I.3.2.2 Principe de fonctionnement des capteurs
électrochimiques
Un capteur électrochimique est constitué d'une
électrode indicatrice (matériau conducteur) que l'on place dans
la solution à analyser. Un transfert électronique
s'établit entre un oxydant et un réducteur (espèces
neutres ou chargées), ce transfert est détecté et transmis
à la chaîne de mesure sous forme d'un signal de courant
électrique ou de tension (Vial, 2005). Les capteurs
électrochimiques se distinguent selon leur mode de transduction : mode
potentiométrique ou mode ampérométrique.
En mode potentiométrique, on mesure la
différence de potentiel (?E) qui s'établit entre
l'électrode indicatrice et une électrode de
référence. Sans imposition de courant ou "à courant nul",
lorsque l'équilibre est atteint, ?E est constante et donnée par
(E - Eréf). E est donné par l'équation de Nernst dans
laquelle intervient la concentration de l'oxydant (électrode de
1ère espèce), ou la concentration d'un contre-ion non
électroactif (électrode de 2e espèce), ou
encore les concentrations de l'oxydant et du réducteur (électrode
de 3e espèce). Avec une imposition de courant, on provoque
l'oxydation ou la réduction du substrat à doser. Dans des
conditions de diffusion pure (électrodes et solution immobiles), la
réponse potentiométrique se présente sous forme d'un
pseudo-plateau situé à un potentiel proche du potentiel standard
du couple redox impliquant le substrat. La durée de cette réponse
est proportionnelle à la concentration du substrat dosé (Vial,
2005 ; Kétep, 2006).
En mode ampérométrique, on mesure le courant qui
circule dans le circuit extérieur lorsqu'on impose une différence
de potentiel (?E) entre l'électrode indicatrice et l'électrode de
référence. Ce courant est proportionnel à la concentration
du substrat dosé, à condition que ?E soit judicieusement choisie
pour provoquer uniquement la réaction d'oxydation ou de réduction
de substrat et que les conditions de transport des espèces soient
fixées (Vial, 2005 ; Kétep, 2006). La figure 4 ci-dessous
présente le principe de fonctionnement d'un capteur
électrochimique, permettant d'obtenir des informations sur
l'espèce à détecter ou à doser dans un
échantillon.
Thèse de" Master of Science " de TAGNE TIEGAM RUFIS 29
Figure 2 : principe de
fonctionnement d'un capteur
Sur la figure ci-dessus, l'élément de
reconnaissance (substance électroactive) de l'analyte peut être
une molécule chargée, une molécule portant des paires
électroniques libres ou encore une molécule hybride
fonctionnalisée. Cet élément est immobilisé
à la surface du transducteur (électrode) par physisorption,
chimisorption, par piégeage dans une membrane inerte ou par inclusion
dans une matrice solide. Il doit offrir une spécificité
(affinité physico-chimique) et une sensibilité
élevées pour l'analyte d'intérêt, avec lequel il
doit réagir soit par une réaction d'échange d'ions, soit
par une réaction de complexation, ou enfin par une réaction
redox. Le transducteur quant à lui est le composant du capteur qui
détecte les changements physiques ou chimiques se produisant dans
l'élément de reconnaissance suite à la liaison de
l'analyte, et les convertit en un signal de sortie qui peut être
amplifié, affiché et sauvegardé (Vial, 2005 ;
Kétep, 2006).
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