ELEKTROCHEMISCHER MEHRGASSENSOR

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Mehrgassensor mit einer bestimmten Anordnung von Arbeitselektroden und Referenzelektrode, wobei die Referenzelektrode zwei leitend verbundene Einzelelektroden aus jeweils unterschiedlichem Elektrodenmaterial aufweist und die Arbeitselektrode und die Einzelelektroden vorzugsweise jeweils scheibenförmig und in zwei Stapeln übereinander angeordnet sind. Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur quantitativen oder qualitativen Bestimmung von zwei Zielgasen mit dem Mehrgassensor.

Beschreibung

[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Mehrgassensor mit zumindest zwei Arbeitselektroden und zumindest einer Referenzelektrode, wobei die Referenzelektrode zwei leitend verbundene Einzelelektroden aus jeweils unterschiedlichem Elektrodenmaterial aufweist und die Arbeitselektrode und die Einzelelektroden vorzugsweise jeweils scheibenförmig und in zwei Stapeln übereinander angeordnet sind. Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur quantitativen oder qualitativen Bestimmung von zumindest zwei Zielgasen mit dem Mehrgassensor.

Einführung und Stand der Technik

[0002] Elektrochemische Gassensoren werden auf vielfältige Weise in der analytischen qualitativen und quantitativen Gasmessung eingesetzt. An einer selektiv mit dem nachzuweisenden Gas reagierenden Messelektrode kommt es zu einer Umsetzung des Zielgases, die aufgrund ihrer Selektivität und ihrer Zugänglichkeit über eindeutig messbare elektrische Größen für qualitative und quantitative Aussagen herangezogen werden kann. Übliche elektrochemische Gassensoren weisen mehrere Elektroden auf, die über einen Elektrolyten miteinander kommunizieren. In einer Minimalkonfiguration weist ein elektrochemischer Gassensor eine Messelektrode und eine Gegenelektrode auf. In einer erweiterten, oft als Dreielektroden-Sensor bezeichneten Version, kommt zu dieser Konfiguration eine Referenzelektrode hinzu. Die Elektroden werden von einem Elektrolyten umschlossen.

[0003] Elektrochemische Mehrgassensoren sind vorgesehen, gleichzeitig zumindest zwei unterschiedliche Zielgase zu erfassen. Hierfür sind diese häufig mit unterschiedlichen Elektrodenmaterialien zur Messung der zumindest zwei Zielgase ausgestattet. So kann z.B. bei einem H₂S/Kohlenmonoxid-Sensor die H₂S-Arbeitselektrode aus Iridium und die Kohlenmonoxid-Arbeitselektrode aus Platin sein. In der Regel wird für die beiden unterschiedlichen Arbeitselektroden aber nur eine Referenzelektrode eingesetzt.

[0004] Das elektrochemisch wirksame Material der Referenzelektrode besteht dann in der Regel entweder aus Iridium oder aus Platin oder aus einem Gemisch von Iridium oder Platin, wobei die beiden Metalle dann gleichzeitig auf die Oberfläche der Referenzelektrode aufgebracht sind. Umfasst die Referenzelektrode gleichzeitig Iridium und Platin, dann bildet sich ein Mischpotential aus.

[0005] Ein Beispiel für kommerziell erhältliche Mehrgassensoren ist z.B. in der DE 102004059280 B genannt, die die gleichzeitige Messung von zwei toxischen Gasen, nämlich CO und H₂S, mittels Mehrgassensoren in sehr kleiner Bauform in handlichen, tragbaren Geräten ermöglicht. Ein weiterer Mehrgassensor und dessen Elektrodenanordnung ist in der DE 102009010773 B3 offenbart. Dort sind die Referenzelektroden jeweils nicht leitend verbunden.

[0006] Es ist bekannt, dass Störgase die Sensorperformance negativ beeinflussen können. So wird z.B. bei Gegenwart von Ethanol das Potential der Platin-Referenzelektrode besonders stark beeinflusst. Das Potential wird ins Negative verschoben und kommt in den Bereich der Sauerstoffreduktion, d.h. bei Anwesenheit von Luftsauerstoff zeigt der Sensor negativ an. Dies ist in einem Bereich, in dem der Sensor die Zielgase detektieren soll, nicht erwünscht.

