EP2145179A2 - Process for detecting gaseous halogenated compounds - Google Patents

Process for detecting gaseous halogenated compounds

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Publication number
EP2145179A2
EP2145179A2 EP08805737A EP08805737A EP2145179A2 EP 2145179 A2 EP2145179 A2 EP 2145179A2 EP 08805737 A EP08805737 A EP 08805737A EP 08805737 A EP08805737 A EP 08805737A EP 2145179 A2 EP2145179 A2 EP 2145179A2
Authority
EP
European Patent Office
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probe molecule
compounds
variation
gas
property
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08805737A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thu-Hoa Tran-Thi
Philippe Banet
Loïc LEGAGNEUX
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2145179A2 publication Critical patent/EP2145179A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T436/19Halogen containing

Definitions

  • the present invention concerns the field of metrology halogenated boron compounds and halogenated and corresponding halogenated acids, for example, in contaminated environments, as well as to the pollution of said environments.
  • Halogenated boron derivatives today have an important place in the semiconductor industry. Indeed, boron, by its electronic configuration, is considered a particularly useful p-type dopant. Also, the F electronic industry, to provide specific properties to silicon substrates, is a major consumer of compounds such as BF 3 or BCl 3. These gaseous compounds remain delicate to handle and their toxicity is particularly great since the damage they cause can be delayed, especially in the case of inhalation, and lead to fatal pulmonary edema. The decomposition of boron halides often leads to the formation of the corresponding hydrogen halides.
  • Chlorine is used in particular by the chemical industry for the preparation of polymers such as polyvinyl chloride (PVC) or for the preparation of solvents, herbicides or refrigerants. Although qu'tran 'hui less used in the manufacture of pulp and paper, chlorine gas is still a widely used ingredient for bleaching. It is also used in metallurgy, in particular for the production of titanium oxide, and in the form of plasma in electronics for the manufacture of semiconductors. Its recognized biological toxicity is used for the purification of aqueous media.
  • PVC polyvinyl chloride
  • Fluoride is mainly used in particular in the nuclear industry for the synthesis of uranium hexafluoride by fluorination of uranium oxide. Bromine, less used, is particularly useful in the manufacture of specialty chemicals such as pesticides or herbicides. Halogen-derived acids are also used in various fields of activity.
  • chlorinated compounds and chlorinated specialty chemicals such as methyl chloride or benzyl chloride, metal chlorides (such as aluminum or silicon chlorides) requires the use of HCl.
  • the hydrogen chloride is also used in hot-dip galvanizing process or separation of minerals; in electronics, it is not only used for the manufacture of semiconductors but also as a moisture trap.
  • the concentrations currently admitted in the work environment are generally between 0.1 and 10 ppm.
  • halogenated compounds and particularly halogenated boron complexes, known from the prior art are in the majority of cases based on a colorimetric detection from colored reagents in liquid solution or reagents impregnated on solid supports of the alumina type, silica gel, activated carbon, TiOa bentonite. clay, carbonate or zeolite.
  • a method of detecting BCI 3 using curcumin has been developed as part of the purification of silicon metal for the semiconductor industry. It involves several steps including treating the chlorosilane sample to be analyzed with mannitol to form a nonvolatile compound with boron. The solution is then hydrolysed and then fluorinated before being extracted. The residual boron compound is then treated with curcumin in a nonaqueous acid medium and led, by reaction of curcumin with the boron cations, to the formation of a red complex (rosocyanine) which absorbs at 540 nm, which allows a quantitative analysis of the boron complex with a sensitivity of 50 ppb.
  • a red complex rosocyanine
  • Boron-based impurities in chlorosilane can also be extracted by treatment with quinalizarin in sulfuric acid. This intense blue-violet solution which becomes red on addition of water regains its original color in the presence of boron compounds.
  • the colorimetric analysis, at 630 nm, allows the quantitative measurement of boron compounds with a sensitivity of 5 ppb, according to US-A-4,529,707.
  • a spectrophotometric method based on the monitoring of the absorbance of a 275 nm BF3: EtOH complex was developed to study the solution formation of stable complexes between BF 3 and an alcohol (MeOH, EtOH) or ethers, ( Et 2 O or dioxane.
  • curcumin also used in the liquid phase, which makes it possible to detect BCI 3 but also SiH 2 Cl 2 , HF, F 2 , HBr, Cb or bromocresol green which makes it possible to detect SiHiCL. , HF, Cl 2 , BCI 3 , SiHC 2 and BF 3 .
  • these two compounds deposited on activated alumina, are used in colorimetric detectors whose sensitivity is between 0.5 and 5 ppm.
  • the carminic acid may also be used for detection eolorimétrique BCI 3 and in the presence of hydrochloric acid and sulfuric acid, as described in Japanese Patent Application No. 60-140209. It is also proposed in US-A-4,820,316 to utilize not the color variations of this compound. but for measuring mass variations of a particular material containing carminic or dianthramide acid and hydrochloric acid and sulfuric acid in order to detect the BCI 3.
  • halogenated compounds there are dye-impregnated reaction tubes which change color in the presence of a halogen derivative.
  • a halogen derivative For example, for chlorine and / or bromine, it is ortho-toluidine or orthotolidine which take on an orange-brown color.
  • FIC1 the bromophenol blue becomes yellow.
  • the present invention particularly relates to a method for detecting halogenated halides of boron, halogens and corresponding acids.
  • the process is particularly intended to detect gaseous compounds of formulas BX ? , HX and X 2 wherein X represents a halogen, using probe molecules.
  • the invention thus in particular relates to a method for detecting a type of gaseous compound BX 3, HX or X 2 in a gas using a composition containing a probe molecule, characterized in that the probe molecule is a molecule whose reaction with one or more compounds of BX 3, HX or X 2 causes a variation of at least one of its physicochemical properties, this variation being measured by a technique appropriate analysis, and in that the following steps are carried out in this order:
  • step (b) contacting the gas with the composition containing the probe molecule of step (a),
  • step (d) correlating the variation of said spectral property between steps (a) and (c) with the presence of said gaseous compound of BX 3 , HX or X 2 type .
  • Measuring the physico-chemical property of step (a) may be a preliminary step, carried out once and for all, so that the method of the invention, routine, no longer includes the step (a) .
  • the gaseous compound of BX 3 , HX or X 2 type is, for example, HBr, HF, F 2, Br 2 and especially HCl, Cl 2 , BCl 3 or BF 3.
  • the contacting between the gaseous mixture and the composition can be carried out directly, and typically in the presence of a stream of the gaseous mixture, or under reduced pressure, or after dissolution of the gaseous compound by bubbling in a liquid solvent, the setting contact between the components of the gas mixture and the composition being in the liquid medium consisting of the solvent and the mixture of dissolved gas.
  • the contacting is carried out directly without dissolution in a liquid solvent.
  • the physicochemical property of which it is a question may notably be a spectral property, such as absorbance, which may be measured by reflection or transmission, fluorescence, luminescence, or an electrical property, such as conductivity, dielectric constant, or other properties such as resistivity or mass.
  • a spectral property such as absorbance, which may be measured by reflection or transmission, fluorescence, luminescence, or an electrical property, such as conductivity, dielectric constant, or other properties such as resistivity or mass.
  • the measurement can be a simple detection.
  • the physicochemical property variation is related to the reaction of the probe molecule with one or more compounds of the BX, HX or X 2 type , it is based on the structural differences existing between the probe molecule and the reaction product. of the probe molecule with the compound to be detected.
  • composition is meant a compound or mixture of compounds, which will advantageously be in solid form and typically comprise a matrix and in particular a porous matrix.
  • composition may in particular consist solely of the probe molecule, especially when the latter is a polymer.
  • It may also contain surfactants whose role is either to increase the solubility of the probe molecules in the composition, or to stucture the porous matrices by shaping cavities of precise size and shape.
  • probe molecule any molecule whose reaction with one or more compounds of BX 3, HX or X 2 causes a variation of at least one of its physico-chemical properties detectable by a technique appropriate assay. Given the nature of the physicochemical property in question, the man of the art can easily determine what is the appropriate detection technique. Thus, a modification of the spectral properties may be detectable by spectrophotometry. As such, it is possible to speak of modification of the spectrophotometric properties. Several changes in detectable physicochemical properties may occur during the implementation of the process. One or more of these changes may be used.
  • the change in physicochemical properties of a probe molecule is detectable from the composition which may contain it, when it comes to measuring physico-chemical properties for a probe molecule, before or after reaction with one of the gases, it should of course be understood that the measurement can be carried out on a composition containing the probe molecule, so it is possible by extension to speak of "measurement of the property of the composition” as well as “measuring the property of the probe molecule". In other words, the measurement can be made on the probe molecule or on the composition containing it.
  • the structure of the probe molecule can be modified at the end of the reaction. Thus it is possible that the probe molecule as such initially has no remarkable property, but that its reaction product has a remarkable property, for example spectral. The variation observed at the end of the reaction makes it possible to detect the presence of the desired gaseous compound.
  • the probe molecule is characterized by spectral properties for example before and / or after reaction with a compound of BX 3 , HX or Xi type. Absorption and / or fluorescence spectra, whose variation is measurable by an appropriate spectrophotometric method known to those skilled in the art, are particularly concerned.
  • the probe molecule can be a chromophore whose absorption and / or fluorescence spectra are modified by reaction with a compound of BX 3, HX and / or X 2.
  • modification of the absorption and / or fluorescence spectrum is meant in particular an effect such as a loss or a gain in the intensity of absorption or fluorescence at a given wavelength, a displacement in length wave absorption and / or fluorescence maxima, or the appearance of new bands.
  • the measured property can also correspond to the interaction with Love waves, related to the dielectric constants, but also to a mass or viscoelasticity.
  • the probe molecules that can be used according to the invention are in particular alkali metal halides, quaternary ammonium halides, coumarin and its derivatives, porphyrazine and its derivatives, fluorescein and its derivatives and trlarylmethanes. Mention may also be made of rhodamines, cresyl violet, phenoxazine derivatives and oxazones. More particularly retains strokeuc alkali halides (NaI, KI, KBr, NaCl), halides of quaternary ammonium (methyl glycol chitosan iodide, trimethylammonium.
  • the probe molecules can be used to detect all compounds of type BX 3 , HX and X 2 OR only certain ones. They can react differently according to the compound of type BX 3 , HX and X 2 and thus provide qualitative information on the nature of the detected compound or on its absence.
  • the preferred alkali metal halides are KL KBr, KCl, NaI, NaBr and NaCl. It is remarkable that an alkali halide may generally be used to detect a compound having the same halide.
  • the spectrophotometric measured property is in particular the absorbance.
  • the wavelength observed corresponds to that of the halogen derivative which is formed, such as I 3 " , Br 3 " or Cl 3 " , or of an interhalogen derivative, such as BrCl 2 " , Br 2 Cl " , and which has a specific absorption spectrum.
  • the variation in absorbance is related to the formation of Br 3 "which has a specific absorption spectrum.
  • These probe molecules are characteristic of compounds of BX 3 and X 2 type . They do not react significantly with HX-type compounds.
  • R 3 independently corresponds to an H or a carbon chain containing from 1 to 22 carbon atoms
  • R 4 is chosen from carbon chains and polysaccharides, X is a halogen, preferably I, Br or Cl.
  • a carbon chain may be optionally mono- or polysubstituted, linear, branched or cyclic, bridging or otherwise, saturated or unsaturated, C 1 -C 22 , preferably C 1 -C 10, the substituent or substituents which may contain one or more heteroatoms such as N, OF Cl, P, Si or S.
  • the preferred alkyl radicals are methyl, ethyl, propyl. isopropyl, butyl. isobut> on. tert-butyl and pentyl.
  • Aryl represents an aromatic or heteroaromatic carbon structure, mono- or polysubstituted, consisting of one or more aromatic or heteroaromatic rings each comprising from 3 to 8 carbon, rhcherroatome can be N, O, P, F, Cl, Si or
  • R 1, R 2, R 4 are aliphatic groups independently selected from H, CH V C 2 H 5 C 1 H 7 . C 4 H 9, CH 2 (C 6 Hs), CH 2 (C 6 H n), C 6 H n.
  • a polysaccharide is a polymeric structure composed of a large number of monosaccharide units united by glycosidic bonds, the units may be independently substituted, the substituent (s) may contain one or more heteroatoms such as N, O, F. Cl, P , Si or S as well as alkyl or aryl radicals.
  • the mass of the polymer has an impact on its viscosity, the use of a polysaccharide type of probe molecule is easier if the average degree of polymerization or the average number of monomers in the polymer (m), is between 2 and 100 000, particularly between 10 and 20,000, more particularly between 20 and 1,000.
  • R 4 is a polysaccharide, it typically contains from 100 to 500 monomers.
  • the monomeric unit bearing the ammonium is preferably of formula (V):
  • R40 represents a hydrogen or a carbon chain typically Ci-Ci 2 which advantageously comprises an ether-based oxide; it s' be a particularly CH 3 OC 2 H 4.
  • X is a halogen, and preferably a Cl, Br or I, as previously defined. It is preferable that R
  • R4 is a polysaccharide consisting of monomer units presented above, it is of course possible that the number of nitrogen present as ammonium is variable. It can vary theoretically from 1 to m, it is recommended that the amount of monomeric unit containing an ammonium within the polymer is between 40 and 90% of the total amount of monomeric unit, typically it will be close to 70%. It is advantageous furthermore that the quaternary ammonium has surfactant properties, it is also advantageous that it is in the form of a cationic polymer.
  • the quaternary ammonium halide probe molecule will be cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) or trimethylammonium iodide methylglycol chitosan (Kikuchi, Y., et al., Makromol Chem.
  • the measured spectrophotometric property will preferably absorbance and the observed wavelength correspond preferably to that of the product formed as a function of the starting reactants.
  • These probe molecules are characteristic of BX-type compounds . and X 2 , they do not react significantly with HX-type compounds.
  • the probe molecules concerned by the invention also correspond to derivatives of coumarin. in particular derivatives whose carbon in position 7 carries a nitrogen, preferably not charged and sp3 type. and more particularly to the compounds of formula (II):
  • R 5 and R e are independently selected from H, alkyl or aryl radicals, preferably from H, alkyl radicals C 1 -C 15, the cétoalkyies, esters, fluoroalkyl such as trifluoromethyl, benzimidazoles, benzothiazoles,
  • R 7 and R 8 are independently selected from H, C 15 C 15 alkyl radicals,
  • R9, Rio and Rn are independently selected from H, C 1 -C 15 alkyl radicals,
  • the probe molecule will thus be chosen from the following coumarin derivatives (designation and reference to the CAS number): coumarin 120 (CAS: 26093-31-2), coumarin 2 (CAS: 26078-25-1), coumarin 466 ( CAS: 20571-42-0), coumarin 47 (CAS: 99-44-1), coumarin 102 (CAS: 41267-76-9), coumarin 152A (CAS: 41934-47-8).
  • coumarin 152 (CAS: 53518-14-2), coumarin 151 (CAS: 53518-13-3), coumarin 6H (CAS: 58336-35-9), coumarin 307 (CAS: 55804-66-5), coumarin 500 (CAS: 52840-38-7), coumarin 314 (CAS: 55804-66-5), coumarin 30 (CAS: 41044-12-6), coumarin 334 (CAS: 55804-67-6), coumarin 522 (CAS: : 55318-19-7), coumarin 7 (CAS: 27425-55-4), coumarin 6 (CAS: 38215-35-0) and coumarin 153 (CAS: 53518-18-6), coumarin 445 (CAS: 28821- 18-36).
  • coumarin 460 (CAS: 91-44-1).
  • coumarin 461 (CAS: 87-01-4), coumarin 503 (CAS: 55804-70-1), coumarin 510 (CAS: 87349-92-6), coumarin 519 (CAS: 55804-65-4), coumarin 52 IT (CAS: 1 14768-72-8).
  • coumarin 522B (CAS: 53518-197).
  • coumarin 523 (CAS: 55804-68-7).
  • coumarin 525 (CAS: 87331-47-3), coumarin 540 (CAS: 38215-36-0), coumarin 545 (CAS: 85642-1 1 -1).
  • the spectral properties of these compounds are based in particular on the existence of the conjugated ring system and the presence of a nitrogen donor moiety.
  • Numerous compounds corresponding to formula (II) have already been synthesized and are commercially available, especially in the laser dye industry, and their spectral properties have already been determined.
