電気化学センサ及びその使用方法

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【発明の名称】	電気化学センサ及びその使用方法
【発明者】	【氏名】板山朋聡【氏名】野崎健【氏名】根岸明【氏名】加藤健
【要約】	【課題】導電性材料製ワイヤ電極の装着を簡略化できるだけでなく内部への水の漏洩を確実に防止することの可能な電気化学センサを提供する。【解決手段】電気化学センサ１は上部筐体１１と下部筐体１２で構成される。下部筐体の外部にはアタッチメント１３が取り付けられるが、アタッチメント表面をモータ１２３で駆動される駆動プーリ１２２によって動かされるワイヤ電極１６が走行する。なお、アタッチメントとワイヤ電極との間は絶縁管で絶縁されてアタッチメントは対極として機能し、アタッチメントの前方には参照電極が設置される。逃がし孔１２９から逃げるガス量が一定量となるように筐体内に供給する加圧ガスの圧力を調整することにより、絶縁管内のメニスカスを一定位置に維持することが可能となる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】中空の密閉筐体と、前記密閉筐体の測定部において、引き出し孔から前記密閉筐体の内部から外部に引き出され、前記測定部において前記密閉筐体の外面に沿って走行し、引き入れ孔から前記密閉筐体の外部から内部に引き入れられる導電性材料製ワイヤ電極と、前記密閉筐体内に設置され、前記ワイヤ電極を移動させるワイヤ電極移動手段と、前記ワイヤ電極と対をなす電極である対極と、前記密閉筐体内に加圧ガスを供給する加圧ガス供給手段と、を具備する電気化学センサ。
【請求項２】前記測定部が、前記密閉筐体の外面から取り外し可能なアタッチメントで構成される請求項１に記載の電気化学センサ。
【請求項３】前記アタッチメントが、上部アタッチメントと、前記上部アタッチメントと対向する下部アタッチメントと、前記上部アタッチメント及び前記下部アタッチメントの間に挟まれ、前記ワイヤ電極が貫通し、底部に前記ワイヤ電極が露出する開口が形成されたＵ字型の絶縁管と、で構成される請求項２に記載の電気化学センサ。
【請求項４】前記アタッチメントが導電材料で製造されて対極として機能する請求項１から３のいづれか１項に記載の電気化学センサ。
【請求項５】密閉筐体が、前記測定部、前記ワイヤ電極及び前記ワイヤ電極移動手段が搭載される下部筐体と、前記下部筐体を覆う上部筐体で構成される請求項１から４のいづれか１項に記載の電気化学センサ。
【請求項６】前記下部筐体が、前記加圧ガス供給管から供給される加圧ガスを逃がす逃がし孔を具備する請求項１から５のいづれか１項に記載の電気化学センサ。
【請求項７】ワイヤ電極をＵ字型の絶縁管に挿入する挿入段階と、前記挿入段階でワイヤ電極が挿入された絶縁管を上部及び下部アタッチメントに挟み、上部及び下部アタッチメントを一体に組み立てる組み立て段階と、前記組み立て段階で一体に組み立てられたアタッチメントを下部筐体に取り付ける取り付け段階と、前記取り付け段階でアタッチメントに取り付けられたワイヤ電極をワイヤ電極移動手段に接続する接続段階と、前記接続段階でワイヤ電極とワイヤ電極移動手段が接続された下部筐体を上部筐体で覆い密閉する密閉段階と、前記密閉段階で密閉された筐体を測定位置に設置する設置段階と、からなる請求項６に記載の電気化学センサの使用方法。
【請求項８】逃がし孔から逃げる加圧ガス量を、ワイヤ電極と絶縁管の間の隙間のメニスカス位置が不変となるように調整する調整段階をさらに含む請求項７に記載の電気化学センサの使用方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気化学センサに係わり、特に検査対象液中に沈設した場合にも常に清浄な電極で計測することの可能な電気化学センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】湖沼、海洋、バイオリアクタ又は水処理装置等中でのポテンシオメトリ、ボルタンメトリ等の電気化学測定においては、電極として貴金属類（白金、金等）あるいは炭素等の水中でも化学的に安定な導電材料が使用される場合が多い。しかし、時間の経過に従って電極表面に微生物等が付着して電極の電気化学的特性が変化し、正確な測定に支障をきたすことを回避できない。