[0007] In Umgebungen, in denen häufig mit Desinfektionsmitteln gearbeitet wird, ist die Umgebungsluft regelmäßig mit Ethanol oder anderen Alkoholen wie Isopropanol angereichert. Bei der Verwendung von alkoholischem Desinfektionsmittel kommt es zu einer Beeinflussung des Referenzelektroden-Potentials, obwohl kein Zielgas anwesend ist. Besonders für Platin- bzw. Platin-Kohlenstoff- Elektroden tritt dies auf.

[0008] Bei der Verwendung von einer Mischmetall-Referenzelektrode aus Platin und Iridium für beide Zielgase kann es bei einem Eintrag vom Ethanol dazu kommen, dass das Ethanol als Störgas an der nicht reaktiven Arbeitselektrode, wie z.B. Iridium, welches Alkohole weder elektrochemisch noch katalytisch umsetzt, vorbeiströmt und ungehindert die Referenzelektrode erreicht, die einen Anteil Platin enthält, an dem sich das Ethanol umsetzen kann. Die Umsetzung führt dann zu einer Potentialverschiebung, die den Messwert verfälscht und auch längerfristig eine Veränderung der Sensorperformance bewirken kann.

[0009] Das zweite technische Problem ist, dass es bei plötzlichen Temperaturänderungen zu transienten Signalen kommen kann, da die Elektrodenmaterialen unterschiedliche Temperaturkoeffizienten aufweisen. Wenn Arbeitselektrode und Referenzelektrode aus unterschiedlichen Materialien sind, gleichen sich die kapazitiven Umladungsströme, die durch Temperaturänderungen hervorgerufen werden, nämlich nicht aus. Dadurch kommt es zu den transienten Signalen.

[0010] Besonders bei sehr kleinen oder planaren Sensoren mit kleinen Abständen zwischen den Komponenten und kleinen Elektroden tritt dieser Effekt auf, da eine Temperaturänderung in der Umgebung schnell auf die Referenzelektrode durchschlagen kann, da diese dann von Temperatureinflüssen wenig abgeschirmt ist. Bei kleinen Elektroden und kurzen Abständen im elektrochemischen System zwischen Membranen und Elektroden kann es so schnell zu einer Temperaturänderung an der Referenzelektrode kommen. Dies wirkt sich in einem ungewollten Signaleffekt aus. Dieser Effekt wirkt dem Bestreben zur Miniaturisierung von Sensoren entgegen.

Aufgabe der Erfindung

[0011] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Messverfahren und eine Messvorrichtung bereitzustellen, die bei Anwesenheit von Störgasen zuverlässig zumindest zwei unterschiedliche Zielgase nachweist und den Einfluss von Störgasen minimiert, insbesondere die Beeinflussung der Nullsignale. Weiterhin ist erwünscht, dass der Sensor bei einer schlagartigen Temperaturänderung, z.B. einer Temperaturänderung oberhalb von 20°K in einer Minute, eine möglichst geringe transiente Anzeige aufweist.

Zusammenfassung der Erfindung

[0012] Diese und andere Aufgaben werden mit dem erfindungsgemäßen Mehrgassensor gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und/oder nachfolgend beschrieben.

[0013] Der erfindungsgemäße Mehrgassensor umfasst:

• ein Gehäuse mit zumindest einem Gaseinlass, vorzugsweise einem ersten und einem zweiten Gaseinlass,
• eine erste Arbeitselektrode aus einem ersten Elektrodenmaterial,
• eine zweite Arbeitselektrode aus einem zweiten Elektrodenmaterial, wobei das zweite Elektrodenmaterial unterschiedlich vom ersten Elektrodenmaterial ist,
• zumindest eine Referenzelektrode, wobei die zumindest eine Referenzelektrode eine erste Einzelelektrode aus dem ersten Elektrodenmaterial und getrennt hiervon eine zweite Einzelelektrode aus dem zweiten Elektrodenmaterial aufweist und beide Einzelelektroden elektrisch leitend verbunden sind,
• einen Elektrolyten im Inneren des Gehäuses, wobei der Elektrolyt jeweils zumindest mit dem ersten Elektrodenmaterial der ersten Arbeitselektrode, dem zweiten Elektrodenmaterial der zweiten Arbeitselektrode und den Elektrodenmaterialien der beiden Einzelelektroden der Referenzelektrode in Kontakt steht,

wobei die erste Arbeitselektrode zwischen dem zumindest einem Gaseinlass, insbesondere dem ersten Gaseinlass, und der ersten Einzelelektrode der Referenzelektrode angeordnet ist.

[0014] Vorzugsweise ist pro Arbeitselektrode zumindest ein Gaseinlass vorgesehen. Erster und zweiter Gaseinlass, wenn vorhanden, sind parallelgeschaltet. Weiterhin ist eine Gegenelektrode vorhanden. Vorzugsweise ist auch die zweite Arbeitselektrode zwischen dem ersten oder wenn vorhanden zweiten Gaseinlass und der zweiten Einzelelektrode der Referenzelektrode angeordnet.

[0015] Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur quantitativen oder qualitativen Bestimmung von zumindest zwei Zielgasen mit dem Mehrgassensor, wobei die Messung vorzugsweise amperometrisch erfolgt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0016] Die Elektrodenmaterialien bestehen aus oder enthalten z.B. Platin, Iridium, Palladium, Rhodium, Gold und/oder Kohlenstoff, z.B. in der Form von Platin/Kohlenstoff, Kohlenstoff-Nanotubes, aus dotiertem Diamant oder diamantartigem Kohlenstoff. Vorzugsweise bestehen die Elektrodenmaterialien jeweils aus einem Stoff/Metall, d.h. sie sind einheitlich und z.B. keine Mischungen oder Legierungen. Insbesondere besteht das erste Elektrodenmaterial aus Platin oder enthält Platin.

[0017] Typische Vertreter der Zielgase sind CO, H₂S, O₂, SO₂, NO₂, NH₃, HCN, Cl₂, HCl, HF, CO₂, PH₃, NO und weitere.

[0018] Zielgas und/oder Gas meint vorliegend ein Molekül im gasförmigen Aggregatzustand, umfasst aber auch Aerosole oder Dämpfe.

[0019] Der Elektrolyt kann eine anorganische wässrige Säure wie Schwefelsäure sein, eine Salzlösung enthaltend z.B. LiCI oder LiBr oder eine Ionische Flüssigkeit. Ionische Flüssigkeiten sind Schmelzen von Salzen, die bereits bei Temperaturen unter 100°C flüssig sind. Beispiele für verwendete Kationen sind alkylierte Imidazolium-, Pyridinium-, Ammonium- oder Phosphonium-Ionen. Typische Anionen sind z.B. Halogenide, Tetrafluoroborat, Trifluoromethansulfonimid, Trifluoracetat, Trifluormethansulfonat, Triflate, Hexafluorophosphate, Phosphinate und Tosylate.

[0020] Durch die Auswahl der Kombination aus Elektrolyt und Elektrodenmaterial lassen sich Mehrgassensoren zur selektiven Messung unterschiedlicher Gase aufbauen. Beispiele geeigneter Kombinationen sind in nachfolgender Tabelle 1 aufgeführt, wobei das Elektrodenmaterial der Arbeitselektrode und der zugehörigen Einzelelektrode jeweils gleich sind:

Tabelle 1

	erstes Elektrodenmaterial	erstes Zielgas	zweites Elektrodenmaterial	zweites Zielgas	Elektrolyt
(1)	Platin	CO	Iridium	H2S	wässrige H2SO4
(2)	Platin	CO	Gold	SO2	wässrige H2SO4
(4)	Iridium	H2S	Gold	SO2	wässrige H2SO4
(5)	Platin	CO	Gold	HCN	wässrige H2SO4
(6)	Iridium	H2S	Gold	HCN	wässrige H2SO4
(7)	Kohlenstoff	NO	Gold	NO2	wässrige H2SO4

[0021] Das Material der Gegenelektrode ist beliebig. Auch die Gegenelektrode steht mit dem Elektrolyten in Verbindung.