  • the measured spectrophotometric property may be absorbance or fluorescence.
  • the wavelength of interest will correspond to that of the lower energy absorption band, generally between 320 and 440 nm. As and extent of exposure, the intensity of this band decreases and a new band shifted toward the blue appears.
  • the fluorescence of these probe molecules is between 400 and 580 nm.
  • Porphyrazine and its derivatives and in particular tetrabenzotetraazaporphyrins can also be used as probe molecules according to the invention. It is particularly the compounds of formula (III):
  • Ra to Rh independently correspond to H, sulfur-containing or phosphorus-containing organic groups, such as acids, carbon chains which may optionally be mono- or polysubstituted, linear, branched or cyclic, bridging or not. saturated or unsaturated, in CpC 22 , preferably in CpC m, the substituent or substituents which may contain one or more heteroatoms such as N. O, F, Cl. P. Si or S.
  • the alkyl radicals which are preferred are, in particular, methyl, ethyl, propyl, isopropyl and butyl radicals. isobutyl, tert-butyl and pentyl.
  • S may also act an aryl radical corresponding to an aromatic or heteroaromatic carbon structure, mono- or polysubstituted, comprising one or more aromatic or heteroaromatic rings each comprising 3 to 8 atoms, the heteroatom can be N , O, P, F, Cl, Si or
  • the molecule may thus comprise a cyclic structure contiguous to one or more of nitrogenous cycles at the heart of the structure.
  • Ra and Rb, Rc and Rd, Re and Rf or Rg and Rh together form an aromatic ring or correspond to a hydrogen; the molecule will advantageously be tetrabenzoporphyrazine (phthalocyanine).
  • the molecule may for example be synthesized by condensation of four identical phthalonitrile molecules.
  • the porphyrazine and its derivatives can optionally complexing a cation or a group of cation M, and p is a number of 0 or 1 indicating the presence of this type of entity.
  • It may be a metal, generally chosen from transition metals such as Fe, Co, Cu or Ni, whose oxidation state is typically 2 or 3.
  • this metal will be Mg (II) or Cu ( II).
  • porphyrazine and its derivatives complex lighter elements such as Si (IV) or alkali metals. In this case we observe the eomplexation of two atoms such as Li (I) or Na (I).
  • the spectrophotometric properties that are recommended to observe for such molecules are fluorescence and absorbance. Absorption, one can simultaneously observe a gradual disappearance of lowest energy of the transition typically about 690 nm and correlated occurrence of a new transition, the absorption maximum is shifted to the red. This displacement increases when BX 3 reacts successively with each of the 4 azotes of the aza bridges of the macrocycle. These spectral variations are accompanied by an isobestic point at about 560 nm.
  • Fluorescein and its derivatives can also be used as molecule probes according to the invention. It is more typically a fluorone derivative having an aryl group on the carbon not engaged in the bridging bonds of the central ring and more particularly compounds of formula (IVa) and (IVb):
  • R 13, R 14 and R 15 correspond to H, independently, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a halogen, NO 2 ⁇ .
  • Formulas (IVa) and (IVb) correspond to forms that can exist in chemical equilibrium.
  • the probe molecule will be chosen from the following fluorescein derivatives (designation and reference to the CAS number): fluorescein "Acid yellow 73" (CAS: 2321-07-5), 6-aminofluorescein (CAS: 51649-83 -3), 5-aminofluorescein (CAS: 3326-34-9), 6-carboxyfluorescein (CAS: 3301-79-9), fluoresceinethioisocyanate (CAS: 3326-32-7), fluorescein 27 (CAS: 76-54-0), dinitro fluorescein CAS 24545-86-6, tetrachloro fluorescein (CAS 6262-21-1), dibromofluorescein "solvent red 72" (CAS: 596-03-2), teosin B “acid red 91 "(CAS: 56360-46-4), eosin Y” acid red 87 “(CAS: 15086-94-9), eosin-5-thiosemicarbazide (CAS: 1 1988
  • the spectrophotometric properties measured are in particular tabsorbance and fluorescence.
  • These probe molecules are characteristic of compounds of BX 3 and HX type. They do not react significantly with X 2 compounds.
  • the dyes of the family of triarylmethanes and especially the dyes of the family of aminotriarylmethanes. especially di- and triaminotriarylmethanes.
  • the. triarylmethanes bearing on two or three of the rings a nitrogen in the para position of the carbon connecting the three rings, more particularly the aminotriarylmethanes of formula (V):
  • R21, R22 and R25 independently correspond to an H, a carbon chain, and in particular an alkyl radical containing from 1 to 6 carbon atoms, and preferably methyl, propyl, butyl, an aryl radical,
  • R 26 , R 27 -R 28 , R 29, R 30 , R 31, R 32, R 33, R 34 , R 35 , R 36, and R 37 independently represent an H, a carbon chain, and especially an alkyl radical containing from 1 to 6 carbon atoms, and preferably methyl, propyl, butyl, an aryl radical which may be bridging, an organic functional group having no carbon and typically SO 3 - ,
  • Z is H, an amine of the type -NR 23 R 24 , an ammonium of the type -N + R 23 R24 R54, and with R 23 , R24 and R 54 independently selected from H, a carbon chain, and in particular a radical alkyl containing from 1 to 6 carbon atoms, and preferably methyl, propyl, butyl, an aryl radical,
  • X ' is a halogen and preferably F. Cl, Br or I or an organic anion such as Foxalate.
  • the probe molecule is a hydrophobic compound.
  • Crystal violet or Paris violet, or gentian violet, or methyl violet
  • methyl 2B CAS: 8004-87-3
  • methyl 6B CAS: 548-62-9
  • methyl 10 B coomasia
  • the measured spectrophotometric properties include absorbance and fluorescence. These probe molecules are characteristic of the BX- and HX compounds. They do not react significantly with X 2 compounds.
  • the spectral properties measured in steps (a) and (c) are the absorbance, or fluorescence.
  • probe molecules it is possible to simultaneously use different probe molecules.
  • a probe molecule reacting only with compounds of BX 3 and X 2 type may be used simultaneously with a probe molecule reacting only with compounds of BX 3 and HX type to simultaneously detect and measure the presence of the different types of compounds.
  • the different probe molecules can be mixed in as they are inert to one another, preliminary tests can be performed by the skilled person by mixing it plans to use. It is also possible to separate them physically.
  • composition may, as seen above, also contain one or more compounds other than the probe molecule.
  • the composition comprises a matrix, in which the probe molecule is incorporated.
  • the matrix is an organic polymer that can be selected from polysaccharides such as chitosan. cellulose or their derivatives, porous materials based on inorganic polymers, or organic-inorganic hybrids, hydrogels or aerogels.
  • This embodiment is recommended especially when the probe molecules alone can not be easily deposited directly and easily preserved on a support, such as those typically employed in the context of measurements. spectrophotometric such that a glass slide, for example when powdery or liquid.
  • the probe molecule may also be deposited directly on a support by evaporation of the solvent, in which case the preferred structure of the probe molecule is of polymeric type and typically corresponds to the formula (I) in which R 4 corresponds to a polysaccharide.
  • the incorporation of the probe molecule into the matrix involves, in particular, the chemistry of sol-gel (polycondensation of metal oxide networks) and physicochemistry. -chemistry of the surfactant phases in solution (self-assembly of micelles in structures organized on a nanoscopic scale).
  • porous matrices with small pore size (diameter ⁇ 20A) in order to increase the specific surface adsorption of the pollutant-target and increase the probability of reactive collisions between the reactants.
  • the probe molecule may advantageously be incorporated into a nanoporous sol-gel matrix of metal oxides.
  • the nanoporous sol-gel matrix of metal oxides can be prepared from at least one metal precursor of formula (VI):
  • M is a metal selected from silicon, aluminum, titanium, zirconium, niobium, vanadium, yttrium and cerium,
  • Y is a halogen, preferably chlorine.
  • R 38 and R 3 9 correspond independently alkyl or aryl, i. and k are integers, such that their sum is equal to the magnitude of M and i + j is greater than or equal to 2.
  • the metal M is silicon or zirconium.
  • the metal precursor is Si (OMe) 4 or Si (OEt) 4 .
  • the choice of the metal precursor affects the size of pores of the matrix and thus the accessibility to the probe molecule of the compounds to be detected.
  • the pore size decreases with chain length of R 38 and R 3 9, because the chains are entangled and the porosity decreases.
  • the pore size can be increased by incorporating a surfactant which will serve as a mold and around which rigid walls of the inorganic polymer will form, the surfactant then being removed by washing.
  • the composition contains a probe molecule
  • the composition contains at least one probe molecule, and preferably an amount of probe molecule sufficient to allow the measurement of the physicochemical properties of interest in the conditions corresponding to the desired minimum detection threshold.
  • the determination of the threshold is a function of the detection threshold of the technical means available to the user.
  • spectrophotometric properties it typically will be a solid support which does not interact with the composition and generally having a flat surface.
  • electrical properties it s' will include conductive substrates as conductive polymers or nanowires or carbon nanotubes.
  • the spectral properties of the support are variable but they will be chosen so that they do not interfere with the measurement of the spectrophotometric properties of the composition.
  • the substrate is suitable for spectrophotometric technique that makes it possible to make measurements
  • the support may be opaque and also have a curved surface which allows a better distribution of the optical beams for analysis.
  • the composition initially in the form of a liquid solution, is typically deposited directly on the support by various techniques such as depositing a drop of solution and spreading on the substrate, (Langmuir-Blodgett, spray, spin coating). soaking-shrinkage at constant shrinkage rate (dip-coating) ...) or by evaporation under partial vacuum.
  • the dipping method is particularly suitable in the presence of quaternary ammonium compounds which readily form micelles in particular when wearing long chains, typically Cl O C 22.
  • the composition comprises a matrix which is a cationic polymer such as chitosan. this can be solubilized in a solvent and then deposited on a suitable substrate by spin-coating or dip-coating.
  • the composition initially in solid form, can also be deposited directly on the support by sublimation under partial vacuum.
  • the gas can be dissolved in a solvent to be contacted with the composition during step (b).
  • the gas is contacted with the composition comprising the probe molecule in the form of a gas stream.
  • step (d) further comprises correlating the variation of said spectral property between steps (a) and (c) to the quantity of the gaseous compound type type BX 3, HX or X 2 in the gas.
  • Steps (b) and (c) can be performed simultaneously.
  • the variation of the spectral property can be followed in time, and by correlation the amount of gaseous compound type BX type 3 , HX or Xj can be determined.
  • spectrophotometric properties such as absorbance, reflectance or luminescence
  • the means that can be used to carry out the measurements of the physicochemical properties of the composition are those usually employed in the field under consideration.
  • the means used are those that make it possible to make optical measurements and in particular absorbance, fluorescence or reflectance measurements.
  • photons can be collected and analyzed via a spectrophotometer, a diode array or directly by a photomultiplier.
  • the apparatus will include means for exciting the probe molecule at a suitable wavelength.
  • excited probe molecules by light irradiation, near a thin layer of metal can couple to the surface plasmons and lead to lower detection limits and thus allow the detection or dosing of smaller amounts of gas.
  • the measured property corresponds to the interaction with Lo ⁇ e type waves.
  • the structural modifications related to the reaction of the probe molecules with the gas notably cause a variation in mass, viscoelasticity, or a dielectric constant which affects the Love type waves.
  • This embodiment is generally implemented in presence of a piezoelectric material which serves as a support or on which it is possible to detect and generate Love waves, typically using combs interdigitated electrodes according to a delay line or resonator configuration.
  • the micro-scale devices taking advantage of the resonance frequency variation measurements of the quartz crystals on which the composition is deposited can also be used to quantify the target pollutants reacted with them.
  • gaseous compounds BX 3, HX or X has been detected, the invention also allows to eliminate them.
  • the subject of the invention is therefore also a process for trapping gaseous compounds of BX 3 , HX or X 2 type contained in a gas, characterized in that the gas is brought into contact with a composition as defined above.
  • composition comprises a matrix or that the probe molecule is of polymeric nature.
  • the composition is typically installed in a cell which may in particular take the form of an enclosure of any shape, for example rectangular or cylindrical, provided or not with baffles to lengthen the contact, provided with an inlet for gas to be treated and a treated gas outlet.
  • the composition may, as indicated above, be deposited on a support that can be arranged in particular in the baffles.
  • the nature of the support, in the context of gas removal, is of little importance, it is of course desirable that it be chemically inert with respect to the composition. These include support glass, quartz or plastics.
  • the porous matrices may be in form of powders or granules enclosed in a cylindrical tube or in the form of porous thin films deposited on the walls of a cylinder, the deposition may be done through evaporation. Depending on the content of pollutant to be treated, it can modulate the thickness of the film or the quantity of powders or granules and the concentration of the probe molecule.
  • the amount of trapped gas corresponds at most to the amount of molecule (s) probe (s) present in the composition. So for example for a composition comprising a porous matrix kilogram with a molecule weight rate sensor 5 to 10%, it will be possible to treat, according to the probe molecule selected, 5000-1 1000 m 3 of effluent gas containing 1 ppm of BX 3, HX or Xj- Depending on the gas content (> 1 ppm or ⁇ lppm) in the stream, lower or higher volumes may be processed.
  • a suction device of the gas is advantageously used for contacting significant amounts of gas to be treated with the probe molecules.
  • the cell will be particularly designed to handle a flow rate of at least 1 liter of gas per hour, especially at least 10 liters of gas per hour and preferably at least 100 liters of gas per hour.
  • a volume to be processed from 5,000 to 1,000 m J corresponds to one month of use.
  • the cell may in particular be a tube. Depending on the gas flow rate to be treated, it is possible to modulate the diameter and the length of the tube.
  • the tube can be pumped under vacuum to regenerate Ms 15.
  • the inventors have also developed novel materials capable of reacting with a compound of BX 3 , HX or X 2 type .
  • the present invention also relates to a material capable of reacting with at least one type BX 3 , HX or X 2 compound in gaseous form comprising one or consisting of a porous matrix containing at least one probe molecule such that defined above.
  • the porous matrix typically consists of a matrix of inorganic or hybrid organic-inorganic polymers developed according to the sol-gel process.
  • the invention also relates to a process for the preparation of the above material comprising the following steps:
  • the porous matrix according to the invention is preferably prepared using a sol-gel method.
  • sol-gel process we group together techniques that make it possible, by simple polymerization of metal precursors, in particular metal oxides, to obtain inorganic or hybrid organic-inorganic matrices at temperatures close to room temperature. (20 to 35 ° C). Chemical reactions, The. hydrolysis and condensation, the basic sol-gel methods, are triggered when the metal precursors are brought into contact with water.
  • the solvents of the precursors may be chosen in particular from alcohols, ethers of which THF or CH 2 Cl 2 , CHCl 3 .
  • the solvent may also correspond to a mixture of the solvents mentioned above.
  • Surfactants may also optionally be used either to induce structuring of the porous matrix and to form pores of modulable size, or to solubilize a probe molecule of low polar content and poorly soluble in the mixture of precursors and solvent, such as a mixture of alcohol and water, or for their dual property.
  • the metal precursor is a metal oxide
  • the step of preparing the porous sol-gel matrix (a) comprises a step of hydrolysis of at least one metal oxide said hydrolysis step preferably being carried out in the presence of an organic solvent, such as an alcohol such as methanol or ethanol.
  • the hydrolyzed products react with one another to form polymers that continually s increase until obtaining a three-dimensional polymeric network.
  • the clusters of metal oxide remain in suspension without precipitation, it is the ground. These clusters progressively occupy an increasing volume fraction. The viscosity then becomes important and the liquid eventually gels in a matrix.
  • the matrix thus obtained is therefore constituted by * a polymeric network which has a porosity that Ton can be varied as required.
  • the pore diameter of the sol-gel matrix can also be adapted by selecting particular metal oxides.
  • the metal oxides of formula (VI) for which R 38 and R 30 are alkyls, preferably methyl or ethyl radicals. allow to generate matrices whose pores have a reduced diameter.
  • Those for which R 38 or R 3 9 is an aminoalkyl, preferably aminopropyl. allow to generate matrices whose pores have high diameters.
  • the stage of preparation of the sol-gel matrix (a) and that of incorporation of at least one probe molecule (b) are carried out simultaneously.
  • the preparation conditions are sufficiently mild. so that the probe molecules are incorporated into the sol-gel matrix without being altered.
