MEMBRANE D'Ag S POUR LE DOSAGE D'IONS ARGENT OU D'IONS AG S MEMBRANE FOR THE ASSAY OF SILVER IONS OR IONS
HALOGENURES EN SOLUTION L'invention concerne une membrane sensible aux ions argent et aux ions halogénures, utilisable dans une électrode. Plus précisément, l'invention concerne une membrane cristalline à base de sulfure d'argent utilisable dans une électrode pour la mesure de l'activité des ions argent ou halogénures en solution.The invention relates to a membrane sensitive to silver ions and to halide ions, usable in an electrode. More specifically, the invention relates to a crystalline membrane based on silver sulfide which can be used in an electrode for measuring the activity of silver ions or halides in solution.
Les électrodes à membrane sélective sont bien connues dans les brevets et la littérature.Selective membrane electrodes are well known in patents and the literature.
En général, ces électrodes comprennent une membrane cristalline sous forme de pastille comprimée d'un matériau sensible à l'ion dont on veut détecter l'activité, placée à l'extrémité inférieure du corps de l'électrode. Une face de la membrane, dite face interne, est reliée à la chaîne de mesure électrochimique par un élément de référence constitué soit par un électrolyte interne d'activité ionique connue dans lequel est immergée une électrode métallique de référence, soit par un système métallique adapté. L'autre face de la membrane, dite face externe, est mise en contact avec la solution à doser. Entre les deux faces de la membrane s'établit une différence de potentiel. On mesure ce potentiel au moyen d'un voltmètre • à impédance élevée connecté à l'élément de référence et à la solution à doser. La différence de potentiel ainsi mesurée et le logarithme de l'activité des ions à mesurer sont liés par une relation linéaire, l'équation de Nernst bien connue.In general, these electrodes comprise a crystal membrane in the form of a compressed tablet of an ion-sensitive material whose activity is to be detected, placed at the lower end of the body of the electrode. One side of the membrane, called the inner side, is connected to the electrochemical measuring chain by a reference element constituted either by an internal electrolyte of known ionic activity in which a reference metal electrode is immersed, or by a suitable metal system . The other face of the membrane, called the external face, is brought into contact with the solution to be assayed. Between the two faces of the membrane there is a potential difference. This potential is measured by means of a high impedance • voltmeter connected to the reference element and to the solution to be assayed. The potential difference thus measured and the logarithm of the activity of the ions to be measured are linked by a linear relationship, the well-known Nernst equation.
De nombreuses membranes à base de sulfures métalliques, en particulier des membranes à base d'Ag S sont connues dans la technique.Many membranes based on metal sulfides, in particular membranes based on Ag S are known in the art.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 591 464 décrit une électrode à membrane cristalline, formée d'un mélange intime d'Ag S et d'un autre composé choisi en fonction de la nature de l'ion dont on veut mesurer l'activité. Par
exemple, pour détecter des ions Cu , le pourcentage en moles de sulfure cuivrique par rapport au sulfure d'argent est compris entre 95 % CuS/5% Ag S et 1 %U.S. Patent 3,591,464 describes a crystal membrane electrode formed from an intimate mixture of Ag S and another compound chosen according to the nature of the ion whose l 'activity. Through example, to detect Cu ions, the mole percentage of cupric sulphide compared to silver sulphide is between 95% CuS / 5% Ag S and 1%
CuS/99 % Ag S. Ainsi, à Ag S, on associe CuS, PbS, CdS et AgSCN pour doser respectivement Cu ++, Pb++,CuS / 99% Ag S. Thus, with Ag S, we combine CuS, PbS, CdS and AgSCN to measure Cu ++, Pb ++ respectively,
Cd++, et SCN".Cd ++ , and SCN " .