【０００３】そこで、正確な測定を継続するために、電極を機械的あるいは化学的に洗浄することが一般的であった。しかし、機械的あるいは化学的な洗浄自体が検査対象液の性質に影響を及ぼし、正確な測定が困難となることも多い。この課題を解決するために作用電極としてワイヤ電極を使用し、順次ワイヤ電極を移動させて常に電極を清浄に維持するものが実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気化学センサにワイヤ電極を装着することだけでなく、ワイヤ電極を送り出し引き込むために電気化学センサに穿孔された孔から検出対象液が電気化学センサ内に漏洩することを回避することが困難であった。本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、ワイヤ電極の装着を簡略化できるだけでなく内部への検査対象液の漏洩を確実に防止することの可能な電気化学センサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る電気化学センサは、中空の密閉筐体と、密閉筐体の測定部において引き出し孔から密閉筐体の内部から外部に引き出され測定部において密閉筐体の外面に沿って走行し引き入れ孔から密閉筐体の外部から内部に引き入れられる導電性材料製ワイヤ電極と、密閉筐体内に設置され測定部を走行するワイヤ電極を移動させるワイヤ電極移動手段と、ワイヤ電極と対をなす電極である対極と、密閉筐体内に加圧ガスを供給する加圧ガス供給手段と、を具備する。
【０００６】本発明にあっては、作用電極として機能するワイヤ電極がワイヤ電極移動手段によって移動される。第２の発明に係る電気化学センサの使用方法は、ワイヤ電極をＵ字型の絶縁管に挿入する挿入段階と、絶縁管を上部及び下部アタッチメントに挟み上部及び下部アタッチメントを一体に組み立てる組み立て段階と、アタッチメントを下部筐体に取り付ける取り付け段階と、ワイヤ電極をワイヤ電極移動手段に接続する接続段階と、下部筐体を上部筐体で覆い密閉する密閉段階と、筐体を測定位置に設置する設置段階と、からなる。
【０００７】本発明にあっては、ワイヤ電極を絶縁管に挿入し、絶縁管を挟んでアタッチメントを組み立て、下部筐体に取り付け、上部筐体で覆った後測定位置に設置される。第３の発明に係る電気化学センサに使用方法は、逃がし孔から逃げる加圧ガス量をワイヤ電極と絶縁管の間の隙間のメニスカス位置が不変となるように調整する調整段階をさらに含む。
【０００８】本発明にあっては、加圧ガスの逃がし孔からの逃がし量を調整することにより絶縁管内のメニスカス位置が不変に保持される。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る電気化学センサの斜視図であって、電気化学センサ１を覆う円筒形状の筐体は上部筐体１１と下部筐体１２に分割されている。上部筐体１１の上面には圧縮ガス供給用コネクタ１１１及び電気ケーブルコネクタ１１２が取り付けられている。
【００１０】下部筐体１２には基板１２１が垂直に配置され、基板１２１上部には駆動プーリ１２２が配置される。なお、駆動プーリ１２２はモータ１２３によって回転駆動される。基板１２１下部には方向転換プーリ１２４及び１２５が、下部筐体１２にはアタッチメント１３、対極１４及び参照電極１５が配置される。
【００１１】アタッチメント１３外周上を走行する導電性の材料で製造されたワイヤ電極１６は、駆動プーリ１２２から下方に伸延し、第１の方向転換プーリ１２４によって水平に方向転換され、アタッチメント１３外周を走行して、第２の方向転換プーリ１２５によって垂直に方向転換され、上方に伸延して駆動プーリ１２２に戻るループを形成する。
【００１２】従って、モータ１２３によって駆動プーリ１２２を駆動するとワイヤ電極１４はアタッチメント１３外周を走行する。なお、基板１２１に例えば３個の張力付与プーリ１２６１、１２６２及び１２６３からなる張力付与機構を設置して、ワイヤ電極１６に張力を付与し、ワイヤ電極１６の弛みを防止するようにしてもよい。
【００１３】図２は下部筐体に取り付けられたアタッチメントの拡大図であって、アタッチメント１３は下部筐体１２の周壁表面に形成された貫通孔を有する凹部１２７に格納される。図３はアタッチメントの３面図及び樹脂製チューブの上面図であって、アタッチメント１３は上部アタッチメント１３１及び下部アタッチメント１３２に分割されている。
【００１４】上部アタッチメント１３１及び下部アタッチメント１３２の対向面には２本の平行な半円形の溝が形成されており、この溝内にはワイヤ電極１６が貫通するＵ字型の樹脂製チューブ１７が挿入される。その後上部アタッチメント１３１及び下部アタッチメント１３２は４本の結合ネジ１３３によって一体に組み立てられる。
【００１５】一体に組み立てられたアッタチメント１３は下部筐体１２の周壁表面に形成された凹部１２７に格納され、４本の取り付けネジ１３４によって下部筐体１２に固定される。なお凹部１２７底面には下部筐体１２内部に貫通する貫通孔が設けられるとともに、シリコンゴムのようなシール材が貼られている。Ｕ字型の樹脂製チューブ１７の底部には開口１７１が形成され、この開口１７１からワイヤ電極１６が露出する。なお、ワイヤ電極１６は下部筐体１２の凹部１２７の底面の貫通孔を通って下部筐体１２の内部に引き入れられ、一方は張力付与プーリ１２６１、１２６２及び１２６３を介して、他方は直接駆動プーリ１２２に導かれ、駆動プーリ１２２上で結ばれてループを形成する。
【００１６】ワイヤ電極１６を信号ケーブルの一方の極と電気的に接続するため、下部筐体１２の内部底面には集電枕１２８が設置される。なお、信号ケーブルの他方の極は対極１４に接続される。対極１４は作用電極として機能するワイヤ電極１６と対をなす電極であり、ワイヤ電極１６から適当な範囲内に設置することができる。なお、アタッチメント１３あるいは下部筐体１２が導電材質製である場合には、アタッチメント１３あるいは下部筐体１２を対極１４として使用することができる。
【００１７】ワイヤ電極１６の装着が完了した後は、上部筐体１１を被せ加圧ガス供給用コネクタ１１１に加圧ガス供給用配管を、電気ケーブルコネクタ１１２に電気ケーブルを接続して、検出位置に電気化学センサを沈設する。図２の拡大図から明らかなように、開口１２７の直上には参照電極１５が配置される。参照電極１５はＬ字形であり、長辺は下部筐体１２を貫通する取り付け孔１５１に挿入されて下部筐体１２内に引き込まれる。短辺は下部筐体１２外部で下方に伸延し、樹脂製チューブ１７の開口１７１に近接する。なお、取り付け孔１５１の前方ではオーリング１５２を挟んでナット１５３が下部筐体１２にねじ込まれ、取り付け孔１５１から検査対象液が漏洩することを防止している。
【００１８】なお、圧縮ガス供給用配管１１１から供給される加圧ガスの圧力は、ワイヤ電極１６とＵ字型の樹脂製チューブ１７の隙間からの検査対象液の漏洩を防止するように電気化学センサの沈設位置の外圧と釣り合う圧力に調節する。即ち下部筐体１２には、アタッチメント１３を格納する凹部１２７より上方にガス逃がし孔１２９が設置されており、ガス逃がし孔１２９におけるガス圧をガス逃がし孔１２９位置における検査対象液の静圧にガス逃がし孔１２９と樹脂製チューブ１７の水頭圧差を加算した圧力に調節する、即ちガス逃がし孔１２９から加圧ガスが一定の割合で逃げるように加圧ガスの圧力を調整することにより、ワイヤ電極１６と樹脂製チューブ１７の隙間のメニスカス位置が変動しないようにすることが可能となる。
【００１９】また、電気ケーブルはモータ１２３の駆動電力を供給する電力ケーブルと、対極１４から測定対象液体を介してワイヤ電極１６に流れる電流を指示部（図示せず）に伝送し、ワイヤ電極１６と参照電極１５との間に生じる電位を測定するための信号ケーブルとを含む。即ち、本発明に係る電気化学センサの検出位置への設置順序は以下のようになる。
１．ワイヤ電極１６を樹脂製チューブ１７内に挿入する。
２．樹脂製チューブ１７の開口が底部にくるように、樹脂製チューブ１７をＵ字形に曲げる。
３．Ｕ字形に曲げた樹脂製チューブ１７を上部アタッチメント１３１（又は下部アタッチメント１３２）の溝にＵ字形の底部が外側にくるように嵌め込み、下部アタッチメント１３２（又は上部アタッチメント１３１）を組み合わせて取り付けネジ１３３で一体に組み立てる。
４．組み立てられたアタッチメント１３を下部筐体１２に固定ネジ１３４で固定する。
５．ワイヤ電極１６を方向転換プーリ１２４及び１２５を介して駆動プーリ１２２に導き、両端を接続してループに形成する。
６．上部筐体１１で下部筐体１２を覆い、接続部を密封する。
７．上部筐体１１の加圧ガス供給用コネクタ１１１に加圧ガス供給用配管を、電気ケーブルコネクタ１１２に電気ケーブルを接続する。
８．電気化学センサを検出位置に設置する。
９．筐体内部に検査対象液が漏洩しないように加圧ガスの圧力を調整する。
【００２０】なお、本発明に係る電気化学センサの大きさは特に規定されないが、例えば上部筐体を外径１８０ｍｍ×高さ２５０ｍｍ、下部筐体を外径１８０ｍｍ×高さ５０ｍｍとすることが可能である。
【００２１】
【発明の効果】第１の発明に係る電気化学センサによれば、密閉筐体外周に取り付けられるアタッチメント上のワイヤ電極を密閉筐体中に格納されるワイヤ電極駆動手段によって駆動することにより、作用電極を常時清浄な状態に維持することが可能となる。
【００２２】第２の発明に係る電気化学センサの使用方法によれば、ワイヤ電極をセンサに簡単に取り付けることが可能となる。第３の発明に係る電気化学センサの使用方法によれば、検査対象液が電気化学センサ内に漏洩することを確実に防止することが可能となる。

【出願人】	【識別番号】３０１０２１５３３【氏名又は名称】独立行政法人産業技術総合研究所【識別番号】０００００６２０８【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【出願日】	平成１２年８月２４日（２０００．８．２４）
【代理人】
【公開番号】	特開２００２－７１６１７（Ｐ２００２－７１６１７Ａ）
【公開日】	平成１４年３月１２日（２００２．３．１２）
【出願番号】	特願２０００－２５４５１８（Ｐ２０００－２５４５１８）