  • the drying step allows, among other things, the evaporation of the solvent (s), such as water and alcohols, present in the matrix.
  • the incorporation of at least one probe molecule is provided before the homogenization step, preferably during the hydrolysis step.
  • the incorporation of at least one probe molecule may be in the porous matrix also by impregnation in solution or in vapor phase according to well known techniques to those skilled in the art, including sublimation .
  • the composition presented above and in particular the material according to the invention can be integrated into devices, including sensors, generally based on the detection of spectrophotometric properties.
  • the present invention therefore also relates to a device or in particular sensor for compounds of BX3 type.
  • HX or X2 in gaseous form characterized in that it comprises at least one material or a composition, preferably in the form of a matrix, according to the invention.
  • the composition comprises a matrix if the probe molecule it contains does not itself form a matrix, when a sensor is employed.
  • one sensor comprises a material or composition, in accordance with the invention deposited on a suitable substrate, preferably in the form of a thin film on a transparent substrate.
  • the substrate may be chosen from those conventionally used in the field of spectrophotometric analysis, in particular slides or plates of glass, mica quartz or fluorite.
  • the deposition is carried out according to well known techniques to those skilled in the art including, without limitation, dipping, spin coating, by spray (liquid or gas), deposition and spreading of a drop.
  • the deposit is made by dipping where possible. This is especially the case in the preparation of materials according to the invention.
  • Those skilled in the art will adjust the withdrawal speed of deposition substrate material which is deposited, preferably a speed close to 25 mm. min ".
  • Soaking can be done at room temperature (22-25 ° C) with a relative air humidity between 15 and 50%.
  • devices according to the invention or sensors for the detection include at least one source of light excitation and a collector.
  • a micropump system which can be located both upstream and downstream of the material, allows to accelerate the diffusion of the gas to the probe molecules, included or not in a material according to the invention.
  • the senor it is also useful for the sensor to be equipped with a measurement system making it possible to determine the volume of gas that has passed through the inlet.
  • the composition which corresponds in particular to the material discussed above, is protected from the outside by a protective envelope in sealed manner through an O-ring for example. If the gas contains a compound of type BX 3 , HX or X 2 . it will react with the probe molecules contained in the composition that correspond to it. The reaction with the probe molecule will be detected after light excitation by a collector and played on the screen.
  • the light source is constituted by a deuterium lamp, halogen or a light emitting diode, and the collector of a diode array or a photomultiplier low voltage.
  • the detection method is based on a change in absorbance of the doped film, it is preferable to use a system composed of two doped thin films each deposited on a reflective substrate in order to optimize the absorption of the light source by the molecules probes. The photons bouncing multiple times on the walls covered with films will be strongly absorbed by the probe molecules contained in the composition.
  • a metal layer of aluminum or silver may be deposited on the substrate to create resonance plasmons in the excitation wavelength range of the probe molecule or the reaction product to exalt the fluorescence of these compounds.
  • a gas outlet is provided as part of this sensor. Miniaturized devices or sensors are preferred.
  • the device or sensor further comprises a support for the composition, more particularly a support adapted to the detection method.
  • the device or sensor will also include a system for accelerating the diffusion of the medium to be analyzed, particularly a gaseous medium.
  • the system for accelerating the diffusion of the gas is a pneumatic system such as a piston, a discharge pump or a pump. micropump.
  • a pneumatic system such as a piston, a discharge pump or a pump. micropump.
  • Such a system will be particularly useful in the case of a pollution control device. Sensors with direct optical transduction are thus especially concerned by the invention.
  • the sensor can also be a multiple sensor, or multi-sensor, for simultaneously detecting different gases and determine their concentration.
  • the different compositions may be mixed in the same film or placed on the same support or on different supports.
  • Compositions comprising different probe molecules may be installed in the same compartment or different compartments.
  • the material according to the invention has many advantages that enable it to be used in the metrology of halogenated compounds as well as clearance. Due to its method of preparation, the material according to the invention is nanoporous and therefore provides a very large specific surface area for adsorption. This structural characteristic is even more important in the context of the pollution control device.
  • the material according to the invention can be implemented in methods for detecting and / or strength and / or trapping halogen compounds whatever the conditions including the rate of humidity.
  • compositions, as the material, in accordance with the invention can easily be integrated to a sensor or a device which allows the in situ detection, direct and simple halogen, with halogen acids or gaseous boron halide.
  • the sensors can be used in network and permanently ensure quality control of a high risk of contamination by environmental boron halides.
  • the devices or sensors can also be associated with a visual or audible alarm which is triggered when the content of boron halide in the test environment reaches a certain critical level.
  • FIG 1 shows different probe molecules (MsI to Ms15).
  • FIG 2 is the diagram of a sensor according to the invention.
  • FIG 3 shows a top view of the compartment of a sensor according to the invention.
  • Figure 4 corresponds to a cross section of the compartment comprising a material according to the invention.
  • FIG. 5 represents a detection system integrated into a sensor comprising two films of the material.
  • FIG. 6 represents the absorption spectrum of KI in methanol and its evolution during the addition of BCI 3 as a function of time
  • Figure 7 shows the absorption spectrum of NaI in a porous matrix and its evolution when the matrix is exposed to a gaseous mixture containing chlorine
  • FIG. 8 represents the absorption spectrum of a trimethylammonium methylglycol chitosan iodide film and its evolution when the film is exposed under reduced pressure of BCI 3
  • CTAB C 5 H33
  • Me Me 3N +, Br in a porous matrix and its evolution when the matrix is exposed to the gaseous BF 3
  • inset the change in absorbance function of the introduced pressure (in Torr) is shown.
  • Figure 10 shows the absorption spectrum of HO (CH 2 ) (Me) 3 N + J - in a porous matrix and its evolution when the matrix is exposed to Cl 2 gas (40 ppb).
  • FIG. 11 represents the absorption spectrum of decamethonium dibromide " Br 5 (Me) 3 N 2 - (C 1uH 22 J-NT (Me) 3 Br " in a porous matrix and its evolution when the matrix is exposed to Cl 2 gas (200 ppb).
  • 12 shows the absorption spectrum of a coumarin in ethanol and its evolution during the addition of aliquots of BF 3.
  • Figure 13 shows the absorption spectrum of a coumarin in a porous matrix and its development during the exposure of the HCl gas to die (45 ppm)
  • Figure 14 shows the absorption spectrum of a magnesium phthalocyanine in ethanol and its development during the addition of aliquots of BF 3.
  • FIG. 16 represents the monitoring of the kinetics of appearance of the product of the reaction between magnesium phthalocyanine and BF 3 at 800 nm
  • FIG. 17 represents the absorption spectrum of a silicon phthalocyanine in ethanol and its evolution during the addition of aliquots of BF 3 (1.3M)
  • Figure 18 shows the absorption spectrum of a silicon phthalocyanine in water and its evolution during the addition of HCl (1 and 12M).
  • Figure 19 shows the absorption spectrum of fluorescein in methanol and its development during the addition of aliquots of BF 3.
  • Figure 20 shows the absorption spectrum of a composition containing fluorescein and CTAB deposited on a glass slide and its development during the exposure of the film under reduced pressure BCl 3 gas.
  • Figure 21 shows the absorption spectrum of crystal violet in methanol and its evolution when adding aliquots of BF 3 .
  • Figure 22 shows the absorption spectrum of the crystal violet deposited on a quartz substrate by evaporating the solvent and its development during the exposure of the film under reduced pressure gaseous HCl (4 torr)
  • Figure 23 shows the absorption spectrum of a composition of BIC® deposited on glass and its development during the exposure of the pressure reduced movie BF 3 (2 torr).
  • FIG. 24 shows the absorption spectrum of a composition of BIC in ethanol and its development during the addition of aliquots of HCl.
  • FIG. 25 is an example of a calibration curve obtained for a thin film doped with MS7 and dipped onto each face of a quartz slide.
  • FIG. 26 is an example of a calibration curve obtained for a thin film doped with MS8 and deposited by dipping.
  • sensors or devices for use in the invention for detection include at least one excitation light source (10) and a collector (1 1).
  • the gas can be introduced into the sensor via a specific input
  • a micro pump system (8) which can be located both upstream that downstream of the material accelerates the diffusion of the gas up to the probe molecules, included or not in a material (9) according to the invention .
  • the composition (9), which corresponds in particular to the material presented above, is protected from the outside by a protective envelope (13) in a sealed manner by means of a ring for example toric (12) as shown in Figure 4. If the gas contains a compound of type BX 3 , HX or X 2 , it will react with the probe molecule or molecules contained in the composition that correspond. The reaction with the probe molecule will be detected after light excitation
  • the light source comprises a deuterium lamp, halogen or a light emitting diode, and the collector of a diode array.
  • the detection method is based on an absorbance variation of the doped film, it is preferable to use a system consisting of two doped thin films each deposited on a reflective substrate in order to optimize the absorption of the light source by the probe molecules. .
  • the photons bouncing multiple times on the walls covered with films will be strongly absorbed by the probe molecules contained in the composition as shown in FIG. 5.
  • the probe molecules may be incorporated into a matrix or deposited on a substrate from a solution.
  • the compounds whose detection is illustrated are BCIA, BF 3, HCl and Cl 2.
  • the physicochemical properties of the compositions / probe molecules whose variations are here illustrated are the spectrophotometric properties.
  • Spectrophotometric measurements were performed either with a UV-visible UNICAM spectrophotometer or with an OCEAN OPTICS miniature spectrophotometer.
  • probe molecules were used directly, without incorporating them into a matrix. It is a question of Ms9 particular, a derivative of chitosan, which forms by itself a matrix.
  • Some probe molecules such as Ms 14, fluorescein, MsI 1, magnesium phthalocyanine, Ms 15. crystal violet
  • probe molecule mixtures such as MsI 3-KMsI 5
  • Matrices containing probe molecules were prepared from tetraalkoxides of silicon according to the sol-gel process technique as known in the art.
  • a mesoporous thin film, possibly nanostructured, containing the molecule (s) probes is obtained by dipping and then removing a carrier from the solution.
  • a preferred support is a quartz slide and a preferred deposition protocol utilizes constant soaking and removal rates.
  • the MsI to Ms4 probe molecules correspond to a first family of probe molecules. These are the alkali metal halides. These molecules have been selected for their high availability, low cost and ease of use.
  • Five probe molecules (Ms5 to Ms9) illustrate the use of halides of quaternary ammonium.
  • Ms5 and Ms7 are both probe molecules and structuring agents capable of inducing the formation of porous nanostructured matrices.
  • Ms6 and Ms8 are also used with sol-gel matrices.
  • Ms9 forms an organic polymer matrix.
  • Figures 6 to 1 1 illustrate the spectra corresponding to the reactions between these various alkali metal halides and ammonium halides and BF 3 , BCI 3 and Cl 2 .
  • MsIO corresponds to a derivative of coumarin These probe molecules react effectively in solution with BF-, BCL ,, L1Cl forming the protonated or complexed coumarin whose absorption spectrum is very different from the initial spectrum (see Figures 12 and 13) .
  • Coumarins do not react with X 2 .
  • the MsI probe molecules l. Ms 12 and Ms 13 correspond to phthalocyanines.
  • the Ms14 probe molecule is fluorescein. It will serve as an example to illustrate the detection of BF ⁇ . BCI 3 , HCl in solution.
  • the Ms 15 probe molecule is crystal violet. This molecule belongs to the family of triarylmethanes.
  • a physico-chemical property detectable by an analysis technique has previously been determined for each of the above probe molecules.
  • Each of the samples was then exposed for a variable period of time to a gas to be detected composed mainly of the pure BX 3 , HX OR X 2 compound under reduced pressure, with a gaseous nitrogen gas mixture containing the pollutant at levels which were has varied (40 ppb to 500 ppm) or by contacting a solution in which a gas bubbling is performed.
  • a gas to be detected composed mainly of the pure BX 3 , HX OR X 2 compound under reduced pressure
  • Figure 6 shows the spectral variations, in absorption spectroscopy, resulting from the reaction of Ms2 with BCI 3 in methanol.
  • An initial absorption spectrum of the Ms2 solution is collected (dotted curve) before addition of BCI 3 .
  • a spectrum is collected every 20 minutes after addition of and especially.
  • the strip of the disappearance is observed of MS2 absorption centered at 220 nm and the appearance of two new absorption bands centered at 288 and 358 nm. From the 288 and 358 nm absorbance variation measurements as a function of the concentration of BC I 3 , calibration curves can be plotted which will be used for the quantitative measurement of BCI 3 in solution.
  • MsI-doped porous films are prepared by soaking quartz substrates in the solution and removing them at a constant rate (9.6 cm min-1).
  • a flux (50 ml.min-1) of gaseous mixture containing 400 ppb of CI 2 the decrease in the MsI absorption band centered at 220 nm is observed in favor of the appearance of two new bands centered at 288 and 350 nm.
  • Ms5 is incorporated as micelles in mesoporous thin films of 3D-hexagonal structure based on hybrid organic-inorganic silicon polymers according to a protocol known from the literature [Bourgeois. AT. ; Brunet Bruneau,
  • TEOS tetra ethoxy silane
  • H: O: HCl 1: 3: 1: 5.10
  • This mixture is refluxed for one hour and a second solution containing ethanol, acidic water (0.055 mol, L " HCl) and MS5 is then added. added to the solution S p .
  • the thin films of the mesoporous material are obtained by depositing a thin layer of the soil on a quartz slide by the method of "dip-coating". The removal speed applied in most cases is 3 mm. s ".
  • the humidity in the chamber of the device is set at a value between 40% and 60%.
  • the film is heated with an epi-radiator for 15 minutes at a moderate temperature (16O 0 C) to stiffen the inorganic network without destroying Ms5
  • the Ms5 micelles are contained in spherical pores of 4.5 ⁇ 0.5 nm in mean diameter, arranged in a 3D-hexagonal structure and separated from each other by a porous wall of Inorganic polymer 2.5 ⁇ 0.5 nm thick
  • the pollutant molecules diffuse rapidly through the porous network of the polymer to the micelles of Ms5
  • the detection of BF 3 is optical
  • the absorbance of Ms5 in FUV is measured, which decreases quantitatively with the addition of Bfi gas (see Figure 9).
  • Ms5 micelles can be obtained according to the proportions of TEOS and Ms5 such as the cubic structure
  • Ms5 cells react in the same way with BF 3 . Alone. the initial absorbance of Ms5 varies with its initial concentration.
  • Ms7 is also a structuring agent. Due to the terminal position of the two ammoniums, which makes it possible to obtain thin films of lamellar structure.
  • the protocol used for the preparation of mesoporous thin films is identical to that presented for Ms5, the proportions and values of the parameters indicated are similar.
  • the resulting film is heated with an epi-radiator for 15 minutes at a moderate temperature (160 ° C.) to stiffen the inorganic network without destroying the probe molecules.
  • a moderate temperature 160 ° C.
  • the pollutant molecules diffuse rapidly through the porous network of the polymer to Ms7.
  • the detection of Cb is optical.
  • the absorbance of Ms7 in FUV is measured. This decreases quantitatively with the addition of Cl 2 gas (see Figure 1 1).
  • the absorption spectrum of Ms7 is similar to that of Ms5. UV absorption is observed with a maximum centered around 192 nm.
  • a flux 250 ml.min-1
  • the disappearance of the Ms7 absorbance is observed in favor of the appearance of a new band.
  • absorption centered around 267 nm. The reaction is very fast and the species formed at 267 nm has a high molar extinction coefficient.
  • the protocol used for the preparation of mesoporous thin films doped with Ms8 is identical to that presented for Ms5. the proportions and values of the parameters indicated are similar.
  • the film is heated with an epi-radiator for 15 minutes at a moderate temperature (160 ° C.) to stiffen the inorganic network without destroying the probe molecules.
  • a moderate temperature 160 ° C.
  • Cl 2 - pollutant molecules diffuse rapidly through the porous network of the polymer to Ms8.
  • the detection of Cl 2 is optical. Measuring the absorbance of MS8 in UVF. This decreases quantitatively with the addition of Cl? in favor of the appearance of two new bands centered at 295 and 370 nm (see Figure 10).
  • Ms9 the film is prepared from a MS9 solution in water by spreading a drop of the solution on a quartz substrate. The solvent was evaporated by heating the film at 80 0 C.