Le brevet des Etats-Unis d'.Amérique 4 400 243 décrit une membrane comprenant un mélange d'au moins quatre sulfures métalliques, chaque sulfure correspondant à un ion à doser. Par exemple, le mélange peut contenir 15 à 65% en poids de sulfure d'argent, 15 à 65% en poids de sulfure de cadmium, 30 à 65% en poids de sulfure de plomb, et 3 à 9% en poids de sulfure de cuivre. Ce mélange peut être obtenu par coprécipitation, par exemple, en ajoutant à une solution de sulfure de sodium une solution contenant un mélange de 0,3 mole de nitrate de cadmium, 0,3 mole de nitrate de plomb, 0,3 mole de nitrate d'argent et 0,1 mole de nitrate de cuivre. Cette membrane permet de doser les ions Ag+, Cd++, Pb++, Cu++. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 563 874 décrit une membrane non poreuse sensible aux ions halogénures constituée d'un mélange de sulfure d'argent et d'au moins 5 % en moles d'halogénure d'argent, par exemple du chlorure d'argent pour doser Cl~, les mélanges préférés varient entre 10 moles et 90 % d'AgCl. Dans le cas de membranes mixtes contenant du sulfure d'iode et du sulfure de brome, le contenu minimum en halogénure doit dépasser 5 moles %.U.S. Patent 4,400,243 describes a membrane comprising a mixture of at least four metal sulfides, each sulfide corresponding to an ion to be assayed. For example, the mixture may contain 15 to 65% by weight of silver sulfide, 15 to 65% by weight of cadmium sulfide, 30 to 65% by weight of lead sulfide, and 3 to 9% by weight of sulfide of copper. This mixture can be obtained by coprecipitation, for example, by adding to a solution of sodium sulfide a solution containing a mixture of 0.3 moles of cadmium nitrate, 0.3 moles of lead nitrate, 0.3 moles of nitrate silver and 0.1 mole of copper nitrate. This membrane makes it possible to dose the Ag + , Cd ++ , Pb ++ , Cu ++ ions. U.S. Patent 3,563,874 describes a non-porous membrane sensitive to halide ions consisting of a mixture of silver sulfide and at least 5 mol% of silver halide, for example silver chloride for assaying Cl ~ , the preferred mixtures vary between 10 moles and 90% AgCl. In the case of mixed membranes containing iodine sulfide and bromine sulfide, the minimum halide content must exceed 5 mol%.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 0.96 049 décrit une membrane constituée de sulfure d'argent et comprenant à sa surface une substance peu soluble ayant un ion en commun avec l'ion à doser, par exemple AgCl, AgBr ou Agi pour doser respectivement Cl-, Br~ et I-.US Patent 4 0.96 049 describes a membrane made of silver sulfide and comprising on its surface a sparingly soluble substance having an ion in common with the ion to be assayed, for example AgCl, AgBr or Agi for measure Cl-, Br ~ and I- respectively.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 172 778 décrit une membrane d'Ag 3SBr ou Ag3SI pour le dosage d'Ag+, I~ ou Br~.US Patent 4,172,778 describes an Ag 3SBr or Ag3SI membrane for the assay of Ag + , I ~ or Br ~ .
Par exemple, Ag 3SI est obtenu par précipitation de
quantités équimolaires de sulfure de sodium et d'iodure de sodium avec un léger excès de nitrate d'argent.For example, Ag 3SI is obtained by precipitation of equimolar amounts of sodium sulfide and sodium iodide with a slight excess of silver nitrate.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 672 692 décrit une membrane d'Ag S pour détecter des ions sulfure en solution. Ce brevet enseigne que la membrane de sulfure d'argent doit être d'un degré de pureté relativement élevé car la présence d'ions ou de molécules étrangers, tels que AgO la rend poreuse et d'une faible résistance mécanique. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 809 636 enseigne d'employer du sulfure d'argent et du sélénure et/ou tellurure d'argent combinés pour former une électrode pour doser les ions argent. Par exemple, la membrane contient de 10 à 30 % en poids de sulfure d'argent et de 70 à 90 % en poids de tellurure d'argent. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 549 953 décrit la combinaison de sulfure d'argent, de sélénure d'argent, de tellurure d'argent et de sulfuré de mercure, par exemple Ag SSe ou Ag STe obtenus par coprécipitation pour former une membrane pour mesurer l'activité de l'un des trois éléments qui composent la membrane.U.S. Patent 3,672,692 describes an Ag S membrane for detecting sulfide ions in solution. This patent teaches that the silver sulfide membrane must be of a relatively high degree of purity because the presence of ions or foreign molecules, such as AgO makes it porous and of low mechanical resistance. U.S. Patent 3,809,636 teaches to use silver sulfide and silver selenide and / or telluride to form an electrode for assaying silver ions. For example, the membrane contains from 10 to 30% by weight of silver sulphide and from 70 to 90% by weight of silver telluride. U.S. Patent 4,549,953 describes the combination of silver sulfide, silver selenide, silver telluride and mercury sulfide, for example Ag SSe or Ag STe obtained by co-precipitation to form a membrane to measure the activity of one of the three elements that make up the membrane.
En résumé, les membranes cristallines de la technique antérieure à base d'Ag S comprennent un mélange de sulfure d'argent et d'un sulfure d'un autre métal afin de doser l'argent ou cet autre métal, ou un mélange de sulfure d'argent et d'un sel halogène pour doser cet halogénure.In summary, the crystal membranes of the prior art based on Ag S comprise a mixture of silver sulfide and a sulfide of another metal in order to assay silver or this other metal, or a mixture of sulfide silver and a halogen salt to measure this halide.
Un des objets de la présente invention est de fournir une nouvelle membrane cristalline à base de sulfure d'argent sensible aux ions d'argent et aux ions halogénures en solution bien qu'elle ne contienne pas d'halogénure et qui permette de doser les ions argent ou halogénures dans des solutions diluées ou saturées d'une manière rapide, reproductible et précise.One of the objects of the present invention is to provide a new crystalline membrane based on silver sulphide sensitive to silver ions and to halide ions in solution although it does not contain halide and which makes it possible to measure the ions silver or halides in diluted or saturated solutions in a rapid, reproducible and precise manner.
Cet objet est atteint avec une membrane selon l'invention comprenant du sulfure d'argent dopé avec un
ion capable de former soit avec Ag , soit avec S , un sel très insoluble, c'est-à-dire beaucoup plus insoluble que les espèces en solution.This object is achieved with a membrane according to the invention comprising silver sulfide doped with a ion capable of forming either with Ag or with S, a very insoluble salt, that is to say much more insoluble than the species in solution.