[0022] Zumindest eine Arbeitselektrode verursacht nach einer Ausführungsform ein Störsignal, wenn z.B. ein Alkohol wie Ethanol an die Referenzelektrode gelangt. Die zumindest eine Arbeitselektrode, hier die erste Arbeitselektrode, ist die Arbeitselektrode deren Elektrodenmaterial, wenn auch auf der Referenzelektrode eingesetzt, das Störsignal verursacht.

[0023] Vorteilhafterweise ist in gleicher Weise auch die zweite Arbeitselektrode ebenso zwischen Gaseinlass, insbesondere zweitem Gaseinlass, und der zugehörigen Einzelelektrode der Referenzelektrode angeordnet, die das zweite Elektrodenmaterial aufweist, auch wenn dieses zweite Elektrodenmaterial kein Störsignal auslöst.

[0024] Die Arbeitselektroden und die Referenzelektrode haben vorzugsweise eine Scheibenform. Die Arbeitselektroden und die Referenzelektrode und/oder die Einzelelektroden, die die Referenzelektrode bilden, können z.B. als Dickschichtelektroden auf einer PTFE -Folie ausgebildet sein, z.B. mit einer Schichtdicke / Stärke von 50 µm bis 400 µm, bevorzugt 100 bis 250 µm, des Elektrodenmaterials. In einer weiteren Ausführungsform ist die Elektrode aus einer gesputterten PTFE -Folie z.B. mit einer Schichtdicke / Stärke des Elektrodenmaterials von 50 nm bis 500 nm.

[0025] Das Elektrodenmaterial der Einzelelektroden kann nach einer Ausführungsform in einem mittleren Stärken-/Dickenverhältnis von erster zu zweiter Einzelelektrode von 1 : 1,5 bis 1 : 2,5 stehen.

[0026] Die beiden Einzelelektroden der Referenzelektrode sind voneinander räumlich separiert und leitend miteinander verbunden (Elektronenleiter). Dies kann erfolgen, indem ein Leiter die Einzelelektroden elektrisch verbindet oder aber die Einzelelektroden selbst miteinander elektrisch leitend in Kontakt stehen. Z.B. kann ein Steg als Leiter vorgesehen sein, der die beiden Einzelelektroden verbindet. Der Steg und/oder der Leiter umfasst ein elektronenleitendes Material und ist nach einer Ausgestaltung gegenüber dem Elektrolyten isoliert. Dies kann z.B. in Form eines isolierend beschichteten Platindrahtes realisiert werden.

[0027] Nach einer anderen Ausgestaltung ist der elektronenleitende Steg aus dem ersten und dem zweiten Elektrodenmaterial oder einer Mischung von beiden Elektrodenmaterialien gebildet. Die Referenzelektrode kann z.B. die Form einer liegenden Acht, einer Hantel oder eines Knochens haben. Es ist aber bevorzugt, dass die Einzelelektroden der Referenzelektrode mit einem Leiter verbunden sind und die Einzelelektroden ansonsten nicht miteinander in Kontakt stehen und damit jede Einzelelektrode eine von der anderen Einzelelektrode unterschiedliche Form haben kann.

[0028] Einzelelektroden sind bevorzugt jeweils scheibenförmig. Einzelelektroden können z.B. eine Tellerform haben, wobei der Teller vorzugsweise jeweils auch die Form einer flachen Scheibe hat.

[0029] Insbesondere ist die wirksame Fläche, der ersten Einzelelektrode der Referenzelektrode, relativ zu der zugehörigen ersten Arbeitselektrode kleiner, vorzugsweise um zumindest 15 % und besonders bevorzugt um zumindest 30%.

[0030] Auch unabhängig hiervon ist insbesondere die Fläche der zweiten Einzelelektrode der Referenzelektrode relativ zu der zugehörigen zweiten Arbeitselektrode kleiner, vorzugsweise um zumindest 15 % und besonders bevorzugt um zumindest 30%.

[0031] Die wirksame Fläche wird jeweils wie eine glatte Oberfläche geometrisch berechnet , also ohne z.B. eine Betrachtung der Rauigkeit, und ist die Fläche des Elektrodenmaterials der jeweiligen Elektrode, die mit dem Elektrolyten in Kontakt steht.

