20 • Méthodes voltampérométriques et coulométriques
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20.7 CAPTEURS DE TYPE AMPÉROMÉTRIQUES
Les dosages voltampérométriques ne sont pas pratiqués dans le seul environnement classique des laboratoires d’analyse. Les applications sont plus nombreuses qu’il n’y paraît. Un
grand nombre d’instruments de contrôle, portatifs ou non, destinés à faire des mesures précises de composés présents dans les mélanges de gaz ou de vapeurs ou des solutions, sont
équipés de capteurs électrochimiques basés sur le principe de la cellule ampérométrique à
2 ou 3 électrodes. Quelques capteurs de ce type sont étudiés ci-après.
20.7.1 Sonde à dioxygène de Clark
La réduction électrochimique du dioxygène au contact d’une électrode est à l’origine de
plusieurs modèles de capteurs qui différent par les réactions mises en jeu. Le plus classique
est sans doute le capteur de Clark pour le dioxygène dissous, qui comporte une anode en
argent et une cathode en platine (l’électrode de travail), toutes deux baignant dans un électrolyte à base de KCl (fig. 20.6). Cette cellule est séparée de l’échantillon par une membrane
de téflon perméable au dioxygène, ce qui permet à ce gaz d’atteindre la cathode distante de
la membrane d’environ 20 mm. On applique une ddp de 1,5 V entre les deux électrodes, la
cathode étant ainsi portée à un potentiel négatif suffisant pour réduire totalement le dioxygène (réactions 1 et 2). L’intensité dans le circuit extérieur croît proportionnellement à la
quantité de gaz migrant à travers la membrane, et par suite à sa concentration en solution
(loi de Faraday).
+
-
solution tampon
avec KCl
membrane téflon
solution échantillon
bilan :
corps du capteur
isolant
à la cathode
à l'anode
ddp 1,5 V
électrode auxiliaire (Ag)
annulaire (anode)
électrode de travail (Pt)
(cathode)
les deux vagues polarographiques
du dioxygène
courant ( A)
µ
2
1
- 0,35
- 1,25 V
V appliqué ENH
vs
O + 2 H + 2 e
2
+
–
O + 4 H + 4 e
2
+
–
H O
2 2
H O + 2H + 2 e
2 2
+
–
2 H O
2
2 H O
2
4 AgCl + 4 e
–
4 Ag + 4 Cl
–
(1)
(2)
Figure 20.6 Une cellule à deux électrodes concentriques, de type Clark pour le dosage du dioxygène.
La membrane en téflon perméable au dioxygène, est très proche de la cathode pour
que la double diffusion à travers la membrane et ensuite dans le film liquide conduise
à un signal stable au bout de 10 à 15 secondes.
La fabrication des capteurs électrochimiques a considérablement évolué et l’offre s’est
diversifiée. Les trois électrodes du capteur pris comme exemple ici résultent d’une technique
de fabrication propre aux circuits de microélectronique. Complété par une membrane et un
électrolyte convenable, ce capteur permet de doser le chlore dissous dans l’eau. Il est basé
sur l’oxydation de l’ion ClO
− (acide hypochloreux). La limite de détection est de 1 ppbV
(fig. 20.7).
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
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20.7 CAPTEURS DE TYPE AMPÉROMÉTRIQUES
Les dosages voltampérométriques ne sont pas pratiqués dans le seul environnement classique des laboratoires d’analyse. Les applications sont plus nombreuses qu’il n’y paraît. Un
grand nombre d’instruments de contrôle, portatifs ou non, destinés à faire des mesures précises de composés présents dans les mélanges de gaz ou de vapeurs ou des solutions, sont
équipés de capteurs électrochimiques basés sur le principe de la cellule ampérométrique à
2 ou 3 électrodes. Quelques capteurs de ce type sont étudiés ci-après.
20.7.1 Sonde à dioxygène de Clark
La réduction électrochimique du dioxygène au contact d’une électrode est à l’origine de
plusieurs modèles de capteurs qui différent par les réactions mises en jeu. Le plus classique
est sans doute le capteur de Clark pour le dioxygène dissous, qui comporte une anode en
argent et une cathode en platine (l’électrode de travail), toutes deux baignant dans un électrolyte à base de KCl (fig. 20.6). Cette cellule est séparée de l’échantillon par une membrane
de téflon perméable au dioxygène, ce qui permet à ce gaz d’atteindre la cathode distante de
la membrane d’environ 20 mm. On applique une ddp de 1,5 V entre les deux électrodes, la
cathode étant ainsi portée à un potentiel négatif suffisant pour réduire totalement le dioxygène (réactions 1 et 2). L’intensité dans le circuit extérieur croît proportionnellement à la
quantité de gaz migrant à travers la membrane, et par suite à sa concentration en solution
(loi de Faraday).
+
-
solution tampon
avec KCl
membrane téflon
solution échantillon
bilan :
corps du capteur
isolant
à la cathode
à l'anode
ddp 1,5 V
électrode auxiliaire (Ag)
annulaire (anode)
électrode de travail (Pt)
(cathode)
les deux vagues polarographiques
du dioxygène
courant ( A)
µ
2
1
- 0,35
- 1,25 V
V appliqué ENH
vs
O + 2 H + 2 e
2
+
–
O + 4 H + 4 e
2
+
–
H O
2 2
H O + 2H + 2 e
2 2
+
–
2 H O
2
2 H O
2
4 AgCl + 4 e
–
4 Ag + 4 Cl
–
(1)
(2)
Figure 20.6 Une cellule à deux électrodes concentriques, de type Clark pour le dosage du dioxygène.
La membrane en téflon perméable au dioxygène, est très proche de la cathode pour
que la double diffusion à travers la membrane et ensuite dans le film liquide conduise
à un signal stable au bout de 10 à 15 secondes.
La fabrication des capteurs électrochimiques a considérablement évolué et l’offre s’est
diversifiée. Les trois électrodes du capteur pris comme exemple ici résultent d’une technique
de fabrication propre aux circuits de microélectronique. Complété par une membrane et un
électrolyte convenable, ce capteur permet de doser le chlore dissous dans l’eau. Il est basé
sur l’oxydation de l’ion ClO
− (acide hypochloreux). La limite de détection est de 1 ppbV
(fig. 20.7).
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit