteilhaft ist es, die Kohlenstoffnanoröhren aus einer vorgefertigten Folie, einem sogenannten „Buckypaper" herzustellen. Die Messelektrode lässt sich dann unmittelbar aus dem Buckypaper ausstanzen. Große Stückzahlen lassen sich so kostengünstig herstellen.
  • Die Schichtdicke der Kohlenstoffnanoröhren an der Messelekrtode ist von deren Struktur abhängig.
  • Sofern die Kohlenstoffnanoröhren in Form von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren vorliegen liegt die Schichtdicke zwischen einem Mikrometer und 1000 Mikrometer, bevorzugt zwischen 50-150 Mikrometer. Bei einwandigen Kohlenstoffnanoröhren liegt die Schichtdicke zwischen 0.5 Mikrometer und 500 Mikrometer, bevorzugt zwischen 10-50 Mikrometer.
  • Die Schichtdicke ist auch von der Reinheit des Materials abhängig. Bei besonders reinem Material bewegt sich die Schichtdicke eher am unteren Ende des Bereiches.
  • Die Schichtdicke von Edelmetall-Dünnschichtelektroden, die üblicherweise in einem Sputterprozess hergestellt werden, liegt zwischen 100-500 Nanometer. Die katalytische Aktivität von Edelmetall-Dünnschichtelektroden ist sehr viel geringer als die der entsprechenden Dickschichtelektroden, jedoch höher als bei DLC- bzw. BDD-Elektroden. Die bevorzugte Schichtdicke von Edelmetall-Dickschichtelektroden liegt zwischen 200 und 500 μm.
  • Klassische Gasdiffusionselektroden (Dickschicht) sind weniger bevorzugt, da sie hohe Grundströme und geringe Selektivitäten aufweisen.
  • Die Messzelle enthält die Messelektrode und die Hilfselektrode sowie vorzugsweise auch eine Schutzelektrode bzw. Referenzelektrode. Die Probe enthält die Elektrolytlösung und den Redoxmediator in gelöster Form und als Bodenkörper. Die Messzelle besitzt Öffnungen, die mit einer für den Analyten permeablen Membran ausgestattet sind und die Messzelle ansonsten nach außen verschließen. Die elektrochemische Zelle enthält Messelektrode, Schutzelektrode, Bezugselektrode und die Hilfselektrode, die koplanar, planparallel oder radial zueinander angeordnet sein können und jeweils flächig ausgebildet sind. Der Spalt zwischen den planparallelen Elektroden kann mit einem für das flüssige Medium durchlässigen Separator aufgefüllt sein, der die Elektroden beabstandet.
  • Die Arbeitsweise der Messzelle ist folgendermaßen: Bei der Begasung der Membran mit Analytgas, ob gasförmig oder in einem Medium gelöst, diffundiert das Analytgas durch die Membran in den Elektrolyten und wird von dem Mediator oxidiert bzw. reduziert. Das hierbei reduzierte bzw. oxidierte Übergangsmetall wird an der Messelektrode rückoxidiert.
  • Im Folgenden sollen kurz die wichtigsten Elektrodenprozesse, die im Bereich der Messelektrode ablaufen, am Beispiel von Cu2+-Ionen als Bestandteil des Mediators und des Analytgases SO2 erläutert werden: Das von außen in die Messzelle diffundierende SO2 wird zunächst durch Cu2+-Ionen zu SO4 2– oxidiert: SO2 + 2H2O + 2Cu2+ ⇆ SO4 2+ + 2Cu+ + 4H+
