この記事では「酸素自動計測器(JIS B 7983)」のうち、酸素の電気化学的な性質を利用するもの(電気化学式)について、試験で問われやすいポイントを分かりやすく解説していく。
電気化学式の計測器は、酸素の電気化学的酸化還元反応を利用して,酸素濃度を連続的に求めるもので次の方式があるの。
- ジルコニア方式
- 電極方式
試験で主に出題されるのはジルコニア方式のほう。
だから、この記事ではジルコニア方式を中心に解説していく。
ジルコニア方式とは?
はじめに、JISの記述の確認ね。
ジルコニウムの酸化物であるジルコニアは、酸化イットリウムなどを添加して安定化すると、高温で酸素イオン(O2-)だけを通す(電導する)固体電解質になるの。
そして、ジルコニア素子の両端に電極を設け、一方に試料ガス、もう一方に空気を流す。 すると、両側の酸素濃度の違いによって電極間に起電力(電圧)が生じるのよ。
この起電力を測定して酸素濃度を求める。 これがジルコニア方式。
ジルコニア方式の特徴
ジルコニア方式では、ジルコニア素子を高温に加熱して使用するの。
だから、高温の試料ガスを測定できるという特徴がある。
一方で、注意しなければならないのが一酸化炭素(CO)や水素(H₂)などの未燃焼ガスによる干渉ね。
これらの未燃焼ガスを多く含む試料では、実際よりも低い酸素濃度を示すことがあるの。
なぜかって?
未燃焼ガスが白金電極表面で酸化される際に、酸素が消費されるからよ。
つまり、本来測定したい酸素が途中で使われてしまうから、測定値は実際より低く出てしまうってわけ。
だから、未燃焼ガスの影響を無視できる場合、または影響を除去できる場合に、ジルコニア方式は適用できるってJISに記載されているの。
ほら、実力を試してみなさい!
選択肢1から順番にみていく。
ジルコニア素子は、高温に加熱することで酸素イオン(O²⁻)を通す固体電解質として働くようになるの。だから、この記述は正しいわ。
選択肢2
これは、JIS B 7983の「4.2 電気化学式」に記載されている内容ね。
JISにそのまま書かれているんだから、この記述は正しいわよ。
選択肢3
ジルコニア方式では、未燃焼ガスを多く含む試料を測定すると、実際の酸素濃度よりも低い値を示すことがある。
さっき解説したでしょ?覚えてる?
だから、この記述は誤り
【解答】3
まず、問題文のキーワードを確認ね。
今回のポイントは、
「高温に加熱した固体電解質」
「酸素濃淡電池」
「酸素濃度の差によって生じる起電力」
この3つね。
「高温に加熱した固体電解質」は、ジルコニア素子のこと。
だから、ジルコニア方式が正解。
【解答】1
選択肢1から順番にみていく。
一酸化窒素(NO)は、酸素と同じく常磁性をもつ。
そのため、磁気式濃度計ではNOの影響を受け、酸素濃度を実際よりも高く示す「正の干渉」が生じることがあるの。
だから、磁気式濃度計を使用できる条件は、一酸化窒素の影響を無視できる場合のみよ。
つまり、1は誤りね。
選択肢2
ジルコニア方式では、未燃焼ガスを多く含む試料を測定すると、実際の酸素濃度よりも低い値を示すことがある。
さっき解説したでしょ?覚えてる?
だから、この記述は正しいの。
【解答】2
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