  • the Ms9 reaction with BCl 3 was studied by exposing a film doped Ms9 under reduced pressure BCl 3 gas in a vacuum manifold (see Figure 8).
  • MS9 reacts with BCI 3 as MsI, Ms2 and Ms8. The disappearance of the Ms9 absorption band centered at 220 nm is observed in favor of the appearance of two new bands centered at 295 and 370 nm.
  • the same experiments were carried out at atmospheric pressure by exposing the film to a gaseous mixture containing a known content of BF 3 .
  • the reactivity of the probe molecules of the coumarin family is shown in FIGS. 12 and 13 with the examples of coumarin 120, Ms10, in solution and incorporated in a porous matrix.
  • a solution of 10 -4 mol L- 1 of coumarin 120 in methanol is prepared. Aliquots are taken from a stock solution of BF 3 1.3 mol. L " in methanol to prepare several solutions of coumarin 5 " 10 mol. L “1 containing 10 " . 10 " and 10 " mol L “1 of BF 3 .
  • the spectral changes observed in Figure 12 show the disappearance of the absorption bands of coumarin 120 in favor of a new species having two absorption bands between 230 and 330 nm, in a range of wavelength where the coumarin absorbs little.
  • hydrochloric acid HCl
  • C500, C 102 or C47 have also been used for the measurement BX 3 or HX by absorption or fluorescence.
  • coumarin is incorporated into a nanoporous matrix.
  • a solution of precursors containing tetra-methoxy silane (TMOS), ethanol, the tetrahydroxyfuran. water and coumarin 120 in molar proportions TMOS: EtOH: THF: H 2 O: C 120 1: 1, 95: 1, 4: 4: 0.0124.
  • TMOS tetra-methoxy silane
  • EtOH EtOH
  • the thin films of the mesoporous material are obtained by depositing a thin layer of the ground on a quartz plate by the method of soaking at a constant rate of shrinkage. The applied speed is 3 mm. s "1.
  • the humidity in the chamber of the device is set at a value between 15 and 30%.
  • coumarin reacts with HCl and detection
  • the coumarin is fluorescent, it is possible to follow the variations of the absorbance spectra on film and fluorescence at the same time.
  • the initial absorption spectrum of the film comprises three bands having a maximum of 206, 234 and 348 nm (see Figure 13) Before exposure, when the film is excited at 350 nm, it is fluorescent with a maximum intensity at 440 nm
  • the doped MsIO film is exposed to a flux (50 mL.min -1) of gaseous mixture containing 45 ppm of HCl, there is a decrease in absorbance at 234 and 348 nm and the appearance of two bands of absorbance at 265 and 278 nm.Concomitantly, we observe the decrease of the fluorescence emission of the film.
  • tetrabenzoporphyrazines is also used for the detection of BX 3 or HX in solution and in the gas phase. 1 is an example shown to be used either in solution or deposited on a glass slide (see FIGS. 14-16).
  • MsI was also plated by spreading a drop of MsI solution in ethanol on glass. After drying, an absorption spectrum of
  • MsI l different from that obtained in solution and which corresponds to the aggregation of MsI 1 molecules on the substrate.
  • MsI 1 film is exposed to a reduced pressure of BF 3 under a vacuum ramp, a significant bathochromic displacement of the absorption spectrum of MsI 1 is observed as in solution (see FIGS. 15 and 16).
  • the variation in the intensity of the new absorption band in a range of wavelength where the MSI does not absorb can be quantitatively correlated to the concentration of BF 3.
  • FIG. 17 A second example of a study of the reactivity of a tetrabenzoporphyrazine, Ms 12, which differs from MsI 1 by the nature of the central metal, is shown in FIG. 17.
  • Ms 12 which differs from MsI 1 by the nature of the central metal
  • FIG. 17 A second example of a study of the reactivity of a tetrabenzoporphyrazine, Ms 12, which differs from MsI 1 by the nature of the central metal, is shown in FIG. 17.
  • Ms 12 tetrabenzoporphyrazine
  • Crystal violet illustrates the use of the triarylmethane and more particularly aminotriarylmethanes as probe molecules.
  • Ms 15 reacts with BX 3 and HCl both in solution and gas phase.
  • Figure 21 shows the spectral variations observed when adding aliquots of a solution of BF 3 1.3 mol. L " in methanol to a 10 " mol solution. L “1 Msl 5.
  • UV band intensity between 200 and 330 nm decreases with increasing the BF 3 concentration from 10 " to 10 " "mol. L "1.
  • Increasing the intensity of the new bands in PUV can be quantitatively correlated to the concentration of BF 3 reacted with Fun nitrogen sites MSI 5.
  • step 2 in the presence of a large excess BF 3 (1 mol. L "1), the absorption band of Msl5 in the ⁇ isible (570 nm) and UV bands between 230 and 330 nm disappears in favor of two nomelles bands in the visible. Tune of low intensity centered at 430 nm and the second of higher intensity whose maximum absorption is located at 630 nm. These new bands correspond to Ms 15, all the nitrogenous sites reacted with BF 3 .
  • the variation of the intensity of the band at 570 or at 650 nm can be quantitatively correlated to the concentration of molecules of BF 3. BCI 3 and HCl react in the same way with MsI 5.
  • Ms 15 may be deposited on a quartz substrate by spreading a drop of a solution of Ms 15 5-10 ⁇ 4 mol. 1 " in methanol on the substrate After drying, the film of Ms 15 has a spectrum similar to that found in solution ( Figure 22)
  • the film is exposed under reduced pressure (4 torr) of gaseous HCl in a ramp to At this pressure, the number of HCl molecules is high and the reaction with the first nitrogenous site of Ms 15 is immediate.
  • the collection of the spectra 2 minutes after the exposure already shows the second reaction of HCl with the second nitrogenous site. of MsI 5.
  • the same spectral variation is obtained as that observed in solution with the excess of BF 3 , namely the disappearance of the band at 570 and bands in FUV in favor of the appearance of two new bands at 430 and 660 nm (see Figure 22).
  • a first experiment is carried out by depositing the mixture on a glass substrate. The sample was then exposed under reduced pressure of BF 3 in a empty ramp.
  • MS 15 is the BF reactive vis-à-vis the 3 because the spectral variations already correspond to step 2 of complexation of the 2nd nitrogen site of MS 15, the Step 1 of complexation of a nitrogenous site by BF3 being already finished (see Figure 23).
  • a similar result is observed when the Ms 13 + Ms 15 mixture is in solution in ethanol.
  • the addition of HCl induces rapid protonation of the nitrogen sites MSI 5. spectral variations corresponding to the end of the step 2, during which HCl also reacts with MS 13 ( Figure 24).
  • Figure 25 is an example of a calibration curve obtained for a thin film doped MS7 and deposited by dipping on each face of a quartz plate. This film was continuously exposed to a flow of nitrogen of 500 ml.min-1 in which for short periods ( ⁇ 5min) the Cl 2 content varied between 40 and 200 ppb.
  • the sequence applied in this example is as follows: 0. 50:50; 100; 100; 150; 150; 200 and 200 ppb.
  • Another example relates to a thin film doped with MS8. In this case, two new absorption bands with maxima at 288 and 350 nm are observed when the film is exposed to a gas flow containing chlorine. The intensity of these bands increases progressively from exposure.
  • FIG. 26 is an example of a calibration curve obtained for a thin film doped with MS8 and deposited by dipping. This film was continuously exposed to a flow of nitrogen of 500 mL / min in which for short periods ( ⁇ 5min) the Cl 2 content varied between 40 and 160 ppb.
  • the sequence applied in this example is the 40, 40, 40, 80, 80, 120, 120 and 160 ppb.
  • Trapping cells were made from a glass tube 1.6 cm in diameter and 1000 cm in length helically wrapped about a central axis. This provides a total volume of 2 liters for the treatment of polluted air and a surface of 5024 cm "for the deposition of a porous material film doped with probe molecules.
  • the helical structure of the trapping cell makes it possible to slow down the diffusion of the gas and to improve the contact between the pollutant molecules and the porous film and thus the trapping of the pollutant.
  • a thin film of porous material doped Ms 15 is deposited on the inner wall of the helical tube using a rotavapor.
  • the tube being closed at one end by a stopper, it is rotated about its axis until gelation of the soil. After evaporation of the residual solvents, the deposited film has a thickness of about 124 microns and has a violet color.
  • the total number of moles of MsI 5 is 2.5 ⁇ 10 -4 mole Air can be drawn through this cell containing 100 ppb of BF 3 at a flow rate of 1 L min -1 for 930 hours.
  • the volume of air treated is 55.8 m

Abstract

Process for detecting a gaseous compound of BX3, HX or X2 type within a gas using a composition containing a probe molecule, characterized in that the probe molecule is a molecule for which the reaction with one or more compounds of BX3, HX or X2 type leads to a variation of at least one of its physicochemical properties, this variation being measurable via a suitable analysis technique, and in that the following steps are carried out in this order: (a) measurement of said physicochemical property of the probe molecule, such as a spectral property, (b) bringing the gas into contact with the composition containing the probe molecule from step (a), (c) repeat measurement of said physicochemical property, (d) correlation of the variation of said spectral property between steps (a) and (c) in the presence of said gaseous compound of BX3, HX or X2 type, the measurement of the physicochemical property from step (a) possibly being a prior step, process for trapping gaseous compounds of BX3, HX or X2 type contained in a gas, material capable of reacting with at least one compound of BX3, HX or X2 type in gaseous form and sensor for compounds of BX3, HX or X2 type.

Description

PROCEDE DE DETECTION DE COMPOSES GAZEUX HALOGENES PROCESS FOR DETECTION OF HALOGENATED GAS COMPOUNDS
ART ANTERIEURPRIOR ART
La présente invention est relative au domaine de la métrologie des dérivés halogènes du bore ainsi que des halogènes et acides halogènes correspondants, par exemple dans les environnements contaminés, ainsi qu'à la dépollution desdits environnements.The present invention concerns the field of metrology halogenated boron compounds and halogenated and corresponding halogenated acids, for example, in contaminated environments, as well as to the pollution of said environments.
Les dérivés halogènes du bore ont aujourd'hui une place importante dans l'industrie des semi-conducteurs. En effet, le bore, par sa configuration électronique, est considéré comme un dopant de type p particulièrement utile. Aussi, l'industrie de F électronique, pour assurer des propriétés spécifiques à des substrats de silicium, est une grande consommatrice de composés tels que le BF3 ou le BCI3. Ces composés gazeux demeurent délicats à manipuler et leur toxicité est particulièrement grande puisque les dommages qu'ils provoquent peuvent être retardés, notamment dans le cas d'inhalation, et conduire à des oedèmes pulmonaires fatals. La décomposition des halogénures de bore conduit souvent à la formation des halogénures d'hydrogène correspondant.Halogenated boron derivatives today have an important place in the semiconductor industry. Indeed, boron, by its electronic configuration, is considered a particularly useful p-type dopant. Also, the F electronic industry, to provide specific properties to silicon substrates, is a major consumer of compounds such as BF 3 or BCl 3. These gaseous compounds remain delicate to handle and their toxicity is particularly great since the damage they cause can be delayed, especially in the case of inhalation, and lead to fatal pulmonary edema. The decomposition of boron halides often leads to the formation of the corresponding hydrogen halides.
Les propriétés des halogènes et des acides correspondants, et leur relative stabilité, ont été mises à profit depuis plus longtemps que les dérivés du bore. Aussi diverses industries utilisent aujourd'hui quotidiennement ces composés dans leur activité. Le chlore est employé notamment par l'industrie chimique pour la préparation de polymères comme le polychlorure de vinyle (PVC) ou encore pour la préparation de solvants, d'herbicides ou de réfrigérants. Bien qu'aujourd'hui de moins en moins employé dans la fabrication de pâtes et papier, le chlore gazeux demeure encore un ingrédient très utilisé pour le blanchiment. Il est également employé dans la métallurgie, notamment pour la production d'oxyde de titane, et sous forme de plasma dans l'électronique pour la fabrication de semi-conducteurs. Sa toxicité biologique reconnue est mise à profit pour la purification des milieux aqueux. Le fluor est essentiellement employé notamment dans l'industrie nucléaire pour la synthèse de l'hexafluorure d'uranium par fluoration d'oxyde d'uranium. Le brome, moins utilisé, est notamment utile dans la fabrication de spécialités chimiques comme les pesticides ou les herbicides. Les acides dérivés des halogènes sont également utilisés dans différents domaines d'activité. La production de composés chlorés et de spécialités chimiques chlorées comme le chlorure de méthyle ou le chlorures de benzyle, les chlorures métalliques (tels que les chlorures d'aluminium ou de silicium) nécessite l'utilisation de HCl. Le chlorure d'hydrogène est également employé dans des procédés de galvanisation à chaud ou de séparation des minerais ; en électronique il est non seulement mis à profit pour la fabrication de semi-conducteurs mais aussi comme piège à humidité. Le fluorure d'hydrogène connaît globalement les mêmes applications auxquelles il faut ajouter son utilisation dans les procédés de traitement de l'uranium. Outre les conséquences directes que leur acidité peut entrainer sur les matériaux et les organismes vivants, tant au niveau externe (cutané et oculaire) qu'interne (notamment au niveau pulmonaire), des effets plus spécifiques peuvent être occasionnés. C'est le cas notamment de l'acide fluorhydrique, qui, comme le fluor, peut provoquer dans les organismes biologiques de troubles létaux liés à une hypocalcémie. Par ailleurs, certains de ces gaz sont des composés particulièrement inflammables et les produits issus de leur combustion sont souvent également nocifs.The properties of the corresponding halogens and acids, and their relative stability, have been exploited for longer than the boron derivatives. As diverse industries use today day these compounds in their activity. Chlorine is used in particular by the chemical industry for the preparation of polymers such as polyvinyl chloride (PVC) or for the preparation of solvents, herbicides or refrigerants. Although qu'aujourd 'hui less used in the manufacture of pulp and paper, chlorine gas is still a widely used ingredient for bleaching. It is also used in metallurgy, in particular for the production of titanium oxide, and in the form of plasma in electronics for the manufacture of semiconductors. Its recognized biological toxicity is used for the purification of aqueous media. Fluoride is mainly used in particular in the nuclear industry for the synthesis of uranium hexafluoride by fluorination of uranium oxide. Bromine, less used, is particularly useful in the manufacture of specialty chemicals such as pesticides or herbicides. Halogen-derived acids are also used in various fields of activity. The production of chlorinated compounds and chlorinated specialty chemicals such as methyl chloride or benzyl chloride, metal chlorides (such as aluminum or silicon chlorides) requires the use of HCl. The hydrogen chloride is also used in hot-dip galvanizing process or separation of minerals; in electronics, it is not only used for the manufacture of semiconductors but also as a moisture trap. The hydrogen fluoride generally experiencing the same applications which must be added its use in uranium treatment processes. In addition to the direct consequences that their acidity may cause on materials and living organisms, both externally (skin and eye) and internally (especially at the pulmonary level), more specific effects may be caused. This is particularly the case of hydrofluoric acid, which, like fluorine, can cause in biological organisms of lethal disorders related to hypocalcemia. In addition, some of these gases are particularly flammable compounds and the products resulting from their combustion are often equally harmful.
Considérant l'importante toxicité de l'ensemble des composés évoqués, il est important d'assurer aux utilisateurs une sécurité maximale lors de la manipulation de tels produits. La réactivité importante de ces composés impose des conditions de stockage particulièrement efficaces et sûres. Cependant, quelles que soient les précautions utilisées pour la manipulation de composés gazeux hautement réactifs, elle doit impérativement être encadrée par des mesures efficaces de détection afin de parer à toute fuite dans le système utilisé.Considering the high toxicity of all compounds mentioned, it is important to ensure users maximum security when handling such products. The high reactivity of these compounds imposes storage conditions that are particularly effective and safe. However, whatever the precautions used for handling gaseous compounds highly reactive, it must imperatively be framed by effective detection measures to prevent any leak in the system used.
Pour la plupart de ces composes, les concentrations admises actuellement dans l'environnement de travail sont généralement comprises entre 0,1 et 10 ppm.For most of these compounds, the concentrations currently admitted in the work environment are generally between 0.1 and 10 ppm.