  • Die resultierenden Cu+-Ionen werden an der Messelektrode rückoxidiert: 2Cu+ ⇆ 2Cu2+ + 2e
  • Das erfindungemäße Elektrolyt-Mediator-Gemisch kann wie folgt hergestellt werden: Zu einer LiCl-Lösung wird soviel CuCl2 zugegeben, dass eine CuCl2 Konzentration zwischen 0,2 und 1,0 molar, vorzugsweise bei 0,5 molar entsteht.
  • Mit diesem Mediator weist der Sensor eine hohe Empfindlichkeit gegenüber SO2 auf. Er hat aber eine Querempfindlichkeit gegenüber H2S und es bildet sich elementarer Schwefel, der bei längerer Begasung zur Verstopfung der Membran führt.
  • Der resultierende Chlorokomplex kann dann z.B. mit Kaliumhydrogenphthalat, Natriumtetraborat oder Tri-Natriumcitrat versetzt werden. Die resultierende Konzentration sollte vorzugsweise mit der obigen CuCl2-Konzentration übereinstimmen und insbesondere etwa 0,5 molar betragen.
  • Bei der Zugabe von Kaliumhydrogenphthalat bzw. Natriumtetraborat bildet sich jeweils ein blaugrüner Niederschlag. Kupferhydrogenphthalat, Kupferphthalat und Kupfertetraborat sind in der Literatur als dimere bzw. polymere Verbindungen beschrieben worden. Als Mediatoren wurden diese Stoffe bisher noch nicht eingesetzt.
  • Durch die Zugabe von Kaliumhydrogenphthalat, Natriumtetraborat bzw. Tri-Natriumcitrat konnte die Querempfindlichkeit auf H2S deutlich reduziert, die Bildung von elementarem Schwefel überraschenderweise vollständig beseitigt, die Empfindlichkeit auf SO2 deutlich gesteigert und die Grundströme abgesenkt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 einen ersten elektrochemischen Sensor im Längsschnitt,
  • 2 einen zweiten elektrochemischen Sensor.
  • Bei der in der 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen ersten elektrochemischen Sensors 1 sind in einem Sensorgehäuse 2 eine Messelektrode 3 hinter einer Diffusionsmembran 4, eine Schutzelektrode 5, eine Bezugselektrode 6 in einem Docht 7 und eine Hilfselektrode 8 angeordnet. Der Innenraum des Sensorgehäuses 1 ist mit einem Elektrolyt-Mediator-Gemisch 9 gefüllt, wobei der Mediator zusätzlich noch als Bodenkörper 10 vorhanden ist. Die Elektroden 3, 5, 6, 8 werden mittels flüssigkeitspermeabler Vliese 11, 12, 13, 14 auf festem Abstand zueinander gehalten. Der Gaszutritt erfolgt durch eine Öffnung 15 im Sensorgehäuse 2. Der erste elektrochemische Sensor 1 ist in bekannter Weise an einem nicht näher dargestellten Potentiaten angeschlossen.
  • 2 zeigt einen zweiten elektrochemischen Sensor 20, bei dem gegenüber dem ersten elektrochemischen Sensor 1 nach der 1 eine scheibenförmig ausgeführte Bezugselektrode 16 hinter der Schutzelektrode 5 angeordnet ist. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der 1 bezeichnet.

Claims (19)

  1. Elektrochemischer Gassensor zum Nachweis eines Analyten, aufweisend eine Messelektrode (3) aus kohlenstoffhaltigem Material, eine Hilfselektrode (8) und einen flüssigen Elektrolyten (9) und einem analytselektiven Mediator, welcher sowohl in gesättigter Form im Elektrolyten (9) gelöst ist als auch als Bodenkörper im Elektrolytraum vorliegt.
  2. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Messelektrode (3) aus Graphit, diamantartigem Kohlenstoff (DLC), Kohlenstoffnanoröhren (KNR) oder aus Bor dotiertem Diamant (BDD) besteht.
  3. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugselektrode (6) aus Graphit, diamantartigem Kohlenstoff (DLC) oder aus Bor dotiertem Diamant (BDD) oder Kohlenstoffnanoröhren besteht.
  4. Elektrochemischer Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediator-Verbindung ein Übergangsmetallsalz einer Säure-Verbindung ist, wobei die Säure-Verbindung zumindest zwei Säure-Gruppen aufweist oder neben der zumindest einen Säure-Gruppe zumindest zwei Hydroxy-Gruppe(n).
  5. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure-Verbindung eine Carbonsäure ist.
  6. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonsäure eine aromatische Carbonsäure mit zwei oder drei Carboxylgruppen ist, insbesondere Phthalsäure, Isophtalsäure oder Terephthalsäure.
  7. Elektrochemischer Gassensor nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure-Verbindung eine aliphatische Polycarbonsäure ist, insbesondere Zitronensäure.
  8. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure-Verbindung Gluconsäure ist.
  9. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure-Verbindung eine Borsäure ist.
  10. Elektrochemischer Gassensor nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytlösung Alkali- oder Erdalkalimetallsalze, vorzugsweise LiCl, enthält.
  11. Elektrochemischer Gassensor nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösemittel Wasser oder organische Lösemittel eingesetzt werden, insbesondere Ethylen- und/oder Propylencarbonat.
  12. Elektrochemischer Gassensor nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsmetallsalz ein Kupfersalz ist, vorzugsweise ein Cu2+-Salz.
  13. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Cu2+ Salz CuCl2 ist und die Konzentration von CuCl2 in einer 2-10 molaren LiCl-Lösung zwischen 0,2 m und 1,0 m, vorzugsweise bei 0,5 m liegt.
  14. Elektrochemischer Gassensor nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsmetallsalz ein Eisensalz ist, vorzugsweise ein Fe3+-Salz.
  15. Elektrochemischer Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Analytsubstanz über eine gaspermeable Membran (4) in den Bereich der Messelektrode (3) gelangt.
  16. Elektrochemischer Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Bezugselektrode (6) vorhanden ist.
  17. Elektrochemischer Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Messelektrode (3) eine Schutzelektrode angeordnet ist.
  18. Verwendung des elektrochemischen Gassensors nach Anspruch 12 oder 13 zur Bestimmung von SO2, wobei der Elektrolyt (9) unabhängig hiervon weiter bevorzugt ein Chlorid ist bzw. enthält.
  19. Verwendung des elektrochemischen Gassensors nach Anspruch 14 zur Bestimmung von H2S, wobei der Elektrolyt (9) unabhängig hiervon weiter bevorzugt ein Chlorid ist bzw. enthält.
DE102006014715A 2006-03-30 2006-03-30 Elektrochemischer Sensor aufweisend eine Mediator-Verbindung mit einem Festkörper Active DE102006014715B3 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006014715A DE102006014715B3 (de) 2006-03-30 2006-03-30 Elektrochemischer Sensor aufweisend eine Mediator-Verbindung mit einem Festkörper
US11/677,782 US8268161B2 (en) 2006-03-30 2007-02-22 Electrochemical sensor having a mediator compound with a solid
GB0705127A GB2437610B (en) 2006-03-30 2007-03-16 Electrochemical sensor having a mediator compound with a solid
FR0702258A FR2899335B1 (fr) 2006-03-30 2007-03-28 Detecteur electrochimique presentant un compose mediateur a corps solide.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006014715A DE102006014715B3 (de) 2006-03-30 2006-03-30 Elektrochemischer Sensor aufweisend eine Mediator-Verbindung mit einem Festkörper

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102006014715B3 true DE102006014715B3 (de) 2007-06-06

Family

ID=38008590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006014715A Active DE102006014715B3 (de) 2006-03-30 2006-03-30 Elektrochemischer Sensor aufweisend eine Mediator-Verbindung mit einem Festkörper