Par "sulfure d'argent dopé", on entend que le sulfure d'argent contient un agent dopant à raison de moins de 5 % en moles, et de préférence à raison d'environ 1% en moles et qui n'intervient pas dans les équilibres électrochimiques mis en oeuvre.By "doped silver sulphide" is meant that the silver sulphide contains a doping agent in a proportion of less than 5 mol%, and preferably in a proportion of approximately 1 mol% and which does not occur in the electrochemical equilibria used.
Un autre objet de la présente invention est d'obtenir une membrane ayant des propriétés mécaniques améliorées et une bonne résistance aux agents chimiques.Another object of the present invention is to obtain a membrane having improved mechanical properties and good resistance to chemical agents.
Cet objet est atteint avec une membrane cristalline d'Ag S dopé avec un ion formant avec S2- ou Ag+ un sel très insoluble, contenant de plus un composé hydrophobe.This object is achieved with an Ag S crystal membrane doped with an ion forming with S 2- or Ag + a very insoluble salt, further containing a hydrophobic compound.
Un autre objet de la présente invention est d'obtenir une électrode utilisant cette membrane qui soit d'un emploi facile et peu coûteuse.Another object of the present invention is to obtain an electrode using this membrane which is easy to use and inexpensive.
Cet objet est atteint en incorporant cette membrane de manière interchangeable.This object is achieved by incorporating this membrane interchangeably.
L'électrode selon l'invention mesure l'activité des ions argent ou halogénures en solution. En solution diluée, c'est-à-dire pour des concentrations inférieures à 10~ mole/1, l'activité de l'ion est pratiquement égale à la concentration ; au delà on applique un facteur de correction. Entre l'électrode et l'élément de référence s'établit une différence de potentiel qui varie avec l'activité de l'ion pour lequel cette membrane est sélective. La relation entre l'activité de. l'ion et le potentiel ainsi mesuré est logarithmique :The electrode according to the invention measures the activity of silver ions or halides in solution. In dilute solution, that is to say for concentrations less than 10 ~ mole / 1, the activity of the ion is practically equal to the concentration; beyond this, a correction factor is applied. Between the electrode and the reference element a potential difference is established which varies with the activity of the ion for which this membrane is selective. The relationship between the activity of. the ion and the potential thus measured is logarithmic:
E =
+ 2,3 RT/nF log A (équation de Nernst) ouE = + 2.3 RT / nF log A (Nernst equation) or
E est le potentiel mesuré, E E eesstt llaa ffrraaccttiioonn ddee ppoottee:ntiel due au choix de l'électrode de référence et des solutions internes.
2,3 RT/nF est une constante du système, A est l'activité de l'ion en solution. L'électrode selon l'invention fournit des réponses rapides et précises conformes à l'équation de Nernst dans la plupart des solutions diluées ou saturées. Elle permet de mesurer des activités d'ion Ag jusqu'à 10~ mole/1 dans des solutions d'halogénures d'argent et d'ions Ag+ jusqu'à 10~5 mole/1 dans des solutions d'AgNO ou d'ions halogénures jusqu'à 10~ mole/1 dans des solutions d'halogénures.E is the measured potential, EE eesstt llaa ffrraaccttiioonn ddee ppoottee: ntiel due to the choice of the reference electrode and internal solutions. 2,3 RT / nF is a system constant, A is the activity of the ion in solution. The electrode according to the invention provides rapid and precise responses in accordance with the Nernst equation in most diluted or saturated solutions. It allows measurement of Ag ion activities up to 10 ~ mole / 1 in silver halide solutions and Ag + ions up to 10 ~ 5 mole / 1 in AgNO or d solutions halide ions up to 10 ~ mole / 1 in halide solutions.
Dans un mode de réalisation de la présente invention illustré à la Figure 1, l'électrode est formée d'un barreau creux de résine (2) comprenant : a) une électrode de référence (8), composée d'un mélange 90:10 en masse d'argent et de résine, plongée dans une solution d'AgNO de concentration connue (7), b) la membrane d'Ag S (3) conforme à l'invention fixée de façon étanche à une extrémité du corps de l'électrode. Par exemple, la membrane peut être fixée avec un adhésif au corps de l'électrode, auquel cas le corps de l'électrode constitue avec la membrane la partie interchangeable, ou être fixée avec un joint, par exemple un joint au silicone, auquel cas c'est la membrane seule qui est interchangeable. En pratique, on place l'électrode de référence le plus près possible de la membrane, par exemple en interposant une rondelle de papier (4) d'épaisseur < 0,2 mm entre la membrane et l'électrode de référence, afin d'éviter la dérive du potentiel due à l'écart de température entre la membrane et l'électrode de référence. On peut aussi placer un capteur de température (5), par exemple au silicium, dans la résine pour corriger automatiquement ladite dérive du potentiel. Une gaine (6) de résine thermoplastique permet d'isoler les connections électriques (1) provenant du capteur de température (5) et de l'électrode de
référence (8) de la solution de référence (7).In an embodiment of the present invention illustrated in Figure 1, the electrode is formed of a hollow resin rod (2) comprising: a) a reference electrode (8), composed of a 90:10 mixture by mass of silver and resin, immersed in an AgNO solution of known concentration (7), b) the Ag S membrane (3) according to the invention fixed in leaktight manner to one end of the body of the 'electrode. For example, the membrane can be fixed with an adhesive to the body of the electrode, in which case the body of the electrode constitutes with the membrane the interchangeable part, or be fixed with a seal, for example a silicone seal, in which case the membrane alone is interchangeable. In practice, the reference electrode is placed as close as possible to the membrane, for example by interposing a paper washer (4) of thickness <0.2 mm between the membrane and the reference electrode, in order to avoid potential drift due to the temperature difference between the membrane and the reference electrode. One can also place a temperature sensor (5), for example silicon, in the resin to automatically correct said potential drift. A sheath (6) of thermoplastic resin allows the electrical connections (1) coming from the temperature sensor (5) and the electrode to be isolated. reference (8) of the reference solution (7).