[0032] Insbesondere weisen die erste Einzelelektrode und die erste Arbeitselektrode vorzugsweise das gleiche Elektrodenmaterial auf. Nach einer Ausführungsform weist dann die zweite Einzelelektrode und die zweite Arbeitselektrode untereinander jeweils gleiche aber verglichen mit der ersten Einzelelektrode und der ersten Arbeitselektrode unterschiedliche Elektrodenmaterialen auf.

[0033] Die Referenzelektrode wird insbesondere in direkter Nähe zu den Arbeitselektroden positioniert. Die Arbeitselektrode ist vorzugsweise größer als die zugeordnete Einzelelektrode der Referenzelektrode ausgebildet und weiter bevorzugt so angeordnet, dass sie - betrachtet in Diffusionsrichtung des durch den Gaseinlass eindringenden Zielgases - jeweils die Einzelelektrode der Referenzelektrode aus dem gleichen Elektrodenmaterial abschirmt, d.h. anders ausgedrückt die Arbeitselektrode liegt wie eine Art Schutzschild in Bezug auf die Diffusionsrichtung vor der jeweiligen Einzelelektrode der Referenzelektrode oder im Windschatten der zugehörigen Arbeitselektrode. Mit dem Zielgas in das Gehäuse des Mehrgassensors eindringendes Störgas diffundiert somit zuerst / nur an die Arbeitselektrode. Damit ist das Störgas an der Arbeitselektrode zwar auch elektrochemisch umgesetzt, so dass es zu einer kurzfristigen Anzeige des Sensors auf dieses Querempfindlichkeitsgas kommt, aber das Störgas kann, zumindest bei moderater Konzentration, nicht weiter bis zur Referenzelektrode durchdringen.

[0034] Insbesondere sind Arbeitselektrode, Einzelelektroden der Referenzelektrode und Gegenelektrode in einer Stapelanordnung aus Elektroden und jeweils dazwischen befindlichem Elektrolyt aufgebaut. Insbesondere sind die Elektroden flächig ausgebildet und jeweils planparallel zueinander ausgerichtet.

[0035] Die Einzelelektroden sind miteinander kontaktiert und bilden die Referenzelektrode und sind auf einen Referenzelektrodenanschluss geführt. Das sich einstellende Potential ist ein Mischpotential. Eine derartige Einstellung ist mit einer einzelnen Referenzelektrode, die keine Einzelelektroden aufweist, mit nur einem Elektrodenmaterial auch wenn im Gemisch nicht möglich. Das sich einstellende Potential kann durch die Durchmesser der Elektroden und die Dicke der Elektrodenmaterialschicht eingestellt werden. Wird z.B. ein möglichst geringer Temperatureffekt auf der H₂S Seite gewünscht, wird die Schichtdicke und/oder Durchmesser der H₂S Einzelelektrode erhöht. Die Schichtdicke und Größe der einzelnen Referenzelektroden haben einen positiven Einfluss auf den dynamischen Temperatureffekt, weil die kapazitiven Umladungsströme minimiert werden können.

[0036] Der Zwischenraum zwischen zwei Elektroden kann auch mit für den Elektrolyten durchlässigen Vlieslagen gefüllt sein. Dies gewährleistet die ständige und konstante Benetzung der aktiven Elektrodenbereiche mit Elektrolyt und macht den elektrochemischen Mischgassensor weniger lagesensitiv.

[0037] Das Gehäuse kann auch zumindest zwei räumlich separierte Kammern umfassen, wobei jeweils in einer Kammer das eine Paar von Arbeitselektrode und Einzelelektrode und in der weiteren/zweiten Kammer das weitere/zweite Paar von Arbeitselektrode und Einzelelektrode enthalten sind.