Les méthodes de détection des composés halogènes, et particulièrement des complexes halogènes du bore, connues de Fart antérieur sont dans la majorité des cas basées sur une détection eolorimétrique à partir de réactifs colorés en solution liquide ou de réactifs imprégnés sur des supports solides de type alumine, gel de silice, charbon actif, bentonite TiOa. argile, carbonate ou encore zéolithe.The methods for detecting halogenated compounds, and particularly halogenated boron complexes, known from the prior art are in the majority of cases based on a colorimetric detection from colored reagents in liquid solution or reagents impregnated on solid supports of the alumina type, silica gel, activated carbon, TiOa bentonite. clay, carbonate or zeolite.
Une méthode de détection du BCI3 employant la curcumine a été développée dans le cadre de la purification du silicium métallique pour l'industrie du semiconducteur. Elle implique plusieurs étapes dont le traitement de l'échantillon de chlorosilane à analyser avec du mannitol pour former un composé non volatil avec le bore. La solution est ensuite hydrolysée puis fluorée avant d'être extraite. Le composé résiduel de bore est alors traité avec de la curcumine dans un milieu acide non aqueux et conduit, par réaction de la curcumine avec les cations du bore, à la formation d'un complexe rouge (la rosocyanine) qui absorbe à 540 nm, ce qui permet une analyse quantitative du complexe de bore avec une sensibilité de 50 ppb.A method of detecting BCI 3 using curcumin has been developed as part of the purification of silicon metal for the semiconductor industry. It involves several steps including treating the chlorosilane sample to be analyzed with mannitol to form a nonvolatile compound with boron. The solution is then hydrolysed and then fluorinated before being extracted. The residual boron compound is then treated with curcumin in a nonaqueous acid medium and led, by reaction of curcumin with the boron cations, to the formation of a red complex (rosocyanine) which absorbs at 540 nm, which allows a quantitative analysis of the boron complex with a sensitivity of 50 ppb.
Les impuretés à base de bore dans le chlorosilane peuvent être également extraites par un traitement à la quinalizarine dans l'acide sulfurique. Cette solution bleue-violette intense qui devient rouge par addition d'eau retrouve sa couleur initiale en présence de composés du bore. L'analyse eolorimétrique, à 630 nm, permet la mesure quantitative des composés du bore avec une sensibilité de 5 ppb, d'après US- A- 4 529 707.Boron-based impurities in chlorosilane can also be extracted by treatment with quinalizarin in sulfuric acid. This intense blue-violet solution which becomes red on addition of water regains its original color in the presence of boron compounds. The colorimetric analysis, at 630 nm, allows the quantitative measurement of boron compounds with a sensitivity of 5 ppb, according to US-A-4,529,707.
Une méthode spectrophotométrique basée sur le suivi de l'absorbance d'un complexe de BF3:EtOH à 275 nm a été développée pour étudier la formation en solution de complexes stables entre BF3 et un alcool (MeOH, EtOH) ou des éthers, (Et)2O ou le /»-dioxane.A spectrophotometric method based on the monitoring of the absorbance of a 275 nm BF3: EtOH complex was developed to study the solution formation of stable complexes between BF 3 and an alcohol (MeOH, EtOH) or ethers, ( Et 2 O or dioxane.
Parmi les réactifs employés sur support solide on peut citer la curcumine, utilisée également en phase liquide, qui permet de détecter BCI3 mais aussi SiH2Cl2, HF, F2, HBr, Cb ou le vert de bromocrésol qui permet de détecter SiHiCL, HF, Cl2, BCI3, SiHC^ et BF3. Ainsi dans US-A- 6 773 925, ces deux composés, déposés sur de l'alumine activée, sont employés dans des détecteurs colorimétriques dont la sensibilité est comprise entre 0.5 et 5 ppm.Among the reagents employed on a solid support, there may be mentioned curcumin, also used in the liquid phase, which makes it possible to detect BCI 3 but also SiH 2 Cl 2 , HF, F 2 , HBr, Cb or bromocresol green which makes it possible to detect SiHiCL. , HF, Cl 2 , BCI 3 , SiHC 2 and BF 3 . Thus, in US Pat. No. 6,773,925, these two compounds, deposited on activated alumina, are used in colorimetric detectors whose sensitivity is between 0.5 and 5 ppm.
L'acide carminique peut aussi être employé pour la détection eolorimétrique de BCI3 et ce en présence d'acide chlorhydrique et d'acide sulfurique, comme décrit dans la demande de brevet japonais n° 60-140209. Il est également proposé dans US- A- 4 820 316 de mettre à profit non pas les variations colorimétriques de ce composé mais de mesurer les variations de masse d'un matériau contenant notamment l'acide carminique ou de la dianthramide ainsi que de l'acide chlorhydrique et de l'acide sulfurique afin de détecter le BCI3. The carminic acid may also be used for detection eolorimétrique BCI 3 and in the presence of hydrochloric acid and sulfuric acid, as described in Japanese Patent Application No. 60-140209. It is also proposed in US-A-4,820,316 to utilize not the color variations of this compound. but for measuring mass variations of a particular material containing carminic or dianthramide acid and hydrochloric acid and sulfuric acid in order to detect the BCI 3.
La réaction entre les β-dicétones greffées dans une matrice poreuse et le BF-,. conduisant à la formation de difluorure de benzoylméthanatobore fortement absorbant et fluorescent, a été décrite dans la demande de brevet français n° 2 869 036 pour le dosage du BF3 gazeux.The reaction between the β-diketones grafted in a porous matrix and the BF-. leading to the formation of benzoylmethanatobore difluoride highly absorbent and fluorescent, has been described in the French patent application No. 2,869,036 for the determination of BF 3 gas.
Pour la détection des autres composés halogènes, il existe des tubes réactifs imprégnés de colorant qui changent de couleur en présence d'un déri\é halogène. Par exemple pour du chlore et/ou du brome, il s'agit de l'ortho-toluidine ou de Fortho- tolidine qui prennent une couleur brun-orangé. Pour FICl, le bleu de bromophénol devient jaune.For the detection of other halogenated compounds, there are dye-impregnated reaction tubes which change color in the presence of a halogen derivative. For example, for chlorine and / or bromine, it is ortho-toluidine or orthotolidine which take on an orange-brown color. For FIC1, the bromophenol blue becomes yellow.
Des procédés de détection basés sur des mesures électrochimiques sont également connus. Parmi les travaux menés jusqu'à présent il apparaît que peu de procédés sont utilisables de manière directe, rapide et efficace pour détecter et/ou capter les composés halogènes du bore, les acides correspondants ainsi que les halogènes.Detection methods based on electrochemical measurements are also known. Among the work carried out so far, it appears that few processes can be used directly, rapidly and efficiently to detect and / or capture the halogenated compounds of boron, the corresponding acids as well as halogens.
Par ailleurs, aucun de ces procédés ne permet de détecter simultanément ces différents composés. Considérant la réactivité et la toxicité de ces composés il est indispensable d'offrir aux utilisateurs des moyens variés, sûrs et rapides pour détecter des concentrations relativement faibles dans les atmosphères notamment de travail. Par ailleurs, et notamment dans le domaine de l'électronique où différents composés peuvent simultanément être présents, il peut être utile de contrôler la présence de chacun d'entre eux. En outre pouvoir aussi doser ces composés serait avantageux.Moreover, none of these methods makes it possible to simultaneously detect these different compounds. Considering the reactivity and toxicity of these compounds, it is essential to offer users a variety of safe and rapid means for detecting relatively low concentrations in the particular working atmospheres. Moreover, especially in the field of electronics where different compounds may be present simultaneously, it may be useful to monitor the presence of each of them. Moreover, to be able to measure these compounds would be advantageous.
Le procédé de détection, dosage et piégeage proposé par la présente demande de brevet pallie ce manque de manière sûre et efficace.The method of detection, dosing and trapping proposed by the present patent application alleviates this lack in a safe and effective manner.
DESCRIPTIONDESCRIPTION
La présente invention a notamment pour objet un procédé de détection des dérhés halogènes du bore, des halogènes et des acides correspondants. Le procédé vise particulièrement à détecter des composés gazeux de formules BX?, HX et X2, dans lesquelles X représente un halogène, à l'aide de molécules sondes.The present invention particularly relates to a method for detecting halogenated halides of boron, halogens and corresponding acids. The process is particularly intended to detect gaseous compounds of formulas BX ? , HX and X 2 wherein X represents a halogen, using probe molecules.
Ce procédé permet également de quantifier la quantité de composé qui a été détectée. L'invention a ainsi notamment pour objet un procédé de détection d'un composé gazeux de type BX3, HX ou X2 au sein d'un gaz à l'aide d'une composition contenant une molécule sonde, caractérisé en ce que la molécule sonde est une molécule dont la réaction avec un ou plusieurs composés de type BX3, HX ou X2 entraîne une variation d'au moins une de ses propriétés physico-chimiques, cette variation étant mesurable par une technique d'analyse appropriée, et en ce que l'on effectue dans cet ordre les étapes suivantes :This method also makes it possible to quantify the amount of compound that has been detected. The invention thus in particular relates to a method for detecting a type of gaseous compound BX 3, HX or X 2 in a gas using a composition containing a probe molecule, characterized in that the probe molecule is a molecule whose reaction with one or more compounds of BX 3, HX or X 2 causes a variation of at least one of its physicochemical properties, this variation being measured by a technique appropriate analysis, and in that the following steps are carried out in this order:
(a) mesure de ladite propriété physico-chimique de la molécule sonde, telle qu'une propriété spectrale,(a) measuring said physico-chemical property of the probe molecule, such as a spectral property,
(b) mise en contact du gaz avec la composition contenant la molécule sonde de l'étape (a),(b) contacting the gas with the composition containing the probe molecule of step (a),
(c) nouvelle mesure de ladite propriété physico-chimique,(c) new measurement of said physico-chemical property,
(d) corrélation de la variation de ladite propriété spectrale entre les étapes (a) et (c) à la présence dudit composé gazeux de type BX3, HX ou X2.(d) correlating the variation of said spectral property between steps (a) and (c) with the presence of said gaseous compound of BX 3 , HX or X 2 type .
La mesure de la propriété physico-chimique de l'étape (a) peut être une étape préalable, réalisée une fois pour toutes, de telle sorte que le procédé de l'invention, en routine, ne comporte plus l'étape (a).Measuring the physico-chemical property of step (a) may be a preliminary step, carried out once and for all, so that the method of the invention, routine, no longer includes the step (a) .
Le composé gazeux de type BX3, HX ou X2 est par exemple HBr, HF, F2, Br2 et notamment, HCl, Cl2, BCl3, ou BF3 The gaseous compound of BX 3 , HX or X 2 type is, for example, HBr, HF, F 2, Br 2 and especially HCl, Cl 2 , BCl 3 or BF 3.
II peut être présent dans un gaz comme ceux que l'on rencontre notamment dans les ateliers de production ou de recherche de diverses industries comme celles précédemment citées, et particulièrement dans l'industrie des semi-conducteurs.It may be present in a gas such as that one particular encounter in production workshops or research various industries like those mentioned above, particularly in the semiconductor industry.
La mise en contact entre le mélange gazeux et la composition peut être réalisée directement, et typiquement en présence d'un flux du mélange gazeux, ou encore sous pression réduite, ou après dissolution du composé gazeux par barbotage dans un solvant liquide, la mise en contact entre les composants du mélange gazeux et la composition se faisant dans le milieu liquide constitué du solvant et du mélange de gaz dissous. De manière préférée la mise en contact est réalisée directement sans dissolution dans un solvant liquide.The contacting between the gaseous mixture and the composition can be carried out directly, and typically in the presence of a stream of the gaseous mixture, or under reduced pressure, or after dissolution of the gaseous compound by bubbling in a liquid solvent, the setting contact between the components of the gas mixture and the composition being in the liquid medium consisting of the solvent and the mixture of dissolved gas. Preferably the contacting is carried out directly without dissolution in a liquid solvent.
La propriété physico-chimique dont il est question peut notamment être une propriété spectrale, comme Fabsorbance, qui peut être mesurée par réflexion ou transmission, la fluorescence, la luminescence, ou une propriété électrique, comme la conductivité, la constante diélectrique, ou d'autres propriétés comme la résistivité ou la masse.The physicochemical property of which it is a question may notably be a spectral property, such as absorbance, which may be measured by reflection or transmission, fluorescence, luminescence, or an electrical property, such as conductivity, dielectric constant, or other properties such as resistivity or mass.
La mesure peut être une simple détection.The measurement can be a simple detection.
La variation de propriété physico-chimique est liée à la réaction de la molécule-sonde a\ec un ou plusieurs composés de type BX^, HX ou X2, elle repose sur les différences structurales existant entre la molécule sonde et le produit de réaction de la molécule sonde avec le composé à détecter.The physicochemical property variation is related to the reaction of the probe molecule with one or more compounds of the BX, HX or X 2 type , it is based on the structural differences existing between the probe molecule and the reaction product. of the probe molecule with the compound to be detected.
Par « composition », on désigne un composé ou mélange de composés, qui sera avantageusement sous forme solide et comprendra typiquement une matrice et notamment une matrice poreuse.By "composition" is meant a compound or mixture of compounds, which will advantageously be in solid form and typically comprise a matrix and in particular a porous matrix.
La composition pourra notamment être constituée uniquement de la molécule sonde notamment lorsque celle-ci est un polymère.The composition may in particular consist solely of the probe molecule, especially when the latter is a polymer.
Elle pourra également contenir des tensio-actifs dont le rôle sera soit d'augmenter la solubilité des molécules sondes dans la composition, soit de stucturer les matrices poreuses en façonnant des cavités de taille et de forme précises.It may also contain surfactants whose role is either to increase the solubility of the probe molecules in the composition, or to stucture the porous matrices by shaping cavities of precise size and shape.
Par « molécule sonde », on désigne toute molécule dont la réaction avec un ou plusieurs composés de type BX3, HX ou X2 entraîne une variation d'au moins une de ses propriétés physico-chimiques détectable par une technique d'analyse appropriée. Compte tenu de la nature de la propriété physico-chimique en cause, l'homme de l'art peut déterminer facilement quelle est la technique de détection appropriée. Ainsi, une modification des propriétés spectrales pourra être détectable par spectrophotométrie. À ce titre, il est possible de parler de modification des propriétés spectrophotométriques. Plusieurs modifications de propriétés physicochimiques détectables peuvent intervenir lors de la mise en œuvre du procédé. On pourra utiliser une ou plusieurs de ces modifications. La variation des propriétés physico-chimiques d'une molécule sonde est détectable à partir de la composition qui pourrait la contenir, lorsqu'il est question de mesure des propriétés physico-chimique pour une molécule sonde, avant ou après réaction avec un des gaz, il faut bien entendu comprendre que la mesure peut être réalisée sur une composition contenant la molécule sonde, ainsi il est possible par extension de parler de « mesure de propriété de la composition » aussi bien que de « mesure de propriété de la molécule sonde ». En d'autres termes la mesure peut être faite sur la molécule sonde ou sur la composition la renfermant. La structure de la molécule sonde peut être modifiée à l'issue de la réaction. Ainsi il est possible que la molécule sonde en tant que telle n'ait au départ aucune propriété remarquable, mais que son produit de réaction présente une propriété remarquable, par exemple spectrale. La variation observée à l'issue de la réaction permet de détecter la présence du composé gazeux recherché.By "probe molecule" is meant any molecule whose reaction with one or more compounds of BX 3, HX or X 2 causes a variation of at least one of its physico-chemical properties detectable by a technique appropriate assay. Given the nature of the physicochemical property in question, the man of the art can easily determine what is the appropriate detection technique. Thus, a modification of the spectral properties may be detectable by spectrophotometry. As such, it is possible to speak of modification of the spectrophotometric properties. Several changes in detectable physicochemical properties may occur during the implementation of the process. One or more of these changes may be used. The change in physicochemical properties of a probe molecule is detectable from the composition which may contain it, when it comes to measuring physico-chemical properties for a probe molecule, before or after reaction with one of the gases, it should of course be understood that the measurement can be carried out on a composition containing the probe molecule, so it is possible by extension to speak of "measurement of the property of the composition" as well as "measuring the property of the probe molecule". In other words, the measurement can be made on the probe molecule or on the composition containing it. The structure of the probe molecule can be modified at the end of the reaction. Thus it is possible that the probe molecule as such initially has no remarkable property, but that its reaction product has a remarkable property, for example spectral. The variation observed at the end of the reaction makes it possible to detect the presence of the desired gaseous compound.
Ainsi, la molécule sonde est caractérisée par des propriétés par exemple spectrales avant et/ou après réaction avec un composé de type BX3, HX ou Xi. Les spectres d'absorption et/ou de fluorescence, dont la variation est mesurable par une méthode spectrophotométrique appropriée connue de l'homme du métier, sont particulièrement concernés. Par exemple, la molécule sonde peut être un chromophore dont les spectres d'absorption et/ou de fluorescence sont modifiés par réaction avec un composé de type BX3, HX et/ou X2. Par « modification du spectre d'absorption et/ou de fluorescence », on entend notamment un effet tel qu'une perte ou un gain de l'intensité d'absorption ou de fluorescence à une longueur d'onde donnée, un déplacement en longueur d'onde des maxima d'absorption et/ou de fluorescence, ou encore l'apparition de nouvelles bandes. La propriété mesurée peut aussi correspondre à l'interaction avec des ondes de type Love, liées aux constantes diélectriques, mais également à une masse ou à la viscoélasticité.Thus, the probe molecule is characterized by spectral properties for example before and / or after reaction with a compound of BX 3 , HX or Xi type. Absorption and / or fluorescence spectra, whose variation is measurable by an appropriate spectrophotometric method known to those skilled in the art, are particularly concerned. For example, the probe molecule can be a chromophore whose absorption and / or fluorescence spectra are modified by reaction with a compound of BX 3, HX and / or X 2. By "modification of the absorption and / or fluorescence spectrum" is meant in particular an effect such as a loss or a gain in the intensity of absorption or fluorescence at a given wavelength, a displacement in length wave absorption and / or fluorescence maxima, or the appearance of new bands. The measured property can also correspond to the interaction with Love waves, related to the dielectric constants, but also to a mass or viscoelasticity.
Les molécules sondes utilisables selon l'invention sont notamment les halogénures de métaux alcalins, les halogénures d'ammonium quaternaire, la coumarine et ses dérivés, la porphyrazine et ses dérivés, la fluorescéine et ses dérivés et les trlarylméthanes. On peut aussi citer les rhodamines, le crésyl violet, des dérivés de phénoxazine et les oxazones. On retient plus particulièrement les halogénures de métauc alcalins (NaI, KI, KBr, NaCl), les halogénures d'ammonium quaternaires (iodure de triméthylammonium méthylglycol chitosan. le dibromure de décaméthonium et l'iodure de 3-hydrox\propyltriméthylammonium, les coumarines 522, 500. 120. 102, 47, les phtalocyanines de magnésium, de silicium, de dilithium et disodium. la fluorescéine. et le cristal violet.The probe molecules that can be used according to the invention are in particular alkali metal halides, quaternary ammonium halides, coumarin and its derivatives, porphyrazine and its derivatives, fluorescein and its derivatives and trlarylmethanes. Mention may also be made of rhodamines, cresyl violet, phenoxazine derivatives and oxazones. More particularly retains métauc alkali halides (NaI, KI, KBr, NaCl), halides of quaternary ammonium (methyl glycol chitosan iodide, trimethylammonium. Dibromide and decamethonium iodide 3-hydrox \ propyl trimethyl, coumarins 522, 500. 120. 102, 47, phthalocyanines of magnesium, silicon, dilithium and disodium. fluorescein. and the purple crystal.
Les molécules sondes sont utilisables pour détecter tous les composés de type BX3, HX et X2 OU seulement certains. Elles peuvent réagir différemment selon le composé de type BX3, HX et X2 et ainsi renseigner qualitativement sur la nature du composé détecté ou sur son absence.The probe molecules can be used to detect all compounds of type BX 3 , HX and X 2 OR only certain ones. They can react differently according to the compound of type BX 3 , HX and X 2 and thus provide qualitative information on the nature of the detected compound or on its absence.
Les halogénures de métaux alcalins préférés sont KL KBr, KCl, NaI, NaBr et NaCl. Il est remarquable qu'un halogénure d'alcalin peut généralement être employé pour détecter un composé comportant le même halogénure. Pour de telles molécules sondes la propriété spectrophotométrique mesurée est notamment l'absorbance. La longueur d'onde observée correspond à celle du dérivé halogène qui se forme, tel que I3 ", Br3 " ou Cl3 ", ou d'un dérivé inter halogène, tel BrCl2 ", Br2Cl", et qui présente un spectre d'absorption spécifique. Ainsi par exemple, lors de l'exposition de KBr à Br2, la variation de l'absorbance sera liée à la formation de Br3 " qui possède un spectre d'absorption spécifique. Ces molécules sonde sont caractéristiques des composés de type BX3 et X2. Elles ne réagissent pas de manière significative avec les composés de type HX.The preferred alkali metal halides are KL KBr, KCl, NaI, NaBr and NaCl. It is remarkable that an alkali halide may generally be used to detect a compound having the same halide. For such probe molecules the spectrophotometric measured property is in particular the absorbance. The wavelength observed corresponds to that of the halogen derivative which is formed, such as I 3 " , Br 3 " or Cl 3 " , or of an interhalogen derivative, such as BrCl 2 " , Br 2 Cl " , and which has a specific absorption spectrum. for example, during exposure of KBr to Br 2, the variation in absorbance is related to the formation of Br 3 "which has a specific absorption spectrum. These probe molecules are characteristic of compounds of BX 3 and X 2 type . They do not react significantly with HX-type compounds.
Parmi les halogénures d'ammonium quaternaire, il est avantageux d'employer ceux de formule (I) :From halide quaternary ammonium, it is advantageous to employ those of formula (I):
dans laquelle, in which,
Ri, R2. R3 correspondent indépendamment à un H ou une chaîne carbonée renfermant de 1 à 22 atomes de carbone,Ri, R 2 . R 3 independently corresponds to an H or a carbon chain containing from 1 to 22 carbon atoms,
R4 est choisi parmi les chaînes carbonées et les polysaccharides, X est un halogène de préférence I, Br ou Cl. Une chaîne carbonée peut être éventuellement mono- ou polysubstituée, linéaire, ramifiée ou cyclique, pontante ou non, saturée ou insaturée, en Cj-C22, préférentiel lement en Ci -C 10, le ou les substituants pouvant contenir un ou plusieurs hétéroatomes tels que N, O. F. Cl, P, Si ou S. Parmi de telles chaînes carbonées les radicaux alkyles préférés sont les radicaux méthyle, éthyle, propyle. isopropyle, butyle. isobut>le. tert-butyle et pentyle. On peut également citer parmi les radicaux alkyles insaturés les vinyles, allyles, isopropényles, butényles, isobutényles, tert- butényles, pentényles et acétylényles.R 4 is chosen from carbon chains and polysaccharides, X is a halogen, preferably I, Br or Cl. A carbon chain may be optionally mono- or polysubstituted, linear, branched or cyclic, bridging or otherwise, saturated or unsaturated, C 1 -C 22 , preferably C 1 -C 10, the substituent or substituents which may contain one or more heteroatoms such as N, OF Cl, P, Si or S. Among such carbon chains the preferred alkyl radicals are methyl, ethyl, propyl. isopropyl, butyl. isobut> on. tert-butyl and pentyl. Mention may also be made, among the unsaturated alkyl radicals, of vinyls, allyls, isopropenyls, butenyls, isobutenyls, tert-butenyls, pentenyls and acetylenyls.
Un radical aryle correspond à une structure carbonée aromatique ou hétéroaromatique, mono- ou polysubstituée, constituée d'un ou plusieurs cycles aromatiques ou hétéroaromatiques comportant chacun de 3 à 8 atomes, rhétéroatome pouvant être N, O, P, F, Cl, Si ou S. De préférence Ri, R2, R^ sont des groupes aliphatiques choisis indépendamment parmi H, CHV C2Hs C1H7. C4H9, CH2(C6Hs), CH2(C6Hn), C6Hn.Aryl represents an aromatic or heteroaromatic carbon structure, mono- or polysubstituted, consisting of one or more aromatic or heteroaromatic rings each comprising from 3 to 8 carbon, rhétéroatome can be N, O, P, F, Cl, Si or Preferably, R 1, R 2, R 4 are aliphatic groups independently selected from H, CH V C 2 H 5 C 1 H 7 . C 4 H 9, CH 2 (C 6 Hs), CH 2 (C 6 H n), C 6 H n.
De manière préférée R4 sera une chaine carbonée en Ci à C22 et plus particulièrement un groupe alkyle en Ci-C22 et notamment de formule -(CH2)H-CH3 avec n = 1 à 21, et typiquement un groupe en Cn à C21, comportant avantageusement au moins un ammonium, un aryle, un cyclohexyle, un cétyle, ou encore un polysaccharide choisi notamment parmi la cellulose, le chitosan ou leurs dérivés.Preferably, R 4 will be a C 1 -C 22 carbon chain and more particularly a C 1 -C 22 alkyl group and in particular of formula - (CH 2 ) H -CH 3 with n = 1 to 21, and typically a group of Cn to C 21 , advantageously comprising at least one ammonium, an aryl, a cyclohexyl, a cetyl, or a polysaccharide chosen especially from cellulose, chitosan or their derivatives.
Un polysaccharide est une structure polymérique composée d'un grand nombre d'unités monosaccharidiques unies par des liens glycosidiques, les unités pouvant être indépendamment substituées, le ou les substituants pouvant contenir un ou plusieurs hétéroatomes tels que N, O, F. Cl, P, Si ou S ainsi que des radicaux alkyles ou aryles. La masse du polymère a une incidence sur sa viscosité, l'utilisation d'une molécule sonde de type polysaccharidique est plus aisée si le degré moyen de polymérisation, ou nombre moyen de monomères dans le polymère (m), est compris entre 2 et 100 000, particulièrement entre 10 et 20 000, plus particulièrement entre 20 et 1 000.A polysaccharide is a polymeric structure composed of a large number of monosaccharide units united by glycosidic bonds, the units may be independently substituted, the substituent (s) may contain one or more heteroatoms such as N, O, F. Cl, P , Si or S as well as alkyl or aryl radicals. The mass of the polymer has an impact on its viscosity, the use of a polysaccharide type of probe molecule is easier if the average degree of polymerization or the average number of monomers in the polymer (m), is between 2 and 100 000, particularly between 10 and 20,000, more particularly between 20 and 1,000.
Dans le cas où R4 est un polysaccharide, il contient typiquement de 100 à 500 monomères. L'unité monomérique portant l'ammonium est de préférence de formule (V) : In the case where R 4 is a polysaccharide, it typically contains from 100 to 500 monomers. The monomeric unit bearing the ammonium is preferably of formula (V):
dans laquelle R40 correspond à un hydrogène ou à une chaîne carbonée généralement en Ci à Ci2, qui comporte avantageusement une fonction éther-oxyde ; il s'agira particulièrement d'un groupe CH3OC2H4 . X correspond à un halogène, et de préférence à un Cl, Br ou I, comme cela a été défini précédemment. 11 est préférable que R|. R2 et R3 correspondent indépendamment à des H ou des groupes alkyles en Ci à C4, et de préférence en Ci.wherein R40 represents a hydrogen or a carbon chain typically Ci-Ci 2 which advantageously comprises an ether-based oxide; it s' be a particularly CH 3 OC 2 H 4. X is a halogen, and preferably a Cl, Br or I, as previously defined. It is preferable that R |. R 2 and R 3 are independently H or C 1 -C 4 alkyl, and preferably C 1.
Lorsque R4 est un polysaccharide constitué d'unités monomériques présentées ci-dessus, il est bien entendu possible que le nombre d'azote présent sous forme d'ammonium soit variable. Il peut varier théoriquement de 1 à m, il est recommandé que la quantité d'unité monomérique comportant un ammonium au sein du polymère soit comprise entre 40 et 90% de la quantité totale d'unité monomérique, typiquement elle sera proche de 70%. II est avantageux par ailleurs que l'ammonium quaternaire présente des propriétés tensioactives, il est également avantageux qu'il soit sous la forme d'un polymère cationique.When R4 is a polysaccharide consisting of monomer units presented above, it is of course possible that the number of nitrogen present as ammonium is variable. It can vary theoretically from 1 to m, it is recommended that the amount of monomeric unit containing an ammonium within the polymer is between 40 and 90% of the total amount of monomeric unit, typically it will be close to 70%. It is advantageous furthermore that the quaternary ammonium has surfactant properties, it is also advantageous that it is in the form of a cationic polymer.
Avantageusement la molécule sonde halogénure d'ammonium quaternaire sera le bromure de cétyltriméthylammonium (CTAB) ou l'iodure de triméthylammonium méthylglycol chitosan (Kikuchi, Y., et al. Makromol. Chem. 188Advantageously, the quaternary ammonium halide probe molecule will be cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) or trimethylammonium iodide methylglycol chitosan (Kikuchi, Y., et al., Makromol Chem.
& 108. 2631 & 6776c, (1987)), ou l'iodure ou le bromure de tétrabutylammonium .& 108. 2631 & 6776c (1987)), or iodide or tetrabutylammonium bromide.
Pour de telles molécules sondes, la propriété spectrophotométrique mesurée sera de préférence l'absorbance et la longueur d'onde observée correspondra de préférence à celle du produit formé en fonction des réactifs de départ. Ces molécules sonde sont caractéristiques des composés de type BX-? et X2, elles ne réagissent pas de manière significative avec les composés de type HX. Les molécules sondes concernées par l'invention correspondent également aux dérivés de la coumarine. notamment les dérivés dont le carbone en position 7 porte un azote, de préférence non chargé et de type sp3. et plus particulièrement aux composés de formule (II) :For such probe molecules, the measured spectrophotometric property will preferably absorbance and the observed wavelength correspond preferably to that of the product formed as a function of the starting reactants. These probe molecules are characteristic of BX-type compounds . and X 2 , they do not react significantly with HX-type compounds. The probe molecules concerned by the invention also correspond to derivatives of coumarin. in particular derivatives whose carbon in position 7 carries a nitrogen, preferably not charged and sp3 type. and more particularly to the compounds of formula (II):
dans laquelle, R5 et Ré sont choisis indépendamment parmi H, les radicaux alkyles ou aryles, de préférence parmi H, les radicaux alkyles en C1-C15, les cétoalkyies, les esters, les fluoroalkyles comme le trifluorométhyle, les benzimidazoles, les benzothiazoles, wherein, R 5 and R e are independently selected from H, alkyl or aryl radicals, preferably from H, alkyl radicals C 1 -C 15, the cétoalkyies, esters, fluoroalkyl such as trifluoromethyl, benzimidazoles, benzothiazoles,
R7 et Rg sont choisis indépendamment parmi H, les radicaux alkyles en Cr C15,R 7 and R 8 are independently selected from H, C 15 C 15 alkyl radicals,
R9, Rio et Rn sont choisis indépendamment parmi H, les radicaux alkyles en C1-C15,.R9, Rio and Rn are independently selected from H, C 1 -C 15 alkyl radicals,
Typiquement la molécule sonde sera ainsi choisie parmi les dérivés de la coumarine suivants (dénomination et référence au numéro CAS) : coumarine 120 (CAS : 26093-31 -2), coumarine 2 (CAS : 26078-25-1 ), coumarine 466 (CAS : 20571- 42-0), coumarine 47 (CAS : 99-44-1), coumarine 102 (CAS : 41267-76-9), coumarine 152A (CAS : 41934-47-8). coumarine 152 (CAS : 53518-14-2), coumarine 151 (CAS : 53518-13-3), coumarine 6H (CAS : 58336-35-9), coumarine 307 (CAS : 55804-66- 5), coumarine 500 (CAS : 52840-38-7), coumarine 314 (CAS : 55804-66-5), coumarine 30 (CAS : 41044-12-6), coumarine 334 (CAS : 55804-67-6), coumarine 522 (CAS : 55318-19-7), coumarine 7 (CAS : 27425-55-4), coumarine 6 (CAS : 38215-35-0) et la coumarine 153 (CAS : 53518-18-6), coumarine 445 (CAS : 28821- 18-36). coumarine 460 (CAS : 91-44-1). coumarine 461 (CAS : 87-01-4), coumarine 503 (CAS : 55804-70-1 ), coumarine 510 (CAS : 87349-92-6), coumarine 519 (CAS : 55804-65-4), coumarine 52 IT (CAS : 1 14768-72-8). coumarine 522B (CAS: 53518- 19-7). coumarine 523 (CAS : 55804-68-7). coumarine 525 (CAS : 87331-47-3), coumarine 540 (CAS : 38215-36-0), coumarine 545 (CAS : 85642-1 1 -1 ). Les propriétés spectrales de ces composés reposent notamment sur l'existence du système cyclique conjugué et la présence d'un groupement donneur azoté. De nombreux composés correspondant à la formule (II) ont déjà été synthétisés et sont disponibles commercialement notamment dans l'industrie des colorants laser, en outre leurs propriétés spectrales ont déjà été déterminées.Typically, the probe molecule will thus be chosen from the following coumarin derivatives (designation and reference to the CAS number): coumarin 120 (CAS: 26093-31-2), coumarin 2 (CAS: 26078-25-1), coumarin 466 ( CAS: 20571-42-0), coumarin 47 (CAS: 99-44-1), coumarin 102 (CAS: 41267-76-9), coumarin 152A (CAS: 41934-47-8). coumarin 152 (CAS: 53518-14-2), coumarin 151 (CAS: 53518-13-3), coumarin 6H (CAS: 58336-35-9), coumarin 307 (CAS: 55804-66-5), coumarin 500 (CAS: 52840-38-7), coumarin 314 (CAS: 55804-66-5), coumarin 30 (CAS: 41044-12-6), coumarin 334 (CAS: 55804-67-6), coumarin 522 (CAS: : 55318-19-7), coumarin 7 (CAS: 27425-55-4), coumarin 6 (CAS: 38215-35-0) and coumarin 153 (CAS: 53518-18-6), coumarin 445 (CAS: 28821- 18-36). coumarin 460 (CAS: 91-44-1). coumarin 461 (CAS: 87-01-4), coumarin 503 (CAS: 55804-70-1), coumarin 510 (CAS: 87349-92-6), coumarin 519 (CAS: 55804-65-4), coumarin 52 IT (CAS: 1 14768-72-8). coumarin 522B (CAS: 53518-197). coumarin 523 (CAS: 55804-68-7). coumarin 525 (CAS: 87331-47-3), coumarin 540 (CAS: 38215-36-0), coumarin 545 (CAS: 85642-1 1 -1). The spectral properties of these compounds are based in particular on the existence of the conjugated ring system and the presence of a nitrogen donor moiety. Numerous compounds corresponding to formula (II) have already been synthesized and are commercially available, especially in the laser dye industry, and their spectral properties have already been determined.
