Brevet FR2225744A1 — publié le 19741108

L'invention concerne un procédé pour la mesure de faibles teneurs en oxygène dans des fluides et dans des solides, à température ambiante (5 C à 95 C), en particulier pour les études en physiologie et en techniques de mesures et des eaux usées. Dans de nombreuses applications, il est néces- saire de mesurer avec beaucoup de précision, les plus faibles teneurs en oxygène dans les fluides et les solides, à la température ambiante. I1 peut s'agir alors de la détermination de la teneur en oxygène de l'eau à la température de l'eau régnant dans la nature, de la teneur en oxygène dans le sang, de la relation en fonction du temps de la teneur en oxygène dans les études de diffusion et de perméation sur des matières fluides ou solides (par exemple tissus cellulaires), ainsi que d'applications lors des étalonnages de membranes dtappa- reil de mesure. Jusqu'à présent, on a procédé, pour de telles mesures, à des mesures de pressions partielles d'oxygène à des températures élevées, au moyen d'éléments combustiblesà haute température. Mais ce procédé ne convient pas pour la mesure à la température ambiante de la teneur en oxygène, par exemple, dans le sang, ou lors des études de diffusion et de perméation dans les tissus cellulaires. Le but de l'invention est de développer un procédé et des dispositifs utilisables permettant de mesurer les plus faibles teneurs en oxygène dans les milieux précités ,et ceci à la température ambiante. Ce problème sera résolu par l'invention en ce que pour la mesure de la teneur en oxygène d'un échantillon, celui-ci sera disposé dans une chambre fermée à l'atmosphère, spatialement séparée d'une cellule de mesure, et en ce qu'on mesurera , dans la cellule de mesure, l'oxygène au moyen d'une chalne de mesure de concentration a'oxygène, Ce procédé repose sur la première loi de Fick, d'après laquelle, lorsque la température et la pression sont constantes dans un système, il existe entre les densités de courant de diffusion le courant de particules J (courant de diffusion) traversant l'unité de surface, et la concentration de particules n, la relation suivante j - D degré n, ou D est le coefficient de diffusion (constante de diffusion). Le procéxé proposé permet, grâce à la séparation spatiale entre l'objet de l'étude. et la mesure, d'utiliser, comme sonde de mesure, un électrolyte solide obtenu par voie d'oxydation, à une température élevée (du Zr 02 dopé par exemple). La zone de température peut se déplacer sans inconvénient de 30QO à 60oOC, L'oxygène libéré par dégazage de la matière à étudier est, dans un degré de concentration d'oxygène avec un gaz porteur, ne contenant pas d'oxygène ou ayant seulement une faible pression partielle définie d'oxygène (vide), envoyé à l'électrolyte solide, et là, mesuré d'une façon continue avec beaucoup de précision. Le procédé comporte deux étapes à savoir 1. le dégazage, et 2. la mesure d'oxygène En ce qui concerne le dégazage il faut distinguer entre matières solides et fluides. Pour les matières solides, il suffit de les introduire dans le courant de gaz de mesure. Elles doivent etre enfermées dans une enceinte étanche sous vide, ou store entourées d'une atmosphère sans oxygène. Les fluides seront mis en contact avec le courant de gaz porteur par l'intermédiaire d'une membrane. Cette membrane doit être perméable à l'oxygène à la température de la salle. Comme matière pour la membrane on dispose de téflon de chlorure de polyvnyle, de caoutchouc de silicones, etc. Pour la mesure d'oxygène il y a également deux possibilités. Dtune part on peut procéder à une mesure de F.E.h. sur des électrolytes solides, par suite de la différence de concentration de 02 entre électrodes intérieure et extérieure (mesure de concentration). Pratiquement, on utilisera alors l'effet de batterie. Comme deuxième possibilité, s'offre la mesure d'un courant limite de diffusion.Le courant entre les électrodes de mesure est proportionnel à la différence d'oxygène sur les électrodes.En prenant pour référence une activité d'oxygène, (par exemple sur l'électrode de refé- rence, à partir de l'air atmosphérique), et en apliquant une tension, on peut déterminer du côté de la mesure, la pressior partielle d'oxygène. Celle-ci peut être choisie assez petite pour qu'un courant limite de diffusion s'écoule du gaz à étudier, qui n'est proportionnel qu'à la concentration d'oxygène dans le gaz, et peut être étalonné. I1 s'agit donc là d'une mesure de flux d'oxygène. Le montage des deux cellules de mesure est pratiquement le même, simplement on utilisera une fois l'effet batterie, et l'autre fois, on appliquera une tension sur la cellule de mesure ; et on mesurera un courant. Le montage de mesure et le procédé seront expliqués ci-dessous plus en détail à l'aide d'un croquis. Dans une cnambre 1 est introduit dans la zone froide 3 de cette chambre l'échantillon 2 à mesurer. Pour la mesure d'échantillons fluides, la chambre 1 est divisée par une membrane 4. I1 se produit ainsi une partie de chambre chaude 5. La sonde de mesure 6 est composée d'une électrode 7 de concentration C1 et d'une électrode 8 de concentration a2. Entre les deux-électrodes 7 et 8 est disposé un électrolyte 9. Comme électrolyte on dispos par exemple de ZrO2 dopé La chambre 1 est sous vide ou remplie d'un gaz inerte. Les grandeurs de mesure seront relevées sur les deux électrodes sous forme d'une tension U, ou bien l'on mesurera un courant limite de diffusion, après application d'une tension. X ffi W X N D I C A g I b N S 1. Procédé pour la mesure de faibles teneurs en oxygène dans des fluides et dans des matières solides, à température ambiante (50C à 950C) en particulier pour les études en pbysiologie, en techniques de mesure et des eaux usées, ce procédé est caractérisé en ce que, pour la mesure de la teneur en oxygène d'un échantillon, celui-ci est disposé dans une chambre fermée à l'atmosphère, spatialement séparée d'une cellule de mesure, et en ce qu'on mesure dans la cellule de mesure, l'oxygène au moyen d'une channe de mesure de concentration d'oxygène. 2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'oxygène est déterminé par mesure du courant limite de diffusion. 3. Dispositif pour l'exécution du procédé suivant l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la chambre lest divisée par une membrane (4) en une zone froide et une zone chaude, une sondede mesure (6) en un électrolyte solide obtenu par cie d'oxydation, étant disposée dans la zone chaude.