[0038] Die Einzelelektroden sind dann auch hier elektrisch leitend miteinander verbunden. In den Kammern sind gleiche oder unterschiedliche Elektrolyte enthalten, vorzugsweise unterschiedliche. In jeder Kammer ist eine Gegenelektrode enthalten, wobei die Gegenelektroden leitend miteinander verbunden sein können oder das Elektrodenmaterial der Gegenelektrode erstreckt sich durch die Trennwand, vorzugsweise abgedichtet gegen einen Durchtritt des Elektrolyten, in beide Kammern. Beide Kammern haben einen Gaseinlass. Das Gehäuse kann als eine Einheit mit zwei oder mehr Kammern ausgebildet sein oder die Kammern bilden jeweils getrennte Einheiten, so dass die Einheiten z.B. zusammensteckbar sind oder nebeneinander in einem weiteren Gehäuse gehaltert sind, zumindest sind aber die Kammern über die leitende Verbindung der Einzelelektroden miteinander verbunden. Ein Beispiel wäre ein Mehrgassensor für CO, 1. Kammer, Arbeits- und Einzelelektrode aus Platin, und NH₃, 2. Kammer, Arbeits- und Einzelelektrode aus Iridium, mit dem Elektrolyten wässrige H₂SO₄ in der ersten Kammer und dem Elektrolyten wässriges LiCI in der zweiten Kammer. Ebenso können zwei verschiedene ionische Flüssigkeiten in den beiden Kammern verwendet werden, z.B. für das Zielgas H₂S (1-Ethyl-3-methylimidazoliumacetat, kohlenstoffhaltige Arbeits- und Einzelelektrode) und für das Zielgas SO₂ (Butylpyridiniumchlorid, kohlenstoffhaltige Arbeits- und Einzelelektrode).

[0039] Um ausreichende Standzeiten beziehungsweise Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungsfeuchteschwankungen und/oder Austrocknen zu erzielen, können in dem Gehäuse gesonderte Elektrolytvoluminakammern als Vorratsraum vorgesehen sein, mit denen die einzelnen Vlieslagen über saugfähige Verbindungen in Kontakt stehen.

[0040] Zur Absicherung des Sensors gegenüber möglicherweise auftretenden Druckschwankungen der Umgebung kann es vorteilhaft sein, wenn das Sensorgehäuse einen Gaseinlass für den Eintritt des zu messenden Gases aufweist, die mit der Sensorumgebung über ein pneumatisches Dämpfungselement kommuniziert. Auf diese Weise werden Druckschwankungen abgefangen, die zu einer Schädigung des Sensors beziehungsweise zu einer zeitweiligen Verfälschung des Messsignals führen könnten.

[0041] Die Kontaktierung der Elektroden und/oder der auslesbaren Mittel zur Speicherung sensorspezifischer Daten erfolgt in einem erfindungsgemäßen Sensor vorteilhafterweise über in das Sensorgehäuse einsteckbare Kontaktstifte, die in eingestecktem Zustand in festem Kontakt zu leitfähigen Verbindungsmitteln stehen, die zu den Elektroden und/oder auslesbaren Mitteln zur Speicherung sensorspezifischer Daten führen und mit diesen elektrisch verbunden sind.

[0042] Der Mehrgassensor ist vorzugsweise mit einem Bipotentiostaten ausgestattet. Die erste Elektrode ist dann die erste Arbeitselektrode des Bipotentiostaten und die zweite Elektrode die zweite Arbeitselektrode des Bipotentiostaten. Die erste und die zweite Arbeitselektrode haben eine gemeinsame Referenzelektrode und eine gemeinsame Gegenelektrode, die so positioniert sind, dass die Potentiale der ersten und der zweiten Arbeitselektrode unabhängig voneinander gesteuert werden können.

[0043] Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Mehrgassensors. Das Sensorgehäuse 3 umschließt zusammen mit dem Deckel 14 einen Elektrolytraum zur Aufnahme eines Elektrolyten 8, zum Beispiel Schwefelsäure. Das Gehäuse ist mit zwei Gaseinlässen 1,2 versehen, die z.B. in Form einer PTFE- Diffusionsmembran ausgebildet sind. Im Gehäuse sind in einer ersten Stapelanordnung, erster Gaseinlass 1, erste Arbeitselektrode 4, erste Einzelelektrode 6a der Referenzelektrode und Gegenelektrode 7 und in einer zweiten Stapelanordnung, zweiter Gaseinlass 2, zweite Arbeitselektrode 5, zweite Einzelelektrode 6b der Referenzelektrode und Gegenelektrode 7 jeweils planparallel zueinander / übereinander angeordnet.