Pour de telles molécules sondes la propriété spectrophotométrique mesurée peut être l'absorbance ou la fluorescence. Pour des mesures en absorbance. la longueur d'onde d'intérêt correspondra à celle de la bande d'absorption à plus basse énergie, généralement située entre 320 et 440 nm. Au fur et à mesure de l'exposition, l'intensité de cette bande diminue et une nouvelle bande décalée vers le bleu apparaît. La fluorescence de ces molécules sonde est comprise entre 400 et 580 nm. Ces molécules sonde sont caractéristiques des composés de type HX et BX3, et ne réagissent pas avec les composés de type X2.For such probe molecules the measured spectrophotometric property may be absorbance or fluorescence. For absorbance measurements. the wavelength of interest will correspond to that of the lower energy absorption band, generally between 320 and 440 nm. As and extent of exposure, the intensity of this band decreases and a new band shifted toward the blue appears. The fluorescence of these probe molecules is between 400 and 580 nm. These probe molecules are characteristic of the compounds of the HX and BX 3 type , and do not react with the X 2 type compounds.
La porphyrazine et ses dérivés et notamment les tétrabenzotétraazaporphyrines peuvent également être employées comme molécules sondes selon l'invention. Il s'agit particulièrement des composés de formule (III) :Porphyrazine and its derivatives and in particular tetrabenzotetraazaporphyrins can also be used as probe molecules according to the invention. It is particularly the compounds of formula (III):
dans laquelle, Ra à Rh correspondent indépendamment à des H, des groupes organiques soufrés ou phosphores, tels que des acides, des chaînes carbonées pouvant éventuellement être mono- ou polysubstituées, linéaires, ramifiés ou cycliques, pontantes ou non. saturées ou insaturées, en CpC22, préférentiellcment en CpC m, le ou les substituants pouvant contenir un ou plusieurs hétéroatomes tels que N. O, F, Cl. P. Si ou S. Parmi les chaînes carbonées on trouve les radicaux alkyles qui sont les préférés, on peut notamment citer à ce titre les radicaux méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, butyle. isobutyle, tert-butyle et pentyle. On peut également citer parmi les radicaux alkyles insaturés les vinyles, allyles, isopropényles, butényles, isobutényles, tert-butényles, pentényies et acétylényles. Il peut également s'agir d'un radical aryle qui correspond à une structure carbonée aromatique ou hétéroaromatique, mono- ou polysubstituée, constituée d'un ou plusieurs cycles aromatiques ou hétéroaromatiques comportant chacun de 3 à 8 atomes, l'hétéroatome pouvant être N, O, P, F, Cl, Si ouin which, Ra to Rh independently correspond to H, sulfur-containing or phosphorus-containing organic groups, such as acids, carbon chains which may optionally be mono- or polysubstituted, linear, branched or cyclic, bridging or not. saturated or unsaturated, in CpC 22 , preferably in CpC m, the substituent or substituents which may contain one or more heteroatoms such as N. O, F, Cl. P. Si or S. Among the carbon chains are the alkyl radicals which are preferred are, in particular, methyl, ethyl, propyl, isopropyl and butyl radicals. isobutyl, tert-butyl and pentyl. Mention may also be made, among the unsaturated alkyl radicals, of vinyls, allyls, isopropenyls, butenyls, isobutenyls, tert-butenyls, pentenyls and acetylenyls. S may also act an aryl radical corresponding to an aromatic or heteroaromatic carbon structure, mono- or polysubstituted, comprising one or more aromatic or heteroaromatic rings each comprising 3 to 8 atoms, the heteroatom can be N , O, P, F, Cl, Si or
S. Dans la mesure où Ra et Rb, Rc et Rd, Re et Rf ou Rg et Rh peuvent correspondre à des groupes pontant reliés l'un à l'autre, la molécule peut ainsi comporter une structure cyclique accolée à un ou plusieurs des cycles azotés au cœur de la structure.S. Since Ra and Rb, Rc and Rd, Re and Rf or Rg and Rh may correspond to bridging groups connected to each other, the molecule may thus comprise a cyclic structure contiguous to one or more of nitrogenous cycles at the heart of the structure.
De manière préférée, Ra et Rb, Rc et Rd, Re et Rf ou Rg et Rh forment ensemble un cycle aromatique ou correspondent à un hydrogène ; la molécule sera avantageusement la tétrabenzoporphyrazine (phtalocyanine).Preferably, Ra and Rb, Rc and Rd, Re and Rf or Rg and Rh together form an aromatic ring or correspond to a hydrogen; the molecule will advantageously be tetrabenzoporphyrazine (phthalocyanine).
Lorsque Ra et Rb, Rc et Rd, Re et Rf ou Rg et Rh forment ensemble un cycle aromatique, la molécule peut par exemple être synthétisée par condensation de quatre molécules de phthalonitriles identiques. La porphyrazine et ses dérivés peuvent éventuellement complexer un cation ou un groupe de cation M, ainsi p correspond à un indice de 0 ou 1 indiquant la présence de ce type d'entité. Il peut s'agir d'un métal, généralement choisi parmi les métaux de transition comme Fe, Co, Cu ou Ni, dont le degré d'oxydation est typiquement de 2 ou 3. Avantageusement ce métal sera Mg(II) ou Cu(II). Il est également possible que porphyrazine et ses dérivés complexent des éléments plus légers comme le Si (IV) ou des métaux alcalins. Dans ce cas on observe la eomplexation de deux atomes comme Li(I) ou Na(I).When Ra and Rb, Rc and Rd, Re and Rf or Rg and Rh together form an aromatic ring, the molecule may for example be synthesized by condensation of four identical phthalonitrile molecules. The porphyrazine and its derivatives can optionally complexing a cation or a group of cation M, and p is a number of 0 or 1 indicating the presence of this type of entity. It may be a metal, generally chosen from transition metals such as Fe, Co, Cu or Ni, whose oxidation state is typically 2 or 3. Advantageously this metal will be Mg (II) or Cu ( II). It is also possible that porphyrazine and its derivatives complex lighter elements such as Si (IV) or alkali metals. In this case we observe the eomplexation of two atoms such as Li (I) or Na (I).
Les propriétés spectrophotométriques qu'il est recommandé d'observer pour de telles molécules sont la fluorescence et l'absorbance. En absorption, on peut observer simultanément une disparition graduelle de la transition de plus basse énergie typiquement vers 690 nm et l'apparition corrélée d'une nouvelle transition, dont le maximum d'absorption est déplacé vers le rouge. Ce déplacement augmente lorsque BX3 réagit successivement avec chacun des 4 azotes des ponts aza du macrocycle. Ces variations spectrales sont accompagnées d'un point isobestique à environ 560 nm. En fluorescence, en excitant la molécule sonde au point isobestique, longueur d'onde pour lequel le nombre de photons absorbés sera constant, à environ 560 nm on peut observer une fluorescence dont le spectre est centré vers 700 nm, qui subit un déplacement batochrome lorsque le film est exposé au BF3. Jl est également possible d'exciter le composé de départ à d'autres longueurs d'onde comme à son maximum d'absorption aux alentours de 690 nm. La position des points isobestiques et des maxima d'absorption et de fluorescences des molécules peut être influencée par la nature de l'environnement et notamment des autres constituants de la composition qui les contient. En revanche, l'action de HX a lieu probablement sur le métal central avec éjection de celui-ci et protonation des deux azotes du centre. Un dédoublement des pics est alors observé. Ces molécules sont particulièrement adaptées aux composés de type BX3 et HX. Elles ne réagissent pas avec les composés de type X2.The spectrophotometric properties that are recommended to observe for such molecules are fluorescence and absorbance. Absorption, one can simultaneously observe a gradual disappearance of lowest energy of the transition typically about 690 nm and correlated occurrence of a new transition, the absorption maximum is shifted to the red. This displacement increases when BX 3 reacts successively with each of the 4 azotes of the aza bridges of the macrocycle. These spectral variations are accompanied by an isobestic point at about 560 nm. In fluorescence, by exciting the probe molecule at the isobestic point, wavelength for which the number of absorbed photons will be constant, at about 560 nm we can observe a fluorescence whose spectrum is centered around 700 nm, which undergoes a batochrome shift when the film is exposed to BF 3 . Jl is also possible to excite the starting compound to other wavelengths as at its maximum absorption around 690 nm. The position of isosbestic points and absorption maxima and fluorescence molecules can be influenced by the nature of the environment, including the other constituents of the composition that contains them. On the other hand, the action of HX probably takes place on the central metal with ejection of it and protonation of the two nitrogens of the center. A doubling of the peaks is then observed. These molecules are particularly suitable for type BX 3 and HX compounds. They do not react with compounds of type X 2 .
La fluorescéine et ses dérivés, notamment ceux employés à titre de colorant, sont également utilisables comme molécule sondes selon l'invention. Il s'agit plus typiquement de dérivé de fluorone comportant un groupe aryle sur le carbone non engagé dans les liaisons pontantes du cycle central et plus particulièrement des composés de formule (IVa) et (IVb):Fluorescein and its derivatives, especially those used as dyes, can also be used as molecule probes according to the invention. It is more typically a fluorone derivative having an aryl group on the carbon not engaged in the bridging bonds of the central ring and more particularly compounds of formula (IVa) and (IVb):
(IVa) [IVb) dans laquelle.(IVa) [IVb) in which.
Ri2. R13 , R14 et R15 correspondent indépendamment à un H, un groupe alkyle renfermant 1 à 4 atomes de carbone, un halogène, un groupe ^NO2.Ri 2 . R 13, R 14 and R 15 correspond to H, independently, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a halogen, NO 2 ^.
Ri6, Rn, R|g et R19 correspondent indépendamment à un H, un alkyle en Ci- C6, un aryle en Ci-C6. un halogène, une aminé, hydroxyalkyle, un -N=C=S.Ri 6, Rn, R | g and R 1 to 9 correspond independently H, alkyl C -C 6 alkyl, aryl Cl-C 6. halogen, amine, hydroxyalkyl, -N = C = S.
Les formules (IVa) et (IVb) correspondent à des formes pouvant exister en équilibre chimique.Formulas (IVa) and (IVb) correspond to forms that can exist in chemical equilibrium.
Typiquement la molécule sonde sera choisie parmi les dérivés de la fluorescéine suivants (dénomination et référence au numéro de CAS) : la fluorescéine « Acid yellow 73 » (CAS : 2321-07-5), la 6-aminofluorescéine (CAS : 51649-83-3), la 5-aminofluorescéine (CAS : 3326-34-9), la 6-carboxyfluorescéine (CAS : 3301-79- 9), la fluorescéinethioisocyanate (CAS : 3326-32-7), la fluorescéine 27 (CAS : 76-54- 0), la dinitro fluorescéine CAS 24545-86-6, la tétrachloro fluorescéine (CAS 6262-21- 1), la dibromofluorescéine « solvent red 72 » (CAS : 596-03-2), Téosine B « acid red 91 » (CAS : 56360-46-4), l'éosine Y « acid red 87 » (CAS : 15086-94-9), l'éosine-5- thiosemicarbazide (CAS : 1 19881-42-4), l'érythrosine B « solvent red 1 14 » (CAS : 15905-32-5), Pérythrosine B isothiocyanate (CAS : 72814-84-7), la lactone de rosé bengale (CAS : 4159-77-7), la phloxine B (CAS : 18472-87-2).Typically, the probe molecule will be chosen from the following fluorescein derivatives (designation and reference to the CAS number): fluorescein "Acid yellow 73" (CAS: 2321-07-5), 6-aminofluorescein (CAS: 51649-83 -3), 5-aminofluorescein (CAS: 3326-34-9), 6-carboxyfluorescein (CAS: 3301-79-9), fluoresceinethioisocyanate (CAS: 3326-32-7), fluorescein 27 (CAS: 76-54-0), dinitro fluorescein CAS 24545-86-6, tetrachloro fluorescein (CAS 6262-21-1), dibromofluorescein "solvent red 72" (CAS: 596-03-2), teosin B "acid red 91 "(CAS: 56360-46-4), eosin Y" acid red 87 "(CAS: 15086-94-9), eosin-5-thiosemicarbazide (CAS: 1 19881-42-4), erythrosine B "solvent red 1 14" (CAS: 15905-32-5), erythrosin B isothiocyanate (CAS: 72814-84-7), rose bengal lactone (CAS: 4159-77-7), phloxine B (CAS: 18472-87-2).
Pour de telles molécules sondes, les propriétés spectrophotométriques mesurées sont notamment Tabsorbance et la fluorescence. Ces molécules sondes sont caractéristiques des composés de type BX3 et HX. Elles ne réagissent pas de manière significative avec les composés de type X2.For such probe molecules, the spectrophotometric properties measured are in particular tabsorbance and fluorescence. These probe molecules are characteristic of compounds of BX 3 and HX type. They do not react significantly with X 2 compounds.
