JP5572201B2 - Reference electrode - Google Patents
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Description
本発明は、電解液のイオン濃度やpH測定等の際に基準電位を示すための参照電極に関するものである。 The present invention relates to a reference electrode for indicating a reference potential when measuring an ion concentration or pH of an electrolytic solution.
参照電極は基準電極や照合電極とも呼ばれ、電位測定の際の基準電位を示す電極として用いられる。例えば特許文献1〜3のように、参照電極は、内部電極、内部電解液、及び内部電極と内部電解液を収容するケーシングを備える。 The reference electrode is also referred to as a reference electrode or a reference electrode, and is used as an electrode indicating a reference potential at the time of potential measurement. For example, as in Patent Documents 1 to 3, the reference electrode includes an internal electrode, an internal electrolyte, and a casing that houses the internal electrode and the internal electrolyte.
ケーシングは、液絡部を備える。参照電極を測定対象の電解液(外部電解液)に浸すと、液絡部を通して外部電解液と内部電解液とが電気的に導通する。液絡部は、例えばセラミックス等の多孔体から構成される。 The casing includes a liquid junction. When the reference electrode is immersed in the electrolyte to be measured (external electrolyte), the external electrolyte and the internal electrolyte are electrically connected through the liquid junction. The liquid junction is made of a porous material such as ceramics.
また、参照電極を外部電解液中に浸すと、内部電解液が液絡部を経由して外部電解液中に流出する。この流出を抑制するために、特許文献4では、内部電解液の代わりにゲル状の電解質を用いている。 Further, when the reference electrode is immersed in the external electrolyte, the internal electrolyte flows out into the external electrolyte via the liquid junction. In order to suppress this outflow, Patent Document 4 uses a gel electrolyte instead of the internal electrolyte.
ところで、ゲル状の内部電解質を用いると、ゲル化剤が液絡部の気孔に流れ出してその気孔を詰まらせてしまうおそれがある。この現象は、参照電極が加圧されているときに顕著であることが知られている。そこで、本発明は、ゲル状の内部電解質を用いる際に、液絡部の詰まりを抑制することの可能な参照電極を提供することを目的とする。 By the way, if a gel-like internal electrolyte is used, the gelling agent may flow out into the pores of the liquid junction and clog the pores. This phenomenon is known to be remarkable when the reference electrode is pressurized. Therefore, an object of the present invention is to provide a reference electrode capable of suppressing clogging of a liquid junction when using a gel-like internal electrolyte.
本発明に係る参照電極は、ゲル状の電解質と、前記電解質に浸漬された電極と、前記電解質及び電極を収容するとともに、多孔体からなる液絡部が設けられたケーシングと、を備える。前記電解質のゲル化剤は、前記液絡部の気孔径よりも大きい粒径のもののみからなる。 The reference electrode according to the present invention includes a gel electrolyte, an electrode immersed in the electrolyte, and a casing that accommodates the electrolyte and the electrode and is provided with a liquid junction portion made of a porous body. The gelling agent of the electrolyte consists only of particles having a particle size larger than the pore diameter of the liquid junction.
また、上記発明において、前記電極と液絡部との間に、前記電極からの溶出物質を捕捉するイオン交換体を備えることが好適である。 Moreover, in the said invention, it is suitable to provide the ion exchanger which capture | acquires the elution substance from the said electrode between the said electrode and a liquid junction part.
本発明によれば、従来よりも液絡部の詰まりを抑制することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress clogging of the liquid junction as compared with the conventional case.
