Raman transduction and unconventional membrane compositions for polymeric sensors
(Transduction Raman et compositions de membranes non conventionnelles pour les capteurs polymères )

URL d'accès : http://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupver...

Auteur(s):  Ashina, Yulia
Date de soutenance : 01/10/2018
Éditeur(s) : Université Lille1 - Sciences et Technologies, ITMO University 

Langue : Anglais
Directeur(s) de thèse :  Ruckebusch, Cyril ; Kirsanov, Dmitry
Laboratoire : Laboratoire de spectrochimie infrarouge et Raman (LASIR)
Ecole doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq)

Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie
Discipline : Optique et Lasers, Physico-Chimie, Atmosphère
Mots-clés : Membranes polymères
Détecteurs de produits chimiques
Potentiométrie
Spectroscopie Raman -- Étalonnage
Membranes échangeuses d'ions
Réseaux de capteurs (technologie)

Résumé : Au cours des dernières années, le nombre de travaux scientifiques portant sur le développement de capteurs chimiques simples a significativement augmenté. Les études sont principalement orientées vers la recherche de nouveaux schémas de transduction du signal et vers le développement de capteurs dont les propriétés peuvent être programmées. Trois approches originales pour la transduction du signal des membranes polymères des capteurs potentiométriques sont présentées. La première partie est consacrée à la description d’une nouvelle technique pour la détection indirecte de cations métalliques au moyen de la spectrométrie micro-Raman. Le spectre Raman est mesuré à la surface de la membrane polymère au contact avec la solution échantillon. Ce spectre est converti en information analytique quantitative par étalonnage multivarié. Dans la deuxième partie, nous étudions la faisabilité de capteurs ne contenant pas d’ionophore, les membranes n’étant alors composées que des différents échangeurs d'ions et plastifiants. La performance de ces capteurs pour l’analyse quantitative de mélanges binaires de Ca2+-Mg2+ est évaluée en combinant une approche originale basée sur des capteurs multiples. Les résultats sont comparés à ceux obtenus avec des capteurs à base d’ionophores traditionnels. Enfin, la modification à façon des schémas de sensibilité des capteurs utilisant des membranes contenant plusieurs ionophores est présentée dans la dernière partie. Trois ionophores ont été choisis pour la préparation de la membrane. Les performances de ce réseau de capteurs sont testées sur des mélanges de Ln3+ et les résultats sont comparés à ceux des capteurs mono-ionophores conventionnels.


Résumé (anglais) : In recent years, the number of studies devoted to the development of simple and inexpensive chemical sensors has significantly increased. The development of new approaches is mainly aimed at novel sensor signal transduction schemes and designing sensors with programmable properties. This thesis presents three new approaches to the analytical signal transduction in the polymeric membranes of potentiometric sensors. The first part of the study describes a novel technique for indirect metal cations detection with micro-Raman spectroscopy. The evolution of the Raman spectrum of the polymeric membrane, upon contact with the sample solution, is used as the analytical signal. Multivariate calibration methods were used to provide a quantitative estimation of the metal content in the aqueous solutions from the measured Raman spectra. The second part of the thesis reports on studying the feasibility of ionophore-free sensor array with membranes based on various ion-exchangers and plasticizers only. The sensor performance in the analysis of Ca2+-Mg2+ mixtures was evaluated through a combination of multisensor approach and multivariate calibration and was compared to traditional ionophore-based selective sensors. The final part of the thesis is aimed at programmable modification of the sensor sensitivity patterns using the membranes containing several ionophores. Three ionophores, which were previously used for the determination of the lanthanide cations, were chosen for the membrane preparation. The performance of the corresponding multi-ionophore array was tested in the analysis of Ln3+ mixtures and compared to conventional mono-ionophore sensors.


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