Parmi les molécules sondes utilisables on trouve encore les colorants de la famille des triarylméthanes, et notamment les colorants de la famille des aminotriarylméthanes. particulièrement les di- et triaminotriaryleméthanes. le. des triarylméthanes portant sur deux ou trois des cycles un azote en position para du carbone reliant les trois cycles, plus particulièrement les aminotriarylméthanes de formule (V) : Among the usable probe molecules there are still the dyes of the family of triarylmethanes, and especially the dyes of the family of aminotriarylmethanes. especially di- and triaminotriarylmethanes. the. triarylmethanes bearing on two or three of the rings a nitrogen in the para position of the carbon connecting the three rings, more particularly the aminotriarylmethanes of formula (V):
dans laquelle,in which,
R20. R21, R22 et R25 correspondent indépendamment à un H, une chaîne carbonée, et notamment un radical alkyle renfermant de 1 à 6 atomes de carbone, et de préférence méthyle, propyle, butyle, un radical aryle,R 20 . R21, R22 and R25 independently correspond to an H, a carbon chain, and in particular an alkyl radical containing from 1 to 6 carbon atoms, and preferably methyl, propyl, butyl, an aryl radical,
R26, R27- R28, R29, R30, R31 , R32, R33, R34, R35, R36, et R37 correspondent indépendamment à un H, une chaine carbonée, et notamment un radical alkyle renfermant de 1 à 6 atomes de carbone, et de préférence méthyle, propyle, butyle, un radical aryle qui peut être pontant, une fonction organique ne comportant pas de carbone et typiquement SOs",R 26 , R 27 -R 28 , R 29, R 30 , R 31, R 32, R 33, R 34 , R 35 , R 36, and R 37 independently represent an H, a carbon chain, and especially an alkyl radical containing from 1 to 6 carbon atoms, and preferably methyl, propyl, butyl, an aryl radical which may be bridging, an organic functional group having no carbon and typically SO 3 - ,
Z coiτespond à un H, une aminé de type -NR23R24, un ammonium de type -N+R23R24 R54, et avec R23, R24 et R54 indépendamment choisis parmi H, une chaine carbonée, et notamment un radical alkyle renfermant de 1 à 6 atomes de carbone, et de préférence méthyle, propyle, butyle, un radical aryle,Z is H, an amine of the type -NR 23 R 24 , an ammonium of the type -N + R 23 R24 R54, and with R 23 , R24 and R 54 independently selected from H, a carbon chain, and in particular a radical alkyl containing from 1 to 6 carbon atoms, and preferably methyl, propyl, butyl, an aryl radical,
X' est un halogène et de préférence F. Cl, Br ou I ou un anion organique comme Foxalate.X 'is a halogen and preferably F. Cl, Br or I or an organic anion such as Foxalate.
De préférence la molécule sonde est un composé hydrophobe. Le cristal \iolet (ou violet de Paris, ou violet de gentiane, ou méthvl violet) qui est utilisé surtout en microbiologie pour effectuer des colorations de bactéries de type gram. est un exemple particulièrement apprécié d'aminotriarylméthane. II peut également s'agir (dénomination et référence au numéro CAS) de la lactone issue du cristal violet (CAS : 1552-42-7). du vert de malachite G (CAS : 633-03-4), du vert cTélhyle (CAS : 71 14-03-6). du méthyl 2B (CAS : 8004-87-3), du méthyl 6B (CAS : 548-62-9), du méthyl 10 B, de la coomasie (CAS : 6104-58-1). de la fuchsine (CAS : 569-61-9), du bleu de méthyle (CAS : 28983-56-4). de la nouvelle fuchsine (CAS : 3248-91-7), de la pararosaniline (CAS : 569-61-9), du bleu Victoria BO (CAS : 2390-60-5). Pour de telles molécules sondes, les propriétés spectrophotométriques mesurées sont notamment Pabsorbance et la fluorescence. Ces molécules sonde sont caractéristiques des composés de t\pe BX-, et HX. Elles ne réagissent pas significativement a\ec les composés de type X2.Preferably, the probe molecule is a hydrophobic compound. Crystal violet (or Paris violet, or gentian violet, or methyl violet) which is used mainly in microbiology to carry out gram-type stains. is a particularly preferred example of aminotriarylmethane. It may also be (name and reference to the CAS number) of the lactone resulting from crystal violet (CAS: 1552-42-7). malachite green G (CAS: 633-03-4), green cetyl (CAS: 71 14-03-6). methyl 2B (CAS: 8004-87-3), methyl 6B (CAS: 548-62-9), methyl 10 B, coomasia (CAS: 6104-58-1). fuchsin (CAS: 569-61-9), methyl blue (CAS: 28983-56-4). new fuchsin (CAS: 3248-91-7), pararosaniline (CAS: 569-61-9), Victoria blue BO (CAS: 2390-60-5). For such probe molecules, the measured spectrophotometric properties include absorbance and fluorescence. These probe molecules are characteristic of the BX- and HX compounds. They do not react significantly with X 2 compounds.
Typiquement les propriétés spectrales mesurées aux étapes (a) et (c) sont l'absorbance, ou la fluorescence.Typically the spectral properties measured in steps (a) and (c) are the absorbance, or fluorescence.
Il est possible d'utiliser simultanément différentes molécules sonde. Il est dans ce cas préférable d'employer des molécules dont les variations des propriétés physico-chimiques, comme les propriétés spectrales, sont différentes en présence d'un même composé. Ainsi par exemple une molécule sonde réagissant uniquement avec des composés de type BX3 et X2 pourra être employée simultanément avec une molécule sonde réagissant uniquement avec des composés de type BX3 et HX pour détecter et mesurer simultanément la présence des différents types de composés. Les différentes molécules sonde peuvent être mélangées dans la mesure où elles sont inertes l'une pour l'autre, des essais préalables peuvent être réalisés par l'homme du métier selon le mélange qu'il envisage d'employer. Il est également possible de les séparer physiquement.It is possible to simultaneously use different probe molecules. In this case, it is preferable to use molecules whose variations in physico-chemical properties, such as the spectral properties, are different in the presence of the same compound. Thus, for example, a probe molecule reacting only with compounds of BX 3 and X 2 type may be used simultaneously with a probe molecule reacting only with compounds of BX 3 and HX type to simultaneously detect and measure the presence of the different types of compounds. The different probe molecules can be mixed in as they are inert to one another, preliminary tests can be performed by the skilled person by mixing it plans to use. It is also possible to separate them physically.
La composition peut, comme on l'a vu ci-dessus, également contenir un ou plusieurs composés autres que la molécule sonde.The composition may, as seen above, also contain one or more compounds other than the probe molecule.
Selon un mode de réalisation particulier, la composition comporte une matrice, dans laquelle la molécule sonde est incorporée. Typiquement, la matrice est un polymère organique qui peut être choisi parmi les polysaccharides comme le chitosan. la cellulose ou leurs dérivés, des matériaux poreux à base de polymères inorganiques, ou hybrides organique-inorganiques, des hydrogels ou des aérogels. Ce mode de réalisation est recommandé notamment lorsque les molécules sondes seules ne peuvent pas être facilement déposées directement et aisément conservées sur un support, comme ceux employés typiquement dans le cadre de mesures spectrophotométriques tel qu'une lame de verre, par exemple lorsqu'elles sont pulvérulentes ou liquides.According to a particular embodiment, the composition comprises a matrix, in which the probe molecule is incorporated. Typically, the matrix is an organic polymer that can be selected from polysaccharides such as chitosan. cellulose or their derivatives, porous materials based on inorganic polymers, or organic-inorganic hybrids, hydrogels or aerogels. This embodiment is recommended especially when the probe molecules alone can not be easily deposited directly and easily preserved on a support, such as those typically employed in the context of measurements. spectrophotometric such that a glass slide, for example when powdery or liquid.
La molécule sonde peut également être déposée directement sur un support par évaporation du solvant, dans ce cas, la structure préférée de la molécule sonde est de type polymérique et correspond typiquement à la formule (I) dans laquelle R4 correspond à un polysaccharide.The probe molecule may also be deposited directly on a support by evaporation of the solvent, in which case the preferred structure of the probe molecule is of polymeric type and typically corresponds to the formula (I) in which R 4 corresponds to a polysaccharide.
Dans le cas des matrices de matériaux poreux à base de polymères inorganiques ou hybrides organique-inorganiques, 1" incorporation de la molécule sonde dans la matrice fait intervenir notamment la chimie du sol-gel (polycondensation de réseaux d'oxydes métalliques) et la physico-chimie des phases tensioactives en solution (auto-assemblage de micelles en structures organisées à l'échelle nanoscopique).In the case of matrices of porous materials based on inorganic polymers or organic-inorganic hybrids, the incorporation of the probe molecule into the matrix involves, in particular, the chemistry of sol-gel (polycondensation of metal oxide networks) and physicochemistry. -chemistry of the surfactant phases in solution (self-assembly of micelles in structures organized on a nanoscopic scale).
Il est préférable d'employer des matrices poreuses avec des pores de petite taille (diamètre < 20Â) afin d'augmenter la surface spécifique d'adsorption du polluant-cible et d'augmenter la probabilité de collisions réactives entre les réactifs.It is preferable to use porous matrices with small pore size (diameter <20A) in order to increase the specific surface adsorption of the pollutant-target and increase the probability of reactive collisions between the reactants.
La molécule sonde peut-être avantageusement incorporée au sein d'une matrice sol-gel nanoporeuse d'oxydes métalliques. La matrice sol-gel nanoporeuse d'oxydes métalliques peut être élaborée à partir d'au moins un précurseur métallique de formule (VI) : The probe molecule may advantageously be incorporated into a nanoporous sol-gel matrix of metal oxides. The nanoporous sol-gel matrix of metal oxides can be prepared from at least one metal precursor of formula (VI):
dans laquelle :in which :
M correspond à un métal choisi parmi le silicium, l'aluminium, le titane, le zirconium, le niobium, le vanadium, l'yttrium et le cérium,M is a metal selected from silicon, aluminum, titanium, zirconium, niobium, vanadium, yttrium and cerium,
Y est un halogène, de préférence le chlore.Y is a halogen, preferably chlorine.
R38 et R39 correspondent indépendamment à un radical alkyle ou aryle, i. j et k sont des entiers, tels que leur somme soit égale à la \alence de M et que i+j soit supérieur ou égal à 2. Selon un mode préféré de réalisation, le métal M est du silicium ou du zirconium. Selon un mode particulièrement préféré de réalisation, le précurseur métallique est Si(OMe)4 ou Si(OEt)4.R 38 and R 3 9 correspond independently alkyl or aryl, i. and k are integers, such that their sum is equal to the magnitude of M and i + j is greater than or equal to 2. According to a preferred embodiment, the metal M is silicon or zirconium. According to a particularly preferred embodiment, the metal precursor is Si (OMe) 4 or Si (OEt) 4 .
Par ailleurs, il est connu que le choix du précurseur métallique conditionne la taille des pores de la matrice et ainsi l'accessibilité à la molécule sonde des composés à détecter. Par exemple, dans le cas des oxydes de silicium, la taille des pores diminue avec la longueur des chaînes R38 et R39, car les chaînes sont enchevêtrées et la porosité diminue. On peut augmenter la taille des pores en incorporant un surfactant qui va servir de moule et autour duquel se formeront des murs rigides du polymère inorganique, le surfactant étant ensuite éliminé par lavage. Ainsi, il est préférable d'utiliser des matrices élaborées à partir d'oxydes métalliques de formule (VI) pour lesquels R38 et R39 sont des alkyles ou des alkylamines renfermant de 1 à 6 atomes de carbone et de préférence des radicaux méthyles ou éthyles afin de détecter spécifiquement des molécules de diamètre inférieur à 6 Â, ou propylamine pour détecter des molécules de diamètre plus élevé (12 Â). Lorsque l'on dit que la composition contient une molécule sonde, il faut évidemment comprendre que la composition contient au moins une molécule sonde, et de préférence une quantité de molécule sonde suffisante pour permettre la mesure des propriétés physico-chimiques d'intérêt dans les conditions correspondant au seuil minimum de détection souhaité. La détermination du seuil est fonction du seuil de détection des moyens techniques à disposition de l'utilisateur. De même, il faut comprendre que l'on procède à la mesure d'au moins une propriété physico-chimique de la composition. De façon analogue, il faut comprendre que l'on peut détecter et/ou mesurer la présence et/ou la quantité d'un ou plusieurs composés gazeux. L'homme de l'art sait à la lecture de la description dans quels cas le terme « un » signifie « au moins un », ou « un seul ».Furthermore, it is known that the choice of the metal precursor affects the size of pores of the matrix and thus the accessibility to the probe molecule of the compounds to be detected. For example, in the case of silicon oxides, the pore size decreases with chain length of R 38 and R 3 9, because the chains are entangled and the porosity decreases. The pore size can be increased by incorporating a surfactant which will serve as a mold and around which rigid walls of the inorganic polymer will form, the surfactant then being removed by washing. Thus, it is preferable to use matrices developed from metal oxides of the formula (VI) in which R 38 and R 3 9 are alkyl or alkylamine having from 1 to 6 carbon atoms and preferably methyl radicals or ethyls to specifically detect molecules smaller than 6 Å, or propylamine to detect higher diameter molecules (12 Å). When it is said that the composition contains a probe molecule, it must of course be understood that the composition contains at least one probe molecule, and preferably an amount of probe molecule sufficient to allow the measurement of the physicochemical properties of interest in the conditions corresponding to the desired minimum detection threshold. The determination of the threshold is a function of the detection threshold of the technical means available to the user. Similarly, it should be understood that one proceeds to the measurement of at least one physicochemical property of the composition. Similarly, it should be understood that the presence and / or amount of one or more gaseous compounds can be detected and / or measured. The person skilled in the art knows from reading the description in which cases the term "one" means "at least one" or "one".
Afin d'effectuer les mesures des propriétés physico-chimique de la composition il est généralement souhaitable, notamment lorsqu'il s'agit de propriétés spectrophotométriques ou électriques, de déposer la composition sur un support adapté aux moyens de mesures des propriétés. Dans le cas des propriétés spectrophotométriques il s'agira typiquement d'un support solide qui n'interagira pas avec la composition et présentant généralement une surface plane. Dans le cas de propriétés électriques il s'agira notamment de supports conducteurs comme des polymères conducteurs ou des nanofils ou nanotubes de carbone. Les propriétés spectrales du support sont variables mais elles seront choisies de telle sorte qu'elles n'interfèrent pas avec la mesure des propriétés spectrophotométriques de la composition. Le substrat est adapté à la technique spectrophotométrique qui permet d'effectuer les mesures, il s'agit généralement d'une lame, souvent transparente à la lumière UV et/ou visible, constituées typiquement de verre, de matière plastique ou de quartz lorsqu'il s'agira de mesurer les variations d'absorption par transmission. Lorsqu'il s'agira de mesurer les variations d'absorption par réflectance ou de luminescence, le support peut être opaque et également présenter une surface incurvée qui permet une meilleure distribution des faisceaux optiques pour l'analyse.In order to perform the measurements of physicochemical properties of the composition it is generally desirable, in particular when it is a question of spectrophotometric or electrical properties, of depositing the composition on a suitable support to the means of metric properties. In the case of spectrophotometric properties it typically will be a solid support which does not interact with the composition and generally having a flat surface. In the case of electrical properties it s' will include conductive substrates as conductive polymers or nanowires or carbon nanotubes. The spectral properties of the support are variable but they will be chosen so that they do not interfere with the measurement of the spectrophotometric properties of the composition. The substrate is suitable for spectrophotometric technique that makes it possible to make measurements, there is typically a blade, often transparent to UV light and / or visible, typically made of glass, plastic or quartz when it s' act to measure the absorption by transmission variations. When it s' will measure changes in absorption or reflectance of luminescence, the support may be opaque and also have a curved surface which allows a better distribution of the optical beams for analysis.
La composition, initialement sous forme d'une solution liquide, est typiquement déposée directement sur le support par diverses techniques comme le dépôt d'une goutte de solution et étalement sur le substrat, (Langmuir-Blodgett, spray, tournette (spin coating), trempage-retrait à vitesse de retrait constante (dip- coating) ...) ou par évaporation sous vide partiel. La méthode de trempage est particulièrement adaptée en présence d'ammoniums quaternaires qui forment facilement des micelles notamment lorsqu'ils portent de longues chaînes, typiquement en CiO-C22. Lorsque la composition comporte une matrice qui est un polymère cationique comme le chitosan. celui-ci peut être solubilisé dans un solvant puis déposé sur un substrat adéquat par spin-coating ou dip-coating. La composition, initialement sous forme solide, peut aussi être déposée directement sur le support par sublimation sous vide partiel.The composition, initially in the form of a liquid solution, is typically deposited directly on the support by various techniques such as depositing a drop of solution and spreading on the substrate, (Langmuir-Blodgett, spray, spin coating). soaking-shrinkage at constant shrinkage rate (dip-coating) ...) or by evaporation under partial vacuum. The dipping method is particularly suitable in the presence of quaternary ammonium compounds which readily form micelles in particular when wearing long chains, typically Cl O C 22. When the composition comprises a matrix which is a cationic polymer such as chitosan. this can be solubilized in a solvent and then deposited on a suitable substrate by spin-coating or dip-coating. The composition, initially in solid form, can also be deposited directly on the support by sublimation under partial vacuum.
Le gaz peut être mis en solution dans un solvant pour être mis en contact avec la composition lors de l'étape (b). De manière préférée, à l'étape (b), le gaz est mis en contact avec la composition comprenant la molécule sonde sous forme d'un flux gazeux