図1に、本実施形態に係る参照電極を例示する。参照電極10は、例えばpH計測計、ポテンショスタット、及びガルバノスタット等の、電気化学的な手法によって溶液の電位を測定する測定装置の参照電極として用いられる。参照電極10は、内部電解質12、内部電極14、ケーシング16及びイオン交換体18を備える。
FIG. 1 illustrates a reference electrode according to this embodiment. The
内部電極14は、図示しない作用電極の電位の基準となる電極である。内部電極14は、測定中の電極電位の変動が小さい(電位が安定な)材料から構成されることが好適である。例えば、内部電極14は、銀の表面を塩化銀で覆った、銀−塩化銀(Ag/AgCl)電極から構成される。また、内部電極14は、図示しない演算器に接続する接続端子22と導通している。
The
内部電極14は、ホルダー20に保持されている。ケーシング16にホルダー20を装着することで、内部電極14は、ケーシング16内に収容される。ケーシング16内では、内部電極14は、内部電解質12中に浸漬される。
The
イオン交換体18は、内部電極14から溶出した物質を捕捉(トラップ)する。計測の過程で、内部電極14から内部電解質12に銀イオン(Ag+)が溶出して、ケーシング16の液絡部24で銀やその塩が析出する場合がある。液絡部24で析出が生じると、液絡部24の詰まりの原因となる。そこで、内部電極14と液絡部24との間にイオン交換体18を設けて、内部電極14から溶出した銀イオンを捕捉させる。イオン交換体18は、例えば、デュポン株式会社製のナフィオン(登録商標)等の陽イオン交換体から構成される。
The
イオン交換体18は、内部電極14を被覆するように設けられていてもよい。また、後述するダブルジャンクション型のケーシング16を用いる場合には、内筒28の液絡部32を覆うようにイオン交換体18を設けてよい。
The
ケーシング16は、内部電解質12及び内部電極14を収容する、中空形状の収容部材である。参照電極10が加圧下でも機能するように、ケーシング16は耐圧性を備えていることが好適である。例えば、ケーシング16は、PEEK樹脂等の硬質樹脂から構成されることが好適である。
The
また、ケーシング16は、筒状部16A及びキャップ16Bから構成されてよい。ケーシング16を筒状部16Aとキャップ16Bの2つの部材から構成することで、参照電極10の組み立てが容易になる。例えば、筒状部16Aにホルダー20を装着させた後、内部電解質12を筒状部16A内に充填して、最後に筒状部16Aの開口をキャップ16Bで封止する。この封止の際に、筒状部16Aとキャップ16Bとをエポキシ等の樹脂で接着するようにしてもよい。
Moreover, the
ケーシング16は、液絡部24を備える。図1では、キャップ16Bに液絡部24が設けられている。液絡部24は、参照電極10を測定対象である外部電極液に浸した際に、外部電極液と内部電解質とを電気的に導通させるための部材である。液絡部24は、多孔体から構成される。この多孔体の気孔を通じて、外部電極液と内部電極液とが接する。液絡部24は、例えば多孔質セラミックやセラミックフリットから構成される。具体的には、液絡部24は、ゼオライト、シリカゲル、アルミナゲル、活性炭、シリカマグネシア触媒、シリカアルミナ触媒、ケイソウ土のいずれか、またはその混合物から構成されてよい。
The
液絡部24の気孔率は、内部電解質と外部電解液との導通が確保できるようなものであればよい。例えば、液絡部24の気孔率は、20%以上35%であることが好適であり、28%であることが更に好適である。なお、上記した気孔率は、例えば、JISR1634「ファインセラミック又は焼結体密度・回気孔率の調整方法」に準拠した方法により、測定可能である。
The porosity of the
また、ケーシング16の形状として、図2に示すような拡径部26を備えていてもよい。拡径部26は、ケーシング16の内径を拡げた部分であり、拡径部26を備えることにより、内部電解質12の充填量を増加させることが可能となる。
Moreover, you may provide the enlarged
また、さらに他の形状として、図3に示すような、内筒28及び外筒30を備えたダブルジャンクション構造のケーシング16を用いてもよい。内筒28の液絡部32は多孔体などの部材が嵌め込まれていない、開口であってよい。また、外筒30の液絡部34は、多孔体から構成されていてよい。
Further, as another shape, a double
図1に戻り、内部電解質12は、内部電極14の周囲の塩化物イオン(Cl−)の活量を所定の値に維持する。内部電解質12はゲル状の物質であり、例えば、飽和塩化カリウム(KCl)水溶液をゲル化剤に溶かして固めたものが内部電解質12として用いられる。
Returning to FIG. 1, the
内部電解質12のゲル化剤は、ケーシング16の液絡部24の気孔径よりも大きい粒径のもののみからなる。例えば、液絡部24を上述したセラミックス材料から構成する場合、ゼオライトの気孔径は3Å以上15Å以下、シリカゲルの気孔径は15Å以上200Å以下、アルミナゲルの気孔径は40Å以上400Å以下、活性炭の気孔径は10Å以上80Å以下、シリカマグネシア触媒の気孔径は10Å以上100Å以下、シリカアルミナ触媒の気孔径は70Å以上250Å以下、ケイソウ土の気孔径は3000Å以上10μm以下であることが知られている。これを踏まえて、内部電解質12のゲル化剤の粒径は、10μmよりも大きいことが好適である。例えば、ゲル化剤の粒径は、10μmを超過しかつ500μm未満であることが好適である。加えて、50μm以上かつ60μm以下であることが更に好適である。
