(57)【要約】【課題】測定値へのＣＯ２濃度の影響が小さく、かつ安価な亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスセンサを提供すること。【解決手段】陽イオン伝導体を電解質１とし、かつ電解質１の少なくとも一面に亜酸化窒素分解触媒を電極層２として有するセンサである。Ｎ２Ｏガス濃度に応じて電解質１と電極層２との間に起電力が発生し、この起電力を測定することにより、Ｎ２Ｏガス濃度を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽イオン伝導体を電解質とし、かつ電解質の少なくとも一面に亜酸化窒素分解触媒を電極層として有する亜酸化窒素ガスセンサ。
【請求項２】
陽イオン伝導体が、ナトリウム超イオン伝導体である請求項１に記載の亜酸化窒素ガスセンサ。
【請求項３】
ナトリウム超イオン伝導体が、Ｎａ（１＋ｘ）Ｚｒ２ＳｉｘＰ（３−ｘ）Ｏ１２（１≦ｘ≦３）である請求項２に記載の亜酸化窒素ガスセンサ。
【請求項４】
陽イオン伝導体が、ナトリウムイオン伝導体である請求項１に記載の亜酸化窒素ガスセンサ。
【請求項５】
陽イオン伝導体が、リチウムイオン伝導体である請求項１に記載の亜酸化窒素ガスセンサ。
【請求項６】
亜酸化窒素分解触媒が、スピネル型酸化物ＣｏＡｌ２Ｏ４である請求項１乃至５のいずれかに記載の亜酸化窒素ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中または特定の雰囲気下の亜酸化窒素ガス濃度を測定するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）はヒトの中枢神経に作用し、視覚、聴覚、触覚、痛覚などを抑制する働きがあるため、手術時の麻酔用ガスとして医療現場で広く用いられている。
【０００３】
一方、職業的に、数年にわたりＮ２Ｏに暴露された女性は自然流産率が高いことが報告されており、Ｎ２Ｏを取扱う職場では安全衛生面からその濃度を管理することが必要である。また、Ｎ２Ｏは二酸化炭素（ＣＯ２）の約３００倍の温室効果ガスであるため、漏洩などによる大気中への放出を抑制することも重要となっている。
【０００４】
これらの目的を達するために、Ｎ２Ｏセンサが用いられている。
【０００５】
しかしながら、現在用いられているＮ２Ｏセンサの多くは高価な赤外線吸収方式（例えば特許文献１参照）であるため普及しておらず、また、ＣＯ２ガスの吸収特性はＮ２Ｏガスの特性と重なっているため、被測定ガス中のＣＯ２ガス濃度によりＮ２Ｏ濃度の測定値に誤差が生じるという問題がある。
【０００６】
一方、特許文献２には、全固体型素子を用いた化学センサが提案されているが、金属酸化物電極のＮ２Ｏガス吸着による導電率変化を利用したものであり、高濃度域でガス感度が飽和する問題がある。また、特許文献３には、酸素イオン伝導性を有する固体電解質（酸化物イオン伝導体）を用いることが提案されているが、原理的に酸素分圧の影響を受けるため、同文献に示すように参照電極が必要で構造が複雑で高価になるという問題がある。
【特許文献１】特開平８−５００９８号公報
【特許文献２】特開２００２−３１６１４号公報
【特許文献３】特開２００２−３１６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、測定値へのＣＯ２濃度や酸素分圧の影響が小さく、かつ安価なＮ２Ｏガスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のＮ２Ｏガスセンサは、陽イオン伝導体を電解質とし、電解質の少なくとも一面に亜酸化窒素分解触媒を電極層として有することを特徴とする。
【０００９】
このＮ２Ｏガスセンサにおいては、Ｎ２Ｏガス濃度に応じて電解質と電極層との間に起電力を発生するため、この起電力を公知の方法により測定することにより、Ｎ２Ｏガス濃度を知ることができる。
【００１０】
そして、本発明では、電解質として陽イオン伝導体を使用することで、原理的に酸素分圧の影響を受け難く、特許文献３で示すような手段によらずとも精度の高いＮ２Ｏガスセンサが実現できる。
【００１１】
また、本発明では、Ｎ２Ｏ測定値に対するＣＯ２の影響を小さくすることができる。これは、Ｎ２Ｏに対しては、電気化学的にＮ２Ｏ＋２ｅ-→Ｎ２＋Ｏ2-の反応が電極上で進行するが、ＣＯ２に対しては、同様な反応が起こりにくいためと考えられる。
【００１２】
