METHODES ELECTROCHIMIQUES POUR L’ANALYSE IN SITU DE COMPOSES BIOACTIFS

Les méthodes spectrophotométriques d’analyse 

 La mesure du sulfure 

La détermination de faibles concentrations en sulfure d’hydrogène par la méthode au bleu de méthylène a été largement utilisée depuis son introduction par Fischer (1883). Cette méthode est sensible et très facilement adaptable pour des analyses de routine. Ainsi, Cline (1969) a amélioré les conditions expérimentales qui sont actuellement à la base de la méthode la plus utilisée. La méthode consiste à faire réagir le sulfure avec le chlorure ferrique et le N,N-Dimethyl-1,4-phenylenediamine (DMPD) pour former le bleu de méthylène (Réaction II.1). Réaction II.1 : Cette méthode est basée sur la loi de Beer-Lambert. L’absorption d’un faisceau lumineux monochromatique dans un milieu homogène est proportionnelle à la longueur du trajet optique suivi par cette radiation et à la concentration en solution des espèces absorbantes. La loi de Beer-Lambert s’exprime ainsi : Équation II.1 l C I I e −α = 0 Ou encore : Équation II.2 l C I I Aλ λ = − = ε 0 10 log Avec I0 = intensité de la lumière incidente ; I = l’intensité de la lumière sortante ; I / I0 = transmittance de la solution (sans unité) ; A = absorbance ou densité optique à une longueur d’onde λ (sans unité), ε = coefficient d’extinction molaire (en l mol−1· cm −1) ; ℓ = longueur du trajet optique dans la solution traversée, elle correspond à l’épaisseur de la cuve utilisée (en cm) ; C = concentration molaire de la solution (mol l−1) ; α = coefficient d’absorption (en m2 ·mol-1 ou en m 3 ·mol-1 ·cm -1). N,N-Dimethyl-1,4-phenylenediamine + H2S + 6Fe3+ + 6 Fe2+ +NH4 + + 2H+ II.1. Les méthodes spectrophotométriques d’analyse 61 L’absorbance du complexe ainsi formé mesurée à 664 nm est proportionnelle à la concentration dans les conditions de l’application de la loi de Beer Lambert. La gamme de concentration accessible est comprise entre 1 et 1000 µmol/l. Différentes méthodes sont utilisées pour la détection du complexe : la fluorescence, la spectrophotométrie ou la spectrophotométrie de flamme. On note des problèmes de dégazage, d’adsorption et d’oxydation de l’analyte, ainsi que des interférences avec le SO2 et les métaux (Kühl et Steuckart, 2000). Des méthodes chromatographiques telles que la chromatographie ionique, la chromatographie phase gaz, ou la chromatographie liquide haute performance (HPLC) permettent de travailler dans des gammes de concentrations très faibles (jusqu’au nanomolaire) mais l’analyse in situ reste trop encombrante et trop coûteuse (Kühl et Steuckart, 2000). 

 La mesure du silicate 

La méthode analytique la plus fréquemment utilisée pour doser cette espèce est la méthode colorimétrique basée sur la formation de l’acide silicomolybdique qui, après réduction, donne une coloration bleue intense. Il existe deux acides silicomolybdiques, la forme « α » se formant entre pH 3.8 et pH 4.8 et la forme « β » entre pH 1.0 et 1.8 (Truesdale et Smith, 1976). L’acide « β » se convertit spontanément en forme « α » si le pH et la force ionique augmentent. L’analyse est effectuée selon la méthode de Mullin et Riley (1955) adaptée par (Strickland et Parsons, 1972). On forme l’acide molybdique par transformation de l’heptamolybdate d’ammonium en milieu acide (Réaction II.2). L’acide orthosilicique Si(OH)4 forme avec l’acide molybdique un complexe silicomolybdique jaune qui absorbe dans l’UV (Réaction II.3) : Réaction II.2 : (NH4)6Mo7O24, 4H2O + 6H+ → 7(MoO3, H2O) + 6NH4 + Réaction II.3 : Si(OH)4 + 12MoO3 → H4Si(Mo12O40) Il faut un excès de réactif pour former ce complexe avec une vitesse de réaction convenable. L’acide molybdique qui n’a pas réagi avec la silice est éliminé par l’acide II. Les méthodes analytiques 62 oxalique (HOOC-COOH) qui le transforme en une forme réduite et permet également d’éliminer les complexes phosphatés. Le complexe silicomolybdique (le molybdène est au degré VI) est réduit à l’aide d’acide ascorbique : ┌──O─┐ HOCH2-CH-CH-C=C-C=O │ │ │ OH OH OH On obtient alors un complexe bleu avec le molybdène à un degré d’oxydation compris entre V et VI. Ce complexe possède un maximum d’absorption à 810 nm. La mesure est également possible à 660 nm mais avec une perte de sensibilité de 60%. La limite de détection est de 0.03 µmol/l pour une cuve de trajet optique de 10 cm. La loi de Beer Lambert est suivie bien au-delà de 50 µmol/l mais la mesure de l’absorbance nécessite une dilution (Aminot et Kérouel, 2004). La précision est d’environ 1 à 3 % en accord avec le protocole du programme international WOCE (Gordon et al., 1993). L’interférence du sulfure n’est significative que pour des concentrations de sulfure supérieures à 160 µmol/let diminue avec la salinité (Aminot et Chaussepied, 1983).  

Les méthodes électrochimiques d’analyse

 L’électrochimie est la discipline qui a pour objet l’étude des interfaces entre des conducteurs électroniques (métaux, polymères conducteurs…) et des conducteurs ioniques (solutions électrolytiques, sels fondus, électrolytes solides…). Il est traditionnel de la présenter en deux parties. La première partie traite des mesures concernant l’interface à l’équilibre ou dans des situations dynamiques excluant tout transfert électronique. La seconde partie concerne la réalisation et l’étude du transfert électronique hétérogène à l’interface. Dans les deux cas l’interface porte le nom d’électrode. 

Mesures potentiométriques à courant nul 

Il s’agit de mesurer au moyen d’un voltmètre électronique à très grande impédance d’entrée, la différence de potentiel à courant nul ou force électromotrice « ∆E » entre l’interface d’étude et une interface de référence. A température et pression constantes ce potentiel à courant nul est défini par l’Équation II.3 (chacun des deux potentiels obéissant à la loi de Nernst). Équation II.3 : ∆E = (Ec – Ea)I=0 Il existe quatre types d’électrodes : a. Electrode de première espèce. Elle est constituée par un métal M immergé dans la solution de l’un de ses ions, M/Mz+ défini par la Réaction II.4 et l’Équation II.4 : Réaction II.4 : Mz+ + z e- ↔ M