The gelling agent of the
なお、液絡部24の気孔径を実測により確認する場合には、例えば、ISO 15901の「水銀空隙率測定及びガス吸着法による固体材料の細孔径分布及び空隙率」に準拠した測定を行えばよい。また、ゲル化剤の粒径を実測により確認する場合には、例えば、日機装株式会社製のマイクロトラック(登録商標)MT3100を用いて測定すればよい。
In addition, when confirming the pore diameter of the
ゲル化剤が上記の粒径範囲のもののみから構成されるように、予め分粒を行うことが好適である。例えば孔径10μmのフィルタ等を用いて、粒径10μm以下のゲル化剤を除外し、残ったゲル化剤に対して孔径500μmのフィルタを用いて、フィルタを通過したゲル化剤を、内部電解質12のゲル化剤として使用する。ゲル化剤は、例えば、CMC(カルボキシルメチルセルロース)等の、高分子ポリマーであってよい。 It is preferable that the sizing is performed in advance so that the gelling agent is composed only of the above-mentioned particle size range. For example, a gelling agent having a pore diameter of 10 μm or less is excluded using a filter having a pore diameter of 10 μm or the like, and the gelling agent that has passed through the filter is removed from the remaining gelling agent by using a filter having a pore diameter of 500 μm. Used as a gelling agent. The gelling agent may be a high molecular polymer such as CMC (carboxyl methyl cellulose).
また、内部電解質12のゲル濃度は、3%以上10%以下であることが好適であり、6%であることが更に好適である。
The gel concentration of the
内部電解質12のゲル化剤が、ケーシング16の液絡部24の気孔径よりも大きい粒径のもののみからなることで、ゲル化剤が流出しても、液絡部24の気孔に入り込むことが防止される。したがって、液絡部24の詰まりを抑制することが可能となる。
Since the gelling agent of the
上述した参照電極10を製作し、その性能を検査した。ケーシング16は、図1に示した形状のものを用いた。また、ケーシング16はPEEK樹脂から形成した。また、ケーシング16の肉厚等を調整し、耐圧の最大値を1MPaとした。
The
内部電解質12として、4モルのKCl溶液をCMCに溶かして固化させたものを用いた。内部電解質12の充填量は、約12mlであった。CMCの粒径は50μm以上60μm以下のものを予め選別してこれを用いた。液絡部24は、気孔径が約10nm以上100nm以下である、多孔質セラミックを用いた。気孔率は28%であった。また、液絡部24の口径は5mmであり、液絡部の厚さは3mmであった。
As the
内部電極14は、銀−塩化銀(Ag/AgCl)電極を用いた。また、内部電極14の表面を、ナフィオン(登録商標)膜でコーティングした。
The
本実施形態に係る参照電極10を加圧環境下にて使用した結果を、以下の表1に示す。
The results of using the
ここで、表1の「従来型参照電極」とは、ゲル状の内部電解質12の代わりに電解液を用いた参照電極の測定結果を示している。また、表1では、参照電極をpH測定に用いたときの結果を示している。具体的には、測定対象となる外部電解液の流量を変化させたとき(つまり、参照電極に掛かる圧力を種々変化させたとき)の、pHの値を示している。なお、表1では、表の左側から右側に向かって流量を変化させたときの、本実施形態に係る参照電極10及び従来型参照電極のpHの計測値を示している。
Here, the “conventional reference electrode” in Table 1 indicates the measurement result of the reference electrode using an electrolytic solution instead of the gel-like
外部電解液の流量が0であるとき、つまり外部電解液の流れが止まっているとき、当該外部電解液のpH値は5.90であった。このpH計測にあたり、株式会社堀場製作所製のLAQUA(登録商標)F−72Sを使用した。 When the flow rate of the external electrolyte solution was 0, that is, when the flow of the external electrolyte solution was stopped, the pH value of the external electrolyte solution was 5.90. In this pH measurement, LAQUA (registered trademark) F-72S manufactured by HORIBA, Ltd. was used.
