Elaboration d'un capteur électrochimique à l'aide du charbon actif obtenu à base des balles de riz: application à la détection électrochimique du Paraquat

I-3 MÉTHODES ÉLECTROCHIMIQUES D'ANALYSES

Les techniques électrochimiques sont des outils d'analyse classique très utiles en chimie analytique pour leur facilité d'emploi (elles utilisent un seul instrument de mesure), leur précision et la fiabilité des mesures qu'elles permettent d'effectuer. Sensibles et sélectives, elles peuvent servir à la détermination de plusieurs éléments dans la même matrice, et sont adaptées à la détection des pesticides et des métaux lourds dans l'environnement. Suivant la nature des espèces électroactives et le type d'informations recherchées au cours d'une analyse, on peut faire appel à une méthode électrochimique appropriée. Ce travail étant porté sur l'analyse des pesticides à l'état de trace, les méthodes impulsionnelles d'analyse sont les plus indiquées à cet effet. Il existe plusieurs méthodes électrochimiques, mais nous ne présenterons que celles utilisées tout au long de ce travail: la voltammétrie cyclique (CV), la voltammétrie à onde carée (VOC) et la spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE).

I.3.1 Voltammétrie cyclique

Elle consiste à faire varier en aller et retour (entre deux bornes Ei et Ef) le potentiel d'une électrode dite électrode de travail et à enregistrer le courant correspondant. Les signaux enregistrés (Figure 3) sont caractérisés par plusieurs paramètres tels que :

L'écart AEp entre les potentiels de pics anodique et cathodique donné par la relation (I1), dans laquelle Epa est le potentiel du pic anodique et Epc le potentiel du pic cathodique.

AEp= Epa- Epc .. (I-1)
La relation entre le courant des pics (ip) et la vitesse de défilement (V) des potentiels est donnée par l'équation (I-2) de Randles-Sevcick. Dans cette équation, (n) est le nombre d'électrons échangés par la réaction chimique étudiée, (A) la surface de l'électrode, (D) le coefficient de diffusion de l'espèce électroactive, (V) la vitesse de balayage de potentiel, (C) concentration de l'espèce électroactive.

Ip= (2.69 x 10⁵)n^3/2AD^1/2v^1/2C (I-2)
La grandeur E1/2 est appelée potentiel de demi pic et donnée par :

E1/2 =1/2(Ep_c- Epa) (I-3)

Ei : Potentiel initial Ef : Potentiel final ia : Intensité anodique ic : Intensité cathodique

Thèse de" Master of Science " de TAGNE TIEGAM RUFIS 30

Figure 3 : Courbe typique de voltampérométrie cyclique.

D'un point de vue théorique, la voltammétrie cyclique est la méthode de choix pour étudier la réversibilité d'un transfert électronique. Si au départ l'espèce redox en solution est un réducteur, le balayage allé se fait vers les potentiels anodiques pour favoriser son oxydation (équation I-4). Lorsque Ef est atteint, le sens de balayage est inversé vers les potentiels

Thèse de" Master of Science " de TAGNE TIEGAM RUFIS 31

cathodiques afin de favoriser la réduction de l'espèce oxydante générée au cours du balayage allé (équation I-5) (Zoski, 2007).

Balayage allé (Epa) : Red H Ox + ne (I-4)

Balayage retour (Epc): Ox + ne H Red (I-5)

Les valeurs d'Epa et Epc (respectivement les potentiels des pics d'oxydation et de réduction) permettent de déterminer le potentiel de demi-pic E1/2 (équation I-6) qui est une caractéristique du système électrochimique dans les conditions opératoires utilisées.

E1/2 = ???? (Epc + Epa ) (I- 6)

Pour un système réversible, le rapport ??????

?????? = 1. Ce rapport est différent de 1 pour un système

irréversible et l'écart entre les potentiels de pics anodique (EPa) et cathodique (EPc) est donné

par:

??,??????

ÄE = Epa - Epc = ... ... ... ... ... ...(I-7)

????

Où R est la constante se gaz parfaits (J.K^-1.mol^-1), T la température (K), n le nombre d'électrons échangé et F la constante de Faraday.

Les courants de pic anodique ou cathodique sont déterminés par l'équation I-8 appelée relation de Randles-Sevcik :

Ip = (2069 × 10-5) n^3/2 AD^1/2Cv^1/2 (I-8)

Où n est le nombre d'électrons échangés par l'analyte électrochimique étudié, A la surface de l'électrode de travail (cm²), D le coefficient de diffusion de l'espèce électroactive (cm²/s), C la concentration de l'espèce électroactive (mol/L) et V la vitesse de balayage du potentiel (V/s).