电化学气体传感器、液体电解质以及液体电解质的用图_2

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室之间形成流体相连。
[0019] 也可设想,所述对电极支架是该分离部件的一部分。例如该对电极支架可以安装 在该分离部件的上构件处。认识到该对电极优选设置在上室中。
[0020] 在另一优选实施方案中有利的是,气体传感器还具有捕集电极 (Abfangelektrode)。这种捕集电极可防止过量的待检测反应性物类不可控地扩散到上室 中。在此,该捕集电极优选设置在工作电极和分离部件之间。
[0021] 在此可设想,在工作电极和捕集电极之间也设置中间膜。这种膜优选在此也来自 对电解质渗透性的材料,该材料具有一定程度的形状稳定性,例如是玻璃纤维膜。该捕集电 极和工作电极可以以这种方式设置,以使其相互不发生直接接触,其中同时通过浸渍该中 间膜的电解质发生导电接触。借助于这种膜,可在此将工作电极和捕集电极之间的间距安 排得相对小,并仅由该中间膜的厚度来确定。
[0022] 在捕集电极和分离部件之间也可设置中间膜。该中间膜这时起如上所述的中间膜 的作用,其在不存在捕集电极的情况下设置在工作电极和分离部件之间。
[0023] 认识到,本发明的电化学气体传感器例如可如此构造,以使其具有外壳,该外壳借 助于分离部件分成上室和下室。在此,上室可作为电解质储槽。该外壳的上室和下室可充 填有液体电解质。在此,该分离部件优选如此形成,以使该电解质可穿过分离部件从上室流 入下室中。
[0024] 在下室中可形成气体入口,在上室中可形成气体出口。此外,在上室中可形成附加 的开口以用于压力平衡。待测气体即反应性物类可通过该气体入口流入外壳中。
[0025] 在此,本发明气体传感器的工作电极按流动方向优选设置在下室中气体入口的后 面。在此有利的是,在气体入口和工作电极之间形成保护膜。此外,在下室中可优选形成捕 集电极。该工作电极和捕集电极在此可通过中间膜例如玻璃纤维膜而彼此分开。在捕集电 极和分离部件之间优选形成另一中间膜。如果不存在捕集电极,则工作电极和分离部件之 间也可形成中间膜。认识到,当本发明气体传感器在工作电极和分离部件之间具有至少一 个中间膜时是有利的。优选地,本发明气体传感器在工作电极和捕集电极之间具有第一中 间膜,和在捕集电极和分离部件之间具有第二中间膜。
[0026] 在这种本发明气体传感器中,对电极优选设置在上室中,因而设置在电解质储槽 中。在此,该气体传感器具有对电极支架,该对电极固定其上。该对电极支架优选是如上所 述形成的分离部件的一部分。
[0027] 此外有利的是,所述参比电极设置在电解质储槽中,且从所有侧面由电解质围 绕流动。在此,如果该参比电极悬挂在对电极支架上,这是有利的。以此方式,该参比 电极可具有与其余电极尽可能大的间距,但同时可有效和准确地获取传感器中的比率 (Verhaltnis)0
[0028] 为检测包括例如胺-化合物、氨或肼的反应性物类,特别优选的是该电解质含有 至少一种溶剂、导电盐和/或有机介质。
[0029] 对此,在所有情况下有利的是该溶剂选自水和碳酸亚烷酯或其混合物,且优选选 自水、异丙二醇碳酸酯、碳酸亚乙酯或其混合物。异丙二醇碳酸酯和碳酸亚乙酯的混合物已 表明是特别有利的。此外,也有利的是该导电盐是离子液体、无机盐或离子液体和无机盐的 混合物,其中阴离子优选选自卤素离子、碳酸根、磺酸根、磷酸根和/或膦酸根,并且其中阳 离子优选选自金属离子、鑰离子或金属离子和鑰离子的混合物。在此,术语鑰离子意指在形 式上可通过氮族、碳族或卤族元素的单核起始氢化物的质子化所得到的阳离子。
[0030] 此外有利的是,所述有机介质具有醌类体系且优选选自邻-醌、对-醌、取代的 邻-醌和取代的对-醌、二羟基萘、取代的二羟基萘、蒽醌、取代的蒽醌,特别优选选自 1,2-二羟基苯、1,4-二羟基苯、1,4-氢萘醌、取代的1,2-二羟基苯、取代的1,4-二羟基苯、 取代的1,4-氢萘醌,更特别优选选自取代的蒽醌、取代的1,2-二羟基苯、取代的1,4-二羟 基苯。对此特别优选是,该有机介质是在该工作电极上可氧化成醌-化合物的二羟基苯-化 合物。同时流入该传感器的气体如氨、胺-化合物或肼可还原。在对电极上的逆反应过程 中,所述形成的醌-化合物再还原成二羟基苯,并且该气体,例如在正向反应中形成的铵离 子可再氧化成其原始态且接着通过传感器的气体出口释放出。如果该二羟基苯-化合物例 如是1,2-二羟基苯,则在工作电极上可进行下列两个反应:
[0031] 然后在对电极上可发生该这两个逆反应,即
[0032] 在这些反应的范围内,在工作电极和对电极之间可形成pH-梯度。因此认识到,电 解质含缓冲剂时是有利的,其中该缓冲剂优选是对应于式I的化合物: 式 I R1- (CR2R3) n-S03H 其中n=l、2、3、4或5,优选n=2或n=3,其中所有的R2和R3相互独立地选自H、NH和0H, 并且其中R1选自哌嗪基、取代的哌嗪基、N-吗啉基、环烷基、三-(羟烷基)烷基。这种缓冲 剂,特别优选是其中选用N-吗啉基作为R 1的缓冲剂,尤其是3-(N-吗啉基)丙磺酸或其它 的3-(N-吗啉基)烷基磺酸可有利地用于稳定该反应溶液的pH-值。
[0033] 因此认识到有利的是,所述电解质是来自下列组分的组合物: a. 溶剂,其选自水、异丙二醇碳酸酯、碳酸亚乙酯或其混合物, b. 导电盐,其选自1-己基-3-甲基咪唑鑰-三(五氟乙基)三氟磷酸盐或甲苯磺酸四 烷基铵, c. 有机介质,其选自取代的蒽醌、取代的1,2_氢醌、取代的1,4-氢醌,特别优选是 叔-丁基-氢醌或蒽醌-2-磺酸, d. 任选的缓冲剂,其选自3-(N-吗啉基)丙磺酸或3-(N-吗啉基)乙磺酸, e. 任选的降低该组合物凝固点的化合物,其选自丙二醇、乙二醇。
[0034] 就此,本发明的电化学气体传感器的一个优选实施方案可以是具有外壳、工作电 极、对电极和参比电极的电化学气体传感器,其中该外壳具有电解质储槽、气体进入口和至 少一个气体排出口,并且该电解质储槽充填有液体电解质,其中该电解质含至少一种溶剂、 导电盐和/或有机介质,且该电解质是来自下列组分的组合物: a. 溶剂,其选自水、异丙二醇碳酸酯、碳酸亚乙酯或其混合物, b. 导电盐,其选自1-己基-3-甲基咪唑鑰-三(五氟乙基)三氟磷酸盐或甲苯磺酸四 烷基铵, c. 有机介质,其选自取代的蒽醌、取代的1,2_氢醌、取代的1,4-氢醌,特别优选是 叔-丁基-氢醌或蒽醌-2-磺酸, d. 任选的缓冲剂,其选自3-(N-吗啉基)丙磺酸或3-(N-吗啉基)乙磺酸, e. 任选的降低该组合物凝固点的化合物,其选自丙二醇、乙二醇。
[0035] 因此例如可设想具有外壳、工作电极、对电极和参比电极的电化学气体传感器, 其中该外壳具有电解质储槽、气体进入口和至少一个气体排出口,并且该电解质储槽充填 有液体电解质,其中该电解质含有至少一种溶剂、导电盐和/或有机介质,并且其中该电解 质是来自下列组分的组合物:溶剂,该溶剂是异丙二醇碳酸酯和碳酸亚乙酯的混合物;作 为导电盐的1-己基-3-甲基咪唑鑰-三(五氟乙基)三氟磷酸盐;作为有机介质的叔丁 基-1,2-二羟基苯或蒽醌-2-磺酸;以及作为缓冲剂的3-(N-吗啉基)丙磺酸。在这种气 体传感器中,特别有利的是该气体传感器具有对电极支架,其中该对电极如此悬挂在该对 电极支架上,以使该对电极悬挂在电解质储槽中且从所有侧面由电解质围绕流动。
[0036] 因此认识到,在用于电化学气体传感器的液体电解质中,特别是在适合用于检测 NH3或含NH 3的气体混合物的电化学气体传感器的液体电解质中,当该电解质含有至少一种 溶剂、导电盐和/或有机介质且其中该导电盐是离子液体、无机盐、有机盐或其组成的混合 物时是有利的。
[0037] 特别是对其中使用由贵金属或碳纳米管制成的电极的电化学气体传感器而言,可 非常有利地使用这种电解质,以改进这种传感器的持续通气稳定性。特别是以此方式可明 显使如上所述的中毒风险最小化。
[0038] 在此特别有利的是,所述电解质含有缓冲剂,其中该缓冲剂优选是对应于式I的 化合物: 式 I R1- (CR2R3) n-S03H 其中n=l、2、3、4或5,优选n=2或n=3,其中所有的R2和R3相互独立地选自H、NH和0H, 并且其中R1选自哌嗪基、取代的哌嗪基、N-吗啉基、环烷基、三-(羟烷基)烷基。例如R2和 R3可相互独立地选自
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