Dans un autre mode de réalisation illustré à la Figure 2, l'électrode ne contient pas d'électrolyte de référence. L'une des faces de la membrane selon l'invention (3) est mise en contact avec la solution à doser, l'autre face étant recouverte d'argent métallique (10) et reliée de manière appropriée, par exemple par une soudure à l'étain (9), à un fil métallique (11) connecté au système de mesure. Cette couche d'argent métallique permet de constituer le système de référence.In another embodiment illustrated in Figure 2, the electrode does not contain a reference electrolyte. One of the faces of the membrane according to the invention (3) is brought into contact with the solution to be dosed, the other face being covered with metallic silver (10) and connected in an appropriate manner, for example by welding with the tin (9), to a metal wire (11) connected to the measurement system. This layer of metallic silver makes it possible to constitute the reference system.
Dans encore un autre mode de réalisation (non représenté), l'électrolyte s'écoule lentement, de façon contrôlée, au travers de la membrane.In yet another embodiment (not shown), the electrolyte flows slowly, in a controlled manner, through the membrane.
En fonctionnement, l'électrode sélective est reliée à une borne d'un millivoltmètre à impédance élevée (> 10 Ω), dont l'autre borne est reliée à l'électrode de référence au moyen d'un pont salin.In operation, the selective electrode is connected to a terminal of a high impedance millivoltmeter (> 10 Ω), the other terminal of which is connected to the reference electrode by means of a salt bridge.
Le procédé de préparation des membranes comprend les étapes suivantes : 1) on coprécipite le sulfure d'argent avec moins de 5% en moles d'agent dopant ; on filtre, lave et sèche le coprécipite obtenu,The process for preparing the membranes comprises the following steps: 1) the silver sulfide is coprecipitated with less than 5 mol% of doping agent; the coprecipitate obtained is filtered, washed and dried,
2) on homogénéise le coprécipite,2) the coprecipitate is homogenized,
3) on compacte sous pression et à température ambiante une petite quantité de coprécipite homogénéisé pour obtenir une fine pastille pratiquement non-poreuse,3) a small amount of homogenized coprecipite is compacted under pressure and at room temperature to obtain a fine, practically non-porous pellet,
4) on soumet la pastille obtenue à un traitement thermique à une température comprise entre 90°C et 150 °C. Dans un mode de réalisation préféré, le coprécipite est mélangé de façon homogène à une substance hydrophobe.4) the pellet obtained is subjected to a heat treatment at a temperature between 90 ° C and 150 ° C. In a preferred embodiment, the coprecipite is homogeneously mixed with a hydrophobic substance.
La première étape dans la préparation des membranes est donc la coprécipitation d'Ag S et de l'agent dopant. L'agent dopant est destiné à créer des imperfections dans la structure du cristal d'Ag S et sur sa surface,
pour obtenir la conductivité élevée nécessaire.The first step in the preparation of the membranes is therefore the coprecipitation of Ag S and the doping agent. The doping agent is intended to create imperfections in the structure of the Ag S crystal and on its surface, to obtain the necessary high conductivity.
En pratique, on choisit l'agent dopant parmi les cations ou les anions qui forment des sels très insolubles avec Ag ou S ~, c'est-à-dire beaucoup plus insolubles que les espèces en solution, qui sont ici principalement des halogénures d'argent. Si l'on définit la constante de solubilité ks d'un sel comme le produit des activités des ions qui le constituent, et le produit de solubilité pks comme l'inverse du logarithme décimal de la constante de solubilité, on considère qu'un sel est "beaucoup plus insoluble" qu'un autre quand sa constante de solubilité ks est inférieure d'au moins un facteur 10~3 à la constante de solubilité de l'autre sel, ou bien que son produit de solubilité pks est supérieur d'au moins 3 unités à celui de l'autre sel. Ainsi, on choisira comme agent dopant un anion ou un cation formant avec Ag+ ou S un sel ayant un pks au moins supérieur à 20 si, comme c'est souvent le cas, l'espèce la plus insoluble rencontrée dans la solution est Agi (pksA _ environ 17 à 25°C), et de préférence supérieur à celui d'Ag S qui est d'environ 49 à 18°C. Par exemple on peut utiliser comme agent dopant un anion chalcogénure tel que Se2-, Te ~ ou un cation métallique tels que Pb2+, Cd2+, Cu2+, Hg2+, Pd2+, Tl3+, Au3+, Rb+. Les cations préférés sont Hg2+, Pd2+, Tl3+, Au3+, Rb+. Un cation particulièrement préféré est Hg2+.In practice, the doping agent is chosen from cations or anions which form very insoluble salts with Ag or S ~ , that is to say much more insoluble than the species in solution, which here are mainly halides d 'money. If we define the solubility constant ks of a salt as the product of the activities of the ions which constitute it, and the product of solubility pks as the inverse of the decimal logarithm of the solubility constant, we consider that a salt is "much more insoluble" than another when its solubility constant ks is at least a factor of 10 ~ 3 less than the solubility constant of the other salt, or else its solubility product pks is greater than at least 3 units to that of the other salt. Thus, as an doping agent, an anion or a cation forming with Ag + or S will be chosen a salt having a pks at least greater than 20 if, as is often the case, the most insoluble species encountered in the solution is Agi. (pks A _ about 17 to 25 ° C), and preferably higher than that of Ag S which is about 49 to 18 ° C. For example, a chalcogenide anion such as Se 2- , Te ~ or a metal cation such as Pb 2+ , Cd 2+ , Cu 2+ , Hg 2+ , Pd 2+ , Tl 3+ , Au can be used as doping agent. 3+ , Rb + . The preferred cations are Hg 2+ , Pd 2+ , Tl 3+ , Au 3+ , Rb + . A particularly preferred cation is Hg 2+ .
La quantité d'agent dopant peut varier largement selon la nature même de l'agent dopant, mais reste inférieure à 5% en moles. Si l'agent dopant est Hg2+, un intervalle préféré est 0,5-5 mole % par rapport au nombre de moles d'Ag S et plus avantageusement on utilise environ 1% en moles par rapport au nombre de moles d'Ag S.The amount of doping agent can vary widely depending on the very nature of the doping agent, but remains less than 5 mol%. If the doping agent is Hg 2+ , a preferred range is 0.5-5 mole% relative to the number of moles of Ag S and more advantageously approximately 1% by moles is used relative to the number of moles of Ag S.
L'agent dopant est incorporé dans Ag S par co-précipitation. Par exemple, si le dopant est Hg2+, on introduit par double jet S2- et Ag+ sous la forme
de sels, en présence d'un excès de S et en milieu basique, de préférence à un pH > 10, Hg2+ se trouvant sous forme de sel dans le jet d'Ag+.The doping agent is incorporated into Ag S by co-precipitation. For example, if the dopant is Hg 2+ , we introduce by double jet S 2- and Ag + in the form salts, in the presence of an excess of S and in basic medium, preferably at a pH> 10, Hg 2+ being in the form of salt in the jet of Ag + .
Le coprécipite obtenu est sous forme de cristaux mixtes d'Ag S et de dopant, par exemple si le dopant estThe coprecipitate obtained is in the form of mixed crystals of Ag S and of dopant, for example if the dopant is
Hg , le coprécipite est formé de cristaux de sulfure d'argent, de sulfure mercurique et de sulfures mixtes d'argent et de mercure.Hg, the coprecipite is formed of crystals of silver sulfide, mercuric sulfide and mixed sulfides of silver and mercury.
Après lavage et séchage, le précipité est homogénéisé pendant plusieurs minutes afin de casser les agglomérats de cristaux, sans pour autant broyer les cristaux. De préférence, le coprécipite est mélangé mécaniquement à un composé hydrophobe sous forme de fines particules, par exemple à sec ou en milieu solvant dans un mélangeur à billes. On peut aussi former une dispersion de particules de coprécipite homogénéisé et de substance hydrophobe dans un solvant organique, tel que le chloroforme, auquel cas, on laisse le solvant s'évaporer tout en maintenant la dispersion. Ce composé hydrophobe permet de réduire la porosité de la membrane, améliore ses propriétés mécaniques et lubrifie sa surface. On peut utiliser tout composé hydrophobe sous forme de particules ayant une taille proche de celle des cristaux d'Ag S, c'est-à-dire inférieure à 25 um, pourvu que ce composé soit inerte, c'est-à-dire résistant aux agents chimiques contenus dans les solutions à analyser, et soit aussi résistant aux températures du traitement thermique, c'est à dire résistant à une température de l'ordre de 150°C - comme les polymères fluorocarbonés ou les polymères halohydrocarbonés tels que le polytétrafluoroéthylène, le polyhexafluoropropylène ou le polyfluorure de vinylidène. Un polymère préféré est le polytétrafluoroéthylène Téflon (commercialisé par Dupont de Nemours). On peut par exemple utiliser de 0,5 à 20 % en poids de Téflon
701N ayant une taille de particules de 20 μm, avantageusement 1% en poids, ou bien de préférence du Téflon DLX6000 ayant une taille de particules de 1 um, à raison de 0,5 à 20 % en poids, avantageusement 2,5% à 3 % en poids.After washing and drying, the precipitate is homogenized for several minutes in order to break the crystal agglomerates, without however crushing the crystals. Preferably, the coprecipite is mechanically mixed with a hydrophobic compound in the form of fine particles, for example dry or in a solvent medium in a ball mixer. It is also possible to form a dispersion of particles of homogenized coprecipite and of hydrophobic substance in an organic solvent, such as chloroform, in which case, the solvent is allowed to evaporate while maintaining the dispersion. This hydrophobic compound reduces the porosity of the membrane, improves its mechanical properties and lubricates its surface. Any hydrophobic compound can be used in the form of particles having a size close to that of Ag S crystals, that is to say less than 25 μm, provided that this compound is inert, that is to say resistant chemical agents contained in the solutions to be analyzed, and is also resistant to the temperatures of the heat treatment, that is to say resistant to a temperature of the order of 150 ° C. - such as fluorocarbon polymers or halohydrocarbon polymers such as polytetrafluoroethylene , polyhexafluoropropylene or polyvinylidene fluoride. A preferred polymer is polytetrafluoroethylene Teflon (marketed by Dupont de Nemours). One can for example use from 0.5 to 20% by weight of Teflon 701N having a particle size of 20 μm, advantageously 1% by weight, or preferably Teflon DLX6000 having a particle size of 1 μm, at a rate of 0.5 to 20% by weight, advantageously 2.5% to 3% by weight.
L'étape suivante consiste à compacter le coprécipite homogénéisé ou le mélange homogène comprenant le coprécipite et le composé hydrophobe afin d'obtenir une pastille dense et pratiquement non-poreuse, ayant une conductivité optimale et de bonnes propriétés mécaniques et aussi d'éviter les inclusions gazeuses. Lors de cette étape, il faut éviter la distorsion des cristaux qui conduirait à une perte de conductivité de la membrane. Le compactage est réalisé dans une presse hydraulique suivant un cycle de pression. La poudre est compactée sous vide entre deux surfaces d'acier poli. La pression P exprimée en kiloPascals varie en fonction du temps t exprimé en minutes selon l'équation :The next step consists in compacting the homogenized coprecipite or the homogeneous mixture comprising the coprecipite and the hydrophobic compound in order to obtain a dense and practically non-porous pellet, having optimal conductivity and good mechanical properties and also to avoid inclusions. carbonated. During this step, distortion of the crystals must be avoided, which would lead to a loss of conductivity of the membrane. Compaction is carried out in a hydraulic press following a pressure cycle. The powder is compacted under vacuum between two surfaces of polished steel. The pressure P expressed in kiloPascals varies according to the time t expressed in minutes according to the equation:
P = 5 x 102 + b.(t)a x 102 où a est compris entre 1 et 2 et b entre 5 et 15.P = 5 x 10 2 + b. (T) a x 10 2 where a is between 1 and 2 and b between 5 and 15.
La pression maximum est de 55 x 102 kPa à 155 x 102 kPa. Ensuite, un temps de repos de l'ordre de 1 à 15 minutes est observé pour stabiliser la pastille.The maximum pressure is from 55 x 10 2 kPa to 155 x 10 2 kPa. Then, a rest time of the order of 1 to 15 minutes is observed to stabilize the pellet.
Enfin, un traitement thermique permet d'homogénéiser la phase cristalline (par coalescence) . Le traitement est réalisé dans l'huile ou de préférence dans l'air à une température comprise entre 90°C et environ 150°C pendant 6 à 24 h.Finally, a heat treatment makes it possible to homogenize the crystalline phase (by coalescence). The treatment is carried out in oil or preferably in air at a temperature between 90 ° C and about 150 ° C for 6 to 24 hours.
La membrane ainsi obtenue a la forme d'une pastille gris foncé, d'un diamètre d'environ 10 mm et d'une épaisseur d'environ 0,8 mm. Elle est pratiquement non-poreuse, sa densité varie entre 6,55 et 7,13 et sa surface ne présente pas d'aspérités.The membrane thus obtained has the form of a dark gray pellet, with a diameter of approximately 10 mm and a thickness of approximately 0.8 mm. It is practically non-porous, its density varies between 6.55 and 7.13 and its surface has no roughness.
Les exemples 1-3 qui vont suivre concernent la préparation des membranes.
Exemple 1Examples 1-3 which follow relate to the preparation of the membranes. Example 1
On prépare une première solution contenant 0,98 mole d'AgN03, 0,01 mole d'Hg(CH3COO)2, 0,035 mole d'acide acétique dans 100 g d'eau et une seconde solution contenant 0,5 mole de Na 2S,9H2O et 2,5 x 10-3 mole de soude dans 919 g l'eau. On introduit sous agitation ces deux solutions par double jet dans une bassine contenant 0,156 mole de Na 2S,9H2O et 0,22 mole de soude dansA first solution is prepared containing 0.98 mole of AgN0 3 , 0.01 mole of Hg (CH 3 COO) 2 , 0.035 mole of acetic acid in 100 g of water and a second solution containing 0.5 mole of Na 2S, 9H2O and 2.5 x 10 -3 mole of sodium hydroxide in 919 g of water. These two solutions are introduced with stirring by double jet into a basin containing 0.156 mole of Na 2S, 9H2O and 0.22 mole of sodium hydroxide in
1,5 litre d'eau à 50°C. La précipitation dure 60 mn. Le pH est de 11,3. On filtre, on lave soigneusement le coprécipite à l'eau et on le sèche à l'acétone.1.5 liters of water at 50 ° C. The precipitation lasts 60 min. The pH is 11.3. It is filtered, the coprecipite is washed thoroughly with water and dried with acetone.
On prélève un échantillon de 5 g de précipité, on ajoute 1 % en poids de Téflon 701N. On mélange à sec dans un mélangeur à billes, à température ambiante pendant 15 mn. On obtient une poudre homogène.A sample of 5 g of precipitate is taken, 1% by weight of Teflon 701N is added. Dry mixing in a ball mixer, at room temperature for 15 min. A homogeneous powder is obtained.
On dépose 423 mg de cette poudre dans une matrice de densification entre les faces de deux pastilles d'acier poli. On applique une charge sur l'ensemble du groupe hydraulique suivant un cycle de pression, la pression variant de 0 à 55 x 102 kPa. On laisse reposer la membrane sous charge pendant 15 mn dans la presse. Son poids est de 420 mg, son diamètre de 10 mm, son épaisseur 0,764 mm. Ensuite, on effectue un traitement thermique dans l'air à 140°C pendant 14 h 30 mn. Exemple 2423 mg of this powder are deposited in a densification matrix between the faces of two polished steel pellets. A load is applied to the entire hydraulic unit according to a pressure cycle, the pressure varying from 0 to 55 x 10 2 kPa. The membrane is left to stand under load for 15 min in the press. Its weight is 420 mg, its diameter 10 mm, its thickness 0.764 mm. Then, a heat treatment is carried out in air at 140 ° C for 14 h 30 min. Example 2
On prépare cette membrane en utilisant le mode opératoire de l'exemple 1, excepté que l'on utilise 2,5% de Téflon® DLX6000 à la place du Téflon® 701N . Le poids de la membrane est de 0.423 mg et l'épaisseur de 0,793 mm. Exemple 3This membrane was prepared using the procedure of Example 1, except that one uses 2.5% Teflon ® DLX6000 instead Teflon ® 701N. The weight of the membrane is 0.423 mg and the thickness of 0.793 mm. Example 3
On prépare cette membrane en utilisant le mode opératoire de l'exemple 1, excepté que l'on utilise 2,5% de Téflon ® DLX6000. Le poids de la membrane est de 0,423 mg et l'épaisseur de 0,814 mm.
Exemple 4This membrane is prepared using the procedure of Example 1, except that 2.5% of Teflon® DLX6000 is used. The weight of the membrane is 0.423 mg and the thickness of 0.814 mm. Example 4
On réalise deux électrodes telles que représentées à la Fig. 1 comprenant respectivement les membranes de l'exemple 1 et de l'exemple 2, en collant les membranes à la partie inférieure du corps de l'électrode. L'ensemble membrane/corps de l'électrode est alors interchangeable.Two electrodes are produced as shown in FIG. 1 respectively comprising the membranes of Example 1 and of Example 2, by bonding the membranes to the lower part of the body of the electrode. The membrane / body of the electrode assembly is then interchangeable.
Entre deux mesures, l'électrode est rincée à l'eau et essuyée délicatement afin de la sécher.Between two measurements, the electrode is rinsed with water and gently wiped to dry it.
Pour calibrer ces électrodes, on les place dans des solutions saturées ou non saturées d'AgX contenant une quantité connue de KX dont la force ionique est ajustée à 0,1 par addition de KNO 3. Ainsi,, on notera les réponses de l'électrode respectivement pour des quantités connues de KC1 dans une solution saturée ou non d'AgCl, de KBr dans une solution saturée ou non d'AgBr, de Kl dans une solution saturée ou non d'Agi.To calibrate these electrodes, they are placed in saturated or unsaturated solutions of AgX containing a known amount of KX whose ionic strength is adjusted to 0.1 by addition of KNO 3. Thus, the responses of the electrode respectively for known quantities of KC1 in a saturated or unsaturated solution of AgCl, of KBr in a saturated or unsaturated solution of AgBr, of Kl in a saturated or unsaturated solution of Agi.
Les figures 3 à 6 reportent les réponses des électrodes exprimées en VAg en fonction du pAg (- log de l'activité des ions Ag ) dans des solutions à 40°C, pour des concentrations croissantes d'halogénures. Ainsi, de gauche à droite sur les figures 3 à 6, les VAg sont ceux obtenus pour des concentrations respectives en chlorure de 10~5, 10~4, 10~3, 10~2, 10-1 mole/1 (pAg de 4 à 8 environ), en bromure de lθ"5, 10~4, lθ"3, lθ"2, 10_1 mole/1 (pAg de 6,5 à 10,5 environ), en iodure de 10~4, 10~3, 10~2, 10-1 mole/1 (pAg de 11 à 14 environ) .Figures 3 to 6 show the responses of the electrodes expressed in VAg as a function of pAg (- log of the activity of Ag ions) in solutions at 40 ° C, for increasing concentrations of halides. Thus, from left to right in FIGS. 3 to 6, the VAg are those obtained for respective chloride concentrations of 10 ~ 5 , 10 ~ 4 , 10 ~ 3 , 10 ~ 2 , 10 -1 mole / 1 (pAg of 4 to 8 approximately), in bromide of l "5 , 10 ~ 4 , lθ " 3 , lθ "2 , 10 _1 mole / 1 (pAg of 6.5 to 10.5 approximately), in iodide of 10 ~ 4 , 10 ~ 3 , 10 ~ 2 , 10 -1 mole / 1 (pAg from 11 to 14 approximately).
La figure 3 reporte la réponse de l'électrode comprenant la membrane 1, respectivement dans des solutions saturées d'AgCl, AgBr, Agi. La figure 4 reporte la réponse de l'électrode comprenant la membrane 1, respectivement dans des solutions non-saturées d'AgCl, AgBr, Agi.FIG. 3 reports the response of the electrode comprising the membrane 1, respectively in saturated solutions of AgCl, AgBr, Agi. FIG. 4 shows the response of the electrode comprising the membrane 1, respectively in unsaturated solutions of AgCl, AgBr, Agi.