電解質となる陽イオン伝導体としては、ナトリウム超イオン伝導体、ナトリウムイオン伝導体、又はリチウムイオン伝導体を使用できる。ナトリウム超イオン伝導体としては、Ｎａ（１＋ｘ）Ｚｒ２ＳｉｘＰ（３−ｘ）Ｏ１２（１≦ｘ≦３）が好ましく、ナトリウムイオン伝導体としては、Ｎａ−βアルミナ：Ｎａ２Ｏ・ｘＡｌ２Ｏ３（９≦ｘ≦１１）、又はＮａ−β”アルミナ：Ｎａ２Ｏ・ｘＡｌ２Ｏ３（４≦ｘ≦６）が好ましい。また、リチウムイオン伝導体としては、Ｌｉ（１＋ｘ）ＡｌｘＭ（２−ｘ）Ｐ３Ｏ１２（Ｍ＝Ｔｉ，Ｇａ；０≦ｘ≦１）が好ましい。一方、電極層となる亜酸化窒素分解触媒としては、スピネル型酸化物ＣｏＡｌ２Ｏ４が好ましい。
【００１３】
以上説明した本発明のＮ２Ｏガスセンサは、陽イオン伝導体の板を製作し、その上に亜酸化窒素分解触媒の金属酸化物電極層を形成するという簡単な方法で製造でき、出来上がったセンサの構成も簡単であるため、従来のＮ２Ｏガスセンサに比べて安価に提供できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、安価なＮ２Ｏガスセンサが実現可能であり、かつ測定値へのＣＯ２濃度の影響を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、実施例に基づき本発明に係るセンサの実施の形態について説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明に係るセンサの構造を示す側面断面図である。同図に示すように、本発明に係るセンサは、陽イオン伝導体（実施例ではナトリウム超イオン伝導体）からなる電解質１の上に亜酸化窒素分解触媒（実施例ではスピネル型酸化物ＣｏＡｌ２Ｏ４）からなる電極層２を形成して構成されるものである。
【００１７】
まず、図１に示すような本発明に係るセンサの製造方法の一例を示す。
【００１８】
本発明に用いるナトリウム超イオン伝導体の原料としてケイ酸エチル（（Ｃ２Ｈ５）４ＳｉＯ４）、ケイ酸ナトリウム９水和物（Ｎａ２ＳｉＯ３・９Ｈ２Ｏ）、リン酸二水素アンモニウム（（ＮＨ４）Ｈ３ＰＯ４）およびオキシ硝酸ジルコニウム２水和物（ＺｒＯ（ＮＯ３）２・２Ｈ２Ｏ）を用いた。これらを混合して２時間攪拌し、７５℃に加温して水分を蒸発させ、得られた残渣物を１２０℃で一晩置いて乾燥させた。このようにして得られた固形物を７５０℃で１時間焼結し、その後４時間粉砕して粉末を得た。
【００１９】
この粉末を５２０ＭＰａでプレスし、１０００℃で６時間焼成して、ナトリウム超イオン伝導体Ｎａ３Ｚｒ２Ｓｉ２ＰＯ１２の板を得た。
【００２０】
次に、エチレングリコールに硝酸コバルト、硝酸アルミニウムおよびクエン酸を混合した液を、上記方法により製作したナトリウム超イオン伝導体の板の上に毎分４０００回転のスピンコート法により塗布する。その後、１２０℃で１０時間乾燥させ、次いで５５０℃で２時間仮焼して、ナトリウム超イオン伝導体Ｎａ３Ｚｒ２Ｓｉ２ＰＯ１２の板片面にスピネル型酸化物ＣｏＡｌ２Ｏ４の薄膜を有するセンサを得た。
【００２１】
このセンサは、Ｎ２Ｏガス濃度に応じて電解質１と電極層２との間に起電力を発生するため、この起電力を公知の方法により測定することにより、Ｎ２Ｏガス濃度を知ることができる。
【００２２】
実施例では、図２に示すように、上記方法で得られたセンサの電極層２に金メッシュを設置して試験電極３とし、参照極４として電解質１に白金黒および白金メッシュを設置し、測定装置とした。
【００２３】
上記測定装置の試験電極３に被検知ガスとして微量のＮ２Ｏ又はＣＯ２を含む窒素（Ｎ２）ガスを、参照極４には空気をそれぞれ供給し、被検知ガスの種類および濃度を変化させて電極電位（４００℃における試験電極と参照極の電位差ΔＥ（ｍＶ））を測定した。
【００２４】
その結果を表１に示す。
【表１】
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【００２５】
表１から、本発明のセンサの電極電位はＮ２Ｏ濃度に依存するが、ＣＯ２濃度の影響は小さいことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明のセンサを用いれば、高性能のＮ２Ｏ濃度測定装置を安価に製造することができ、環境中のＮ２Ｏ濃度を測定するため等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るセンサの構造を示す側面断面図である。
【図２】本発明に係るセンサを使用した測定装置の概要図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  電解質
２  電極層
３  試験電極
４  参照電極
【図１】
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【図２】
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