Brevet FR2565691A1 — publié le 19851213

L'objet de l'invention concerne un capteur électrocatalytique destiné à la détection des vapeurs d'éthanol diluées dans l1air pulmonaire. Il permet de réaliser la détection automatique quantitative et qualitative en des temps réduits avec un maximum de précision. Les dispositifs utilisés jusqu'à ce jour pour mesurer la quantité d'alcool dilué dans l'air pulmonaire ne donnaient pas la possibilité d'avoir une indication immédiate avec une précision suffisante sous un encombrement réduit. Le capteur suivant l'invention permet d'avoir un temps de recouvrement entre deux mesures inférieures à 60 secondes. I1 donne une précision globale de 5 % relative à la valeur indiquée dans la gamme de mesure et la plage de température spécifiée avec une réponse quasi linéaire dans l'étendue de mesure. I1 présente un encombrement et un poids réduit de façon qu'il puisse équiper un appareil de format de poche fonctionnant en toutes positions;; Il se caractérise par l'application du principe de mesure ampéromètrique qui consiste à mesurer la variation du courant qui résulte au niveau de l'électrode anodique des réactions d'oxydation de la vapeur d'éthanol, à tension inter-électrodes constante, étant précisé que l'électrode est activée par un revêtement catalytique approprié en association avec un électrolyte cationique solide muni d'une contre électrode réductrice impolarisable au potentiel requis. Sur le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention La figure 1 représente le dispositif dans son ensemble vu en élévation et en coupe. La figure 2 montre le schéma électrique. Suivant la figure 1 de part et d'autre de l'électrolyte cationique solide 1 est ancré un réseau maillé conducteur de l'électricité constituant, d'une part l'électrode anodique 2, et l'électrode cathodique 3. Cet ensemble est soumis à un dépôt catalyseur 4, 5 par électrolyse, d'une solution d'acide chloroplatinique, jusqu'à obtenir une masse catalitique de 20 mg de noir de platine par centimètre carré. Après rinçage à l'eau distillée, suit un cycle d'oxydo réduction électrochimique. On déshydrate ensuite 1' ensemble en vue de recouvrir l'une de ses faces, correspondant à l'électrode anodique 2, d'une pulvérisation de carbone colloldal contenu dans une liant organique, jusqu'à concurrence de 2 mg au centi mètre carré 12. Le schéma électrique (Fig 2) comporte 1' anode 15, la cathode 16 et la résistance de mesure 17. Cet ensemble est ensuite positionné dans le corps 6 du capteur constitué principalement par un cylindre en polystyrène ou similaire fermé à sa base, formant réservoir de dimension réduite d ' environ 25 millimètres de diamètre et de 20 millimètres de hauteur. Le positionnement est assuré par la bague 7 vissée sur la face extérieure du corps 6, et qui assure une parfaite étanchéité vis-à-vis de la solution aqueuse contenue dans le réservoir 8. Le dépôt du catalyseur 9 s'effectue de la façon suivante On remplit le réservoir 8 par une solution aqueuse avec sel de palladium palladeux, les électrodes sont connectées à la source normale de tension 1,5 volts, jusqu'à clarification totale de la solution contenue dans le réservoir 8. Le catalyseur 10 est obtenu ensuite en comblant le volume ouvert 15 de la bague 7 de maintien avec la même solution aqueuse d'un sel de palladium palladeux, et en permutant la connexion des électrodes à la source de tension jusqu'à clarification totale de la solution. Après rinçage et égouttage, le capteur est soumis à un cycle d'oxydo-réduction durant cinq minutes, sous un courant de 100 mA par centimètre carré. Durant cette opération, le réservoir est mis à la pression atmosphérique par le bouchon 11. Le réservoir est ensuite scellé et le capteur normalement connecté à sa source de tension. Un vieillissement de 24 heures est nécessaire pour obtenir la stabilisation des caracté rustiques. Un signal puissant représentatif de la teneur d'éthanol est disponible aux bornes de la résistance de mesure. Après déduction du courant de repos, il est facilement exploitable par un circuit électronique pour commander l'affichage digital exigé. On peut réactiver la solution aqueuse par un complément de solution neuve introduite par le bouchon 11. Une membrane diffusante 12 hydrophobe est placée à la partie inférieure du cylindre. Une seconde membrane semi-perméable hydrophobe 12' est placée sur le catalyseur 5. Les connexions 13, 14 des anode 2 et cathode 3 complètent cet ensemble. Les vapeurs d'alcool sont introduites par l'orifice axial 15 à la bague, et passent ensuite dans la couche diffusante hydrophobe 12. La vapeur d'éthanol est dissociée (déshydrogénée) sur le catalyseur 10 en acétaldéhyde qui est relaché de la surface du catalyseur et qui s'échappe vers l'extérieur du capteur, et en hydrogène qui diffuse dans la couche semi-perméable hydrophobe 12', pour arriver dans la zone du catalyseur 5 où il s'ionise en ions H+ en libérant l'électron de valence qui est collecté par l'électrode anodique, connectée elle-même à une tension de pompage des électrons, en l'occurence l'élément galvanique alcalin au manganèse, de tension 1,5 volts connecté en série avec la résistance de mesure de lOohms. Les ions H+migrent dans l'électrolyte cationique solide sous l'influence du champ électrique imposé par l'élément galvanique, jusqu'à venir s'adsorber dans le catalyseur 4 en contact avec l'électrode cathodique qui fournit les électrons nécessaires pour compléter et neutraliser la charge des ions H et reformer une molécule de 112. L'N2 est oxydé sur le catalyseur 9 avec l'oxygène dissous contenu dans la solution aqueuse pour reformer de l'eau immobilisée dans le réservoir. Ce capteur repose sur le principe ampérométrique d'une réaction électrocatalytique avec utilisation d'un électrolyte cationique solide assurant, d'une part le transfert des ions H+, d'autre part la rétention d'une solution aqueuse d'un sel de palladium palladeux. La disposition multi-couches des zones de réaction favorisant le terris de recouvrement. Enfin, l'utilisation d ' une réserve aqueuse contenue dans le réservoir 8 permet d'obtenir la dépolarisation de 1' électro- de cathodique et la précision requise. Toutefois les formes, dimensions et dispositions des différents éléments, pourront varier dans la limite des équivalents, comme d ' ailleurs les matières utilisées pour leur fabrication, sans changer pour cela, la conception générale de 1' inven- tion qui vient d'être décrite. REVENDICATIONS 10 Dispositif de capteur électrocatalytique pour la détection automatique quantitative et qualitative des vapeurs d'éthanol diluées dans l'air pulmonaire, basé sur le principe ampérométrique d'une réaction électrocatalytique, se caractérisant par l'application d ' un électrolyte cationique solide (1), une anode (2), une cathode (3), des catalyseurs (4, 5, 9, 10) avec mise de solution aqueuse (8). 20 Dispositifr suivant la revendication 1 se caractérisant par le fait que le dispositif est contenu dans un carter cylindrique étanche (6) obturé à sa partie supérieure par un bouchon (11) et formant réservoir (8), obturé à sa partie inférieure par une bague (7) supportant une membrane diffusante hydrophobe (12), alors qu'une seconde membrane semi-perméable (12') est placée au dessus du catalyseur (5). 30 Dispositif suivant la revendication 1 se caractérisant par le fait que les anode et cathode sont alimentées par les lignes (13, 14) alors que les vapeurs d'éthanol pénètrent à la base du cylindre par l'orifice (15) axial formé par la bague (7).