La figure 5 reporte la réponse de l'électrode comprenant la membrane 2, respectivement dans des solutions saturées d'AgCl, AgBr, Agi.
La figure 6 reporte la réponse de l'électrode comprenant la membrane 2, respectivement dans des solutions non-saturées d'AgCl, AgBr, Agi.FIG. 5 shows the response of the electrode comprising the membrane 2, respectively in saturated solutions of AgCl, AgBr, Agi. FIG. 6 shows the response of the electrode comprising the membrane 2, respectively in unsaturated solutions of AgCl, AgBr, Agi.
Dans tous les cas, on observe trois domaines distincts : le domaine des chlorures dont la concentration est comprise entre 10~5 et 10~3 mole/1 (4 <pAg< 6,5), le domaine des bromures dont la concentration est comprise entre 10-3 et 10~ mole/1 (8,5 <pAg< 11), le domaine des iodures dont la concentration est comprise entre 10~ et 10~ mole/1 (11 <ρAg< 14). On observe aussi un domaine commun aux chlorures dont la concentration est comprise entre 10~3 et 10-1 mole/1 et aux bromures dont la concentration est comprise entre 10 et 10 mole/1 (6,5 <pAg< 8,5). On voit d'après les figures 3 et 5 que dans les solutions saturées, on obtient des réponses nernstiennes (c'est-à-dire une relation linéaire entre le potentiel lu et le pAg conformément à l'équation de Nernst) pour des concentrations en chlorure comprises entre 10~3 et 10" mole/1 (6 <pAg< 8), pour des concentrations en bromure comprises entre 10~ et 10~ mole/1 (6,5 <pAg< 10,5), pour des concentrations en iodure comprises entre 10~4 et 10_1 mole/1 (11 <pAg< 14) .In all cases, there are three distinct areas: the area of chlorides whose concentration is between 10 ~ 5 and 10 ~ 3 mole / 1 (4 <pAg <6.5), the area of bromides whose concentration is included between 10 -3 and 10 ~ mole / 1 (8.5 <pAg <11), the area of iodides whose concentration is between 10 ~ and 10 ~ mole / 1 (11 <ρAg <14). We also observe a common domain for chlorides whose concentration is between 10 ~ 3 and 10 -1 mole / 1 and for bromides whose concentration is between 10 and 10 mole / 1 (6.5 <pAg <8.5) . We see from Figures 3 and 5 that in saturated solutions, we get nernstian responses (i.e. a linear relationship between the read potential and the pAg according to the Nernst equation) for concentrations chloride between 10 ~ 3 and 10 " mole / 1 (6 <pAg <8), for bromide concentrations between 10 ~ and 10 ~ mole / 1 (6.5 <pAg <10.5), for iodide concentrations between 10 ~ 4 and 10 _1 mole / 1 (11 <pAg <14).
On voit d'après les figures 4 et 6 que le comportement nernstien en solutions non-saturées est essentiellement rencontré dans les solutions de chlorure ayant des concentrations comprises entre 10-3 et 10-1 mole/1 (6 <pAg< 8), de bromure ayant des concentrations comprises entre 10~4 et 10-1 mole/1 (8,5 <pAg< 10,5)., d'iodure ayant des concentrations comprises entre 10~ et 10~ mole/1 (11 <pAg< 13). Exemple 5It can be seen from FIGS. 4 and 6 that the nernstian behavior in unsaturated solutions is essentially encountered in chloride solutions having concentrations between 10 -3 and 10 -1 mole / 1 (6 <pAg <8), bromide having concentrations between 10 ~ 4 and 10 -1 mole / 1 (8.5 <pAg <10.5)., iodide having concentrations between 10 ~ and 10 ~ mole / 1 (11 <pAg <13). Example 5
On réalise une électrode, telle qu'illustrée à la figure 2, en recouvrant une face de la membrane, préparée à l'exemple 3, d'une couche de polymère contenant de
l'argent métallique et en reliant cette dernière par une soudure à l'étain à un fil de cuivre, lui-même connecté au système de mesure. L'ensemble fil/membrane est placé dans un cylindre de résine et est interchangeable facilement. " La figure 7 reporte la réponse de cette électrode dans des solutions d'AgNO de concentrations respectives de 10_1, 10~2 ,10~3, 10~4, et 10~5 mole/1 (pAg de 1 à 5) . On voit que les réponses de l'électrode sont pratiquement conformes à l'équation de Nernst pour toutes les concentrations.
An electrode is produced, as illustrated in FIG. 2, by covering one face of the membrane, prepared in Example 3, with a layer of polymer containing metallic silver and by connecting the latter by a tin solder to a copper wire, itself connected to the measurement system. The wire / membrane assembly is placed in a resin cylinder and is easily interchangeable. "Figure 7 reports the response of this electrode in AgNO solutions of respective concentrations of 10 _1 , 10 ~ 2 , 10 ~ 3 , 10 ~ 4 , and 10 ~ 5 mole / 1 (pAg from 1 to 5). It can be seen that the responses of the electrode are practically in conformity with the Nernst equation for all the concentrations.