それぞれの参照電極のpH値と、流量0のときのpH値との乖離が小さいほど、加圧下での測定結果が良好であることを示すことになる。表1に示されているように、本実施形態に係る参照電極10のpH値は、従来型参照電極よりも、流量0のときのpH値との乖離が小さい。このことから、本実施形態に係る参照電極10は、従来型参照電極よりも、加圧下での測定に適していることがわかる。
The smaller the difference between the pH value of each reference electrode and the pH value at a flow rate of 0, the better the measurement result under pressure. As shown in Table 1, the difference between the pH value of the
さらに、図1で示した参照電極10に加えて、図2のケーシング16を用いた参照電極も製作した。内部電解質12の充填量は、上述のものの倍量である、約25mlとした。それ以外の、内部電解質の溶液やゲル化剤、液絡部24の多孔体、内部電極部材の条件は、図1の参照電極10と同様である。以下では、図1のケーシング16を用いた参照電極10を「通常型参照電極」と呼び、図2のケーシング16を用いた参照電極10を「倍量型参照電極」と呼ぶ。
Further, in addition to the
以下の表2には、通常型参照電極と倍量型参照電極を加圧環境下にて使用した結果が示されている。 Table 2 below shows the results of using a normal type reference electrode and a double volume type reference electrode in a pressurized environment.
ここで、外部電解液の流量が0であるときのpH値は5.92であった。また、液絡部24の口径は、両者とも3mmとした。表2も、表1と同様に、表の左側から右側に向かって流量を変化させたときの、通常型参照電極及び倍量型参照電極のpH値を示している。表2に示されているように、倍量型参照電極は、通常型参照電極よりも、流量0のときのpH値との乖離を小さくできる。
Here, the pH value when the flow rate of the external electrolyte was 0 was 5.92. Moreover, the diameter of the
また、図4には、通常型参照電極と倍量型参照電極との耐用期間(寿命)を比較するグラフが記載されている。図4では、長期に亘ってpH一定の外部電解液を通液したときの、各参照電極の値の乖離の度合いを示している。図4のグラフの横軸は時間(日)、縦軸は流量0の時のpHの測定値からの乖離(オフセット)を示している。縦軸の単位はミリボルト[mV]である。この値が0に近いほど、流量0の時のpHの測定値に近いことになる。また、このグラフでは、参考値として、従来型参照電極のデータも示されている。グラフでは、倍量型参照電極のデータを四角プロット(□)で示し、通常型参照電極のデータを三角プロット(△)で示し、従来型参照電極のデータを菱形プロット(◇)で示している。 Further, FIG. 4 shows a graph for comparing the service life (lifetime) of the normal type reference electrode and the double volume type reference electrode. FIG. 4 shows the degree of divergence between the values of each reference electrode when an external electrolyte having a constant pH is passed over a long period of time. The horizontal axis of the graph of FIG. 4 indicates time (day), and the vertical axis indicates the deviation (offset) from the measured pH value when the flow rate is zero. The unit of the vertical axis is millivolt [mV]. The closer this value is to 0, the closer to the measured value of pH at a flow rate of 0. In this graph, data of a conventional reference electrode is also shown as a reference value. In the graph, the double reference electrode data is shown as a square plot (□), the normal reference electrode data is shown as a triangle plot (△), and the conventional reference electrode data is shown as a diamond plot (◇). .
図4のグラフに示されているように、通常型参照電極と倍量型参照電極のどちらも、従来型参照電極よりもオフセットが少なく、それだけ長期間の使用に耐えられる。また、倍量型参照電極の方が、通常型参照電極よりもオフセットが少なく、それだけ長期間使用可能であることがわかる。 As shown in the graph of FIG. 4, both the normal type reference electrode and the double volume type reference electrode have less offset than the conventional type reference electrode, and can withstand long-term use. In addition, it can be seen that the double reference electrode has a smaller offset than the normal reference electrode and can be used for a longer period of time.
10 参照電極、12 内部電解質、14 内部電極、16 ケーシング、16A 筒状部、16B キャップ、18 イオン交換体、20 ホルダー、22 接続端子、24 液絡部、26 拡径部、28 内筒、30 外筒。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記電解質に浸漬された電極と、
前記電解質及び電極を収容するとともに、多孔体からなる液絡部が設けられたケーシングと、
を備え、
前記電解質のゲル化剤は、前記液絡部の気孔径よりも大きい粒径のもののみからなることを特徴とする、参照電極。 A gel electrolyte;
An electrode immersed in the electrolyte;
While housing the electrolyte and electrode, a casing provided with a liquid junction made of a porous body,
With
The reference electrode according to claim 1, wherein the gelling agent of the electrolyte consists only of particles having a particle size larger than the pore diameter of the liquid junction.
前記電極と液絡部との間に、前記電極からの溶出物質を捕捉するイオン交換体を備えることを特徴とする、参照電極。
The reference electrode according to claim 1, wherein
A reference electrode, comprising: an ion exchanger that captures an elution substance from the electrode between the electrode and the liquid junction.
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