[0044] Die beiden Einzelelektroden 6a, 6b und die Arbeitselektroden 4, 5 sind jeweils mittenaxial über der zugehörigen Durchtrittsöffnung für den Gaseinlass 1, 2 angeordnet. Die Einzelelektroden 6a, 6b haben jeweils einen kleineren Durchmesser als der Durchmesser der zugehörigen Arbeitselektroden 4, 5. Die erste Einzelelektrode 6a und die zweite Einzelelektrode 6b der Referenzelektrode sind leitend verbunden (nur in Fig. 2 dargestellt), so dass sich ein Mischpotential ergibt.

[0045] Zwischen den Elektroden findet sich jeweils ein flächiger Separator 15a, 15b, z.B. in der Form eines flächigen Glasvlieses. Der Separator 15a ist planparallel zu den beiden Arbeitselektroden 4, 5 angeordnet und beabstandet gleichzeitig einerseits die erste Arbeitselektrode von der ersten Einzelelektrode 6a der Referenzelektrode und andererseits die zweite Arbeitselektrode 5 von der zweiten Einzelelektroden 6b der Referenzelektrode 6. Auch der Separator 15b ist flächig ausgebildet, z.B. in der Form eines flächigen Glasvlieses und beabstandet die Einzelelektroden 6a, 6b der Referenzelektrode 6 von der Gegenelektrode 7.
In Fig. 2 ist die Schaltung der Elektroden dargestellt. Die Arbeitselektroden 4,5 sind jeweils getrennt voneinander mit einem Potentiostat 13 verbunden, über Anschluss 10 der ersten Arbeitselektrode und Anschluss 12 der zweiten Arbeitselektrode. Die erste Einzelelektrode 6a der Referenzelektrode 6 ist mit der zweiten Einzelelektrode 6b der Referenzelektrode 6 über einen Leiter kurzgeschlossen. Die wirksame Fläche des Elektrodenmaterials der ersten Einzelelektrode 6a ist deutlich kleiner als die wirksame Fläche des Elektrodenmaterials der zugehörigen ersten Arbeitselektrode 4. Das Gleiche gilt für die wirksame Fläche des Elektrodenmaterials der zweiten Einzelelektrode 6b relativ zur wirksamen Fläche des Elektrodenmaterials der zugehörigen zweiten Arbeitselektrode 5. Unter der Referenzelektrode 6 befindet sich die Gegenelektrode 7, die ebenfalls mit dem Potentiostat 13 über Anschluss 11 verbunden ist, wie die erste Einzelelektrode 6a und die zweiten Einzelelektrode 6b der Referenzelektrode 6 gemeinsam über Anschluss 9. Die Separatoren 15a, 15b sind in Fig. 2 nicht dargestellt. Die Anordnung der Elektroden ist die Gleiche wie in Fig. 1, ausgenommen dass die Gegenelektrode 7 kleiner ist. Der Potentiostat ist als Bipotentiostat ausgebildet.

Bezugszeichenliste

1	erster Gaseinlass		8	Elektrolyt
2	zweiter Gaseinlass		9	Anschluss Referenzelektrode
3	Gehäuse		10	Anschluss erste Arbeitselektrode
4	erste Arbeitselektrode		11	Anschluss Gegenelektrode
5	zweite Arbeitselektrode		12	Anschluss zweite Arbeitselektrode
6	Referenzelektrode		13	Potentiostat
6a	erste Einzelelektrode		14	Deckel
6b	zweite Einzelelektrode		15a	erster Separator
7	Gegenelektrode		15b	zweiter Separator

Ansprüche

1. Mehrgassensor umfassend

• ein Gehäuse mit zumindest einem Gaseinlass,

• eine erste Arbeitselektrode aus einem ersten Elektrodenmaterial,

• eine zweite Arbeitselektrode aus einem zweiten Elektrodenmaterial, wobei das zweite Elektrodenmaterial unterschiedlich vom ersten Elektrodenmaterial ist,

• zumindest eine Referenzelektrode, wobei die Referenzelektrode eine erste Einzelelektrode aus dem ersten Elektrodenmaterial und getrennt hiervon eine zweite Einzelelektrode aus dem zweiten Elektrodenmaterial aufweist und beide Einzelelektroden elektrisch leitend verbunden sind,

• einen Elektrolyten im Inneren des Gehäuses, wobei der Elektrolyt jeweils mit dem ersten Elektrodenmaterial der ersten Arbeitselektrode, dem zweiten Elektrodenmaterial der zweiten Arbeitselektrode und den Elektrodenmaterialien der beiden Einzelelektroden der Referenzelektrode in Kontakt steht,

wobei die erste Arbeitselektrode zwischen dem zumindest einem Gaseinlass und der ersten Einzelelektrode der Referenzelektrode angeordnet ist.