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8268161B2 (de)
DE (1) DE102006014715B3 (de)
FR (1) FR2899335B1 (de)
GB (1) GB2437610B (de)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007031869A1 (de) 2007-07-05 2009-01-08 Kerkow, Hartmut, Dr. Photoelektrische Temperaturkontrolle einer Meßdrahtsonde
WO2010063624A1 (en) * 2008-12-01 2010-06-10 Msa Auer Gmbh Electrochemical gas sensors with ionic liquid electrolyte systems
DE102008044238A1 (de) 2008-12-01 2010-06-10 Msa Auer Gmbh Elektrochemischer Gassensor mit einer ionischen Flüssigkeit als Elektrolyt, welche organische und/oder metallorganische und/oder anorganische Zusätze aufweist
DE102009010773A1 (de) 2009-02-26 2010-09-09 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrodenanordnung für einen elektrochemischen Gassensor
DE102010021975A1 (de) * 2010-05-28 2011-12-01 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor
DE102010021977A1 (de) * 2010-05-28 2011-12-01 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor
US8187437B2 (en) 2008-07-19 2012-05-29 Dräger Safety AG & Co. KGaA Electrochemical gas sensor
DE102014007137A1 (de) * 2014-05-16 2015-11-19 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrode für einen elektronischen Gassensor, Herstellungsverfahren für eine Elektrode und Verwendung einer Elektrode
DE102020134465A1 (de) 2020-12-21 2022-06-23 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006014713B3 (de) * 2006-03-30 2007-11-15 Drägerwerk AG Elektrochemischer Gassensor
DE102006014714B3 (de) * 2006-03-30 2007-05-16 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Sensor aufweisend eine Mediator-Verbindung
US9097661B2 (en) * 2011-01-27 2015-08-04 Caterpillar, Inc. Electrochemical sulfur sensor and the method of making the same
WO2014042660A1 (en) * 2012-09-11 2014-03-20 Nanoselect, Inc. Carbon nanostructure sensor and method for biomolecule sensing
CN114660152A (zh) * 2016-07-15 2022-06-24 萨弗洛格公司 在固体元件之间具有开口的电化学传感器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3795589A (en) * 1970-11-30 1974-03-05 H Dahms Methods for electrochemical analysis
DE19939011C1 (de) * 1999-08-17 2001-01-11 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Gassensor mit diamantartigen Kohlenstoffelektroden
DE10144862A1 (de) * 2001-09-12 2003-03-27 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Gassensor mit Diamantelektrode
EP1591417A1 (de) * 2003-01-06 2005-11-02 Japan Science and Technology Agency Verfahren zur wahl der struktur von kohlenstoffnanoröhren durch lichtbestrahlung

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4522690A (en) * 1983-12-01 1985-06-11 Honeywell Inc. Electrochemical sensing of carbon monoxide
DE3729287A1 (de) * 1987-09-02 1989-03-23 Draegerwerk Ag Elektrochemische messzelle mit einem sauren elektrolyten
GB9218376D0 (en) * 1992-08-28 1992-10-14 Cranfield Inst Of Tech Media for biocatalytic electrochemical reactions in the gaseous phase
US6231815B1 (en) * 1996-12-03 2001-05-15 Roche Diagnostics Gmbh Storage and transport system for sample material
DE19726453C2 (de) 1997-06-21 2000-08-10 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Sauerstoffsensor
SG75126A1 (en) * 1997-06-23 2000-09-19 Gen Electric Electrochemical sensor for detection of chlorine in phosgene
DE19745486C2 (de) 1997-10-15 2000-01-27 Draeger Sicherheitstech Gmbh Elektrochemische Meßzelle zum Nachweis von Arsin und Phosphin
DE19832395C1 (de) 1998-07-18 1999-11-25 Draeger Sicherheitstech Gmbh Elektrochemische Meßzelle zum Nachweis von Hydridgasen
US6338790B1 (en) * 1998-10-08 2002-01-15 Therasense, Inc. Small volume in vitro analyte sensor with diffusible or non-leachable redox mediator
AT409798B (de) * 1998-11-19 2002-11-25 Hoffmann La Roche Elektrodensystem
JP3867959B2 (ja) * 1999-10-05 2007-01-17 松下電器産業株式会社 グルコースセンサ
AU1607801A (en) * 1999-11-15 2001-05-30 Therasense, Inc. Transition metal complexes with bidentate ligand having an imidazole ring
JP2002055076A (ja) * 2000-09-08 2002-02-20 Nec Corp 電気化学センサ
KR100352270B1 (ko) * 2000-10-19 2002-09-12 주식회사 아이센스 차동식 전위차법을 이용한 마이크로칩형 산소 기체센서
US6605207B2 (en) * 2001-04-13 2003-08-12 W. R. Grace & Co. - Conn. Bayerite alumina clad zeolite and cracking catalysts containing same
CA2408951C (en) * 2002-10-18 2008-12-16 Kvaerner Canada Inc. Mediated hydrohalic acid electrolysis
JP4374980B2 (ja) * 2002-12-25 2009-12-02 ダイキン工業株式会社 含フッ素エーテル鎖を含む含フッ素ポリマーからなる固体電解質
US7399400B2 (en) * 2003-09-30 2008-07-15 Nano-Proprietary, Inc. Nanobiosensor and carbon nanotube thin film transistors
DE102004062052B4 (de) * 2004-12-23 2011-12-01 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Sensor
DE102006014713B3 (de) * 2006-03-30 2007-11-15 Drägerwerk AG Elektrochemischer Gassensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3795589A (en) * 1970-11-30 1974-03-05 H Dahms Methods for electrochemical analysis
DE19939011C1 (de) * 1999-08-17 2001-01-11 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Gassensor mit diamantartigen Kohlenstoffelektroden
DE10144862A1 (de) * 2001-09-12 2003-03-27 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Gassensor mit Diamantelektrode
EP1591417A1 (de) * 2003-01-06 2005-11-02 Japan Science and Technology Agency Verfahren zur wahl der struktur von kohlenstoffnanoröhren durch lichtbestrahlung