2. Mehrgassensor nach Anspruch 1, wobei die zweite Arbeitselektrode zwischen dem Gaseinlass und der zweiten Einzelelektrode der Referenzelektrode angeordnet ist,

wobei vorzugsweise das Gehäuse einen ersten und einen zweiten Gaseinlass aufweist und

die erste Arbeitselektrode zwischen dem ersten Gaseinlass und der ersten Einzelelektrode der Referenzelektrode angeordnet ist, die das erste Elektrodenmaterial aufweist, und

die zweite Arbeitselektrode zwischen dem zweiten Gaseinlass und der zweiten Einzelelektrode der Referenzelektrode, die das zweite Elektrodenmaterial aufweist, angeordnet ist.

3. Mehrgassensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Elektrodenmaterialien unterschiedlich voneinander jeweils ausgewählt sind aus: Palladium, Iridium, Kohlenstoff, Platin und Rhodium, wobei das erste Elektrodenmaterial vorzugsweise Platin ist.

4. Mehrgassensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Arbeitselektrode, die zweite Arbeitselektrode und die beiden Einzelelektroden der Referenzelektrode jeweils die Form einer Scheibe haben, insbesondere einer kreisförmigen oder ovalen Scheibe.

5. Mehrgassensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

a) der erste Gaseinlass, die erste Arbeitselektrode und die erste Einzelelektrode und

b) der zweite Gaseinlass, die zweite Arbeitselektrode, und die zweite Einzelelektrode,übereinander angeordnet jeweils eine Stapelanordnung bilden.

6. Mehrgassensor nach Anspruch 5, wobei die Gegenelektrode Teil beider Stapel ist und den Abschluss des jeweiligen Stapels bildet.

7. Mehrgassensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Arbeitselektrode eine größere wirksame Fläche mit Elektrodenmaterial aufweist als die erste Einzelelektrode, und vorzugsweise betrachtet von dem ersten Gaseinlass die erste Arbeitselektrode die erste Einzelelektrode überdeckt, insbesondere vollständig.

8. Mehrgassensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Arbeitselektrode eine größere wirksame Fläche mit Elektrodenmaterial aufweist als die zweite Einzelelektrode und vorzugsweise betrachtet von dem zweite Gaseinlass die zweite Arbeitselektrode die zweite Einzelelektrode überdeckt, insbesondere vollständig.

9. Mehrgassensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einzelelektroden durch einen Leiter elektrisch verbunden sind und der Leiter vorzugsweise gegenüber dem Elektrolyten isoliert ist und weiter bevorzugt aus Platin ist.

10. Mehrgassensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Elektrodenmaterial der Einzelelektroden eine mittlere Stärke von 50 - 400 µm, bevorzugt 100 bis 250 µm, aufweist.

11. Mehrgassensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wirksame Fläche der jeweiligen Einzelelektrode in Bezug auf die zugehörige Arbeitselektrode um zumindest 15%, vorzugsweise zumindest 30%, kleiner ist.

12. Mehrgassensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mehrgassensor einen Bipotentiostaten aufweist.

13. Mehrgassensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse zumindest zwei räumlich separierte Kammern umfasst, wobei in den Kammern jeweils zumindest ein Gaseinlass und ein Paar von Arbeitselektrode und Einzelelektrode enthalt ist und vorzugsweise in den Kammern jeweils unterschiedliche Elektrolyte enthalten sind.

14. Verfahren zur quantitativen oder qualitativen Bestimmung von zwei Zielgasen gleichzeitig nebeneinander mit dem Mehrgassensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zielgase vorzugsweise H₂S und CO sind.

Zeichnung