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007031869A1 (de) 2007-07-05 2009-01-08 Kerkow, Hartmut, Dr. Photoelektrische Temperaturkontrolle einer Meßdrahtsonde
US8187437B2 (en) 2008-07-19 2012-05-29 Dräger Safety AG & Co. KGaA Electrochemical gas sensor
DE102008033828B4 (de) * 2008-07-19 2015-03-12 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor
EP3015857A1 (de) 2008-12-01 2016-05-04 MSA Europe GmbH Elektrochemische gassensoren mit ionischem flüssigelektrolytsystem
WO2010063624A1 (en) * 2008-12-01 2010-06-10 Msa Auer Gmbh Electrochemical gas sensors with ionic liquid electrolyte systems
DE102008044238A1 (de) 2008-12-01 2010-06-10 Msa Auer Gmbh Elektrochemischer Gassensor mit einer ionischen Flüssigkeit als Elektrolyt, welche organische und/oder metallorganische und/oder anorganische Zusätze aufweist
US9945806B2 (en) 2008-12-01 2018-04-17 Msa Europe Gmbh Electrochemical gas sensors with ionic liquid electrolyte systems
RU2502067C2 (ru) * 2008-12-01 2013-12-20 МСА АУЭР ГмбХ Электрохимические газовые датчики с ионовыми жидкими электролитическими системами
AU2009321615B2 (en) * 2008-12-01 2014-08-07 Msa Europe Gmbh Electrochemical gas sensors with ionic liquid electrolyte systems
US9063079B2 (en) 2008-12-01 2015-06-23 Msa Europe Gmbh Electrochemical gas sensors with ionic liquid electrolyte systems
DE102009010773A1 (de) 2009-02-26 2010-09-09 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrodenanordnung für einen elektrochemischen Gassensor
DE102009010773B4 (de) * 2009-02-26 2011-07-21 Dräger Safety AG & Co. KGaA, 23560 Elektrodenanordnung für einen elektrochemischen Gassensor
DE102010021975A1 (de) * 2010-05-28 2011-12-01 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor
DE102010021977A1 (de) * 2010-05-28 2011-12-01 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor
DE102010021975B4 (de) 2010-05-28 2020-01-16 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor und Verwendung eines elektrochemischen Gassensors zum Nachweis von Blausäure
DE102010021977B4 (de) 2010-05-28 2020-01-16 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor und Verwendung eines elektrochemischen Gassensors zum Nachweis von Ozon oder Stickstoffdioxid
DE102014007137A1 (de) * 2014-05-16 2015-11-19 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrode für einen elektronischen Gassensor, Herstellungsverfahren für eine Elektrode und Verwendung einer Elektrode
US10416108B2 (en) 2014-05-16 2019-09-17 Dräger Safety AG & Co. KGaA Electrode for an electrochemical gas sensor, manufacturing method for an electrode, and use of an electrode
DE102020134465A1 (de) 2020-12-21 2022-06-23 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor
US12270800B2 (en) 2020-12-21 2025-04-08 Dräger Safety AG & Co. KGaA Electrochemical gas sensor

Also Published As

Publication number Publication date
GB2437610B (en) 2008-07-16
US20080035493A1 (en) 2008-02-14
FR2899335A1 (fr) 2007-10-05
US8268161B2 (en) 2012-09-18
GB2437610A (en) 2007-10-31
GB0705127D0 (en) 2007-04-25
FR2899335B1 (fr) 2016-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006014713B3 (de) Elektrochemischer Gassensor
DE102010021977B4 (de) Elektrochemischer Gassensor und Verwendung eines elektrochemischen Gassensors zum Nachweis von Ozon oder Stickstoffdioxid
Mahnashi et al. Ultrasensitive and selective molecularly imprinted electrochemical oxaliplatin sensor based on a novel nitrogen-doped carbon nanotubes/Ag@ cu MOF as a signal enhancer and reporter nanohybrid
DE102006014715B3 (de) Elektrochemischer Sensor aufweisend eine Mediator-Verbindung mit einem Festkörper
Ilager et al. Development of 2D graphene oxide sheets-based voltammetric sensor for electrochemical sensing of fungicide, carbendazim
Aragay et al. Nanomaterials application in electrochemical detection of heavy metals
DE102008033828B4 (de) Elektrochemischer Gassensor
DE102010021975B4 (de) Elektrochemischer Gassensor und Verwendung eines elektrochemischen Gassensors zum Nachweis von Blausäure
Vellaichamy et al. An in-situ synthesis of novel Au@ NG-PPy nanocomposite for enhanced electrocatalytic activity toward selective and sensitive sensing of catechol in natural samples
Suvina et al. Lanthanum cobaltite supported on graphene nanosheets for non-enzymatic electrochemical determination of catechol
US7883611B2 (en) Electrochemical sensor having a mediator compound
Yu et al. Electrodeposition of bismuth at a graphene modified carbon electrode and its application as an easily regenerated sensor for the electrochemical determination of the antimicrobial drug metronidazole
Schebeliski et al. Preparation and characterization of a carbon nanotube-based ceramic electrode and its potential application at detecting sulfonamide drugs
Gnahore et al. The selective electrochemical detection of dopamine using a sulfated β-cyclodextrin carbon paste electrode
Akhtar et al. Biosynthesis of titanium oxide-aluminium oxide nanocomposites for electrocatalytic detection of 2, 4, 6-trichlorophenol
Vinothkumar et al. Rare earth dysprosium nickelate nanospheres for the selective electrochemical detection of antipsychotic drug perphenazine in biological samples
Allibai Mohanan et al. Electrochemical sensing of hydroxylamine using a wax impregnated graphite electrode modified with a nanocomposite consisting of ferric oxide and copper hexacyanoferrate
Shafiyev et al. Paracetamol sensing with a flexible graphene paper electrode modified with MnCo2O4
Nagarajan et al. Graphene nanoribbons/manganese oxide nanocomposite modified electrode for detection of antimicrobial drug nitrofurantoin
Gabou Fogang et al. Nafion/multiwalled carbon nanotubes/mesoporous silica composite modified glassy carbon electrode for the simultaneous electrochemical determination of indigo carmine and Carbendazim by differential pulse voltammetry
Tavana et al. Monitoring of atropine anticholinergic drug using voltammetric sensor amplified with NiO@ Pt/SWCNTs and ionic liquid
He et al. A carbon nanofibers–Sm 2 O 3 nanocomposite: a novel electrochemical platform for simultaneously detecting two isomers of dihydroxybenzene
Amra et al. A micro-electrochemical sensor based on a nanostructured carbon paste electrode as an original tool for selective detection of ultra-traces of 17α–ethinylestradiol in environmental water samples and in biologic fluids
DE102008044239A1 (de) Elektrochemischer Gassensor mit einer in einem Feststoff auf SiO2-Basis absorbierten ionischen Flüssigkeit als Elektrolyt mit organischen und/oder metallorganischen und/oder anorganischen Zusätzen
Mujica et al. MWCNT‐Organoimido Polyoxomolybdate Hybrid Material: Analytical Applications for Amperometric Sensing of Hydrogen Peroxide

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of patent without earlier publication of application
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: DRAEGERWERK AG & CO. KGAA, 23558 LUEBECK, DE

R084 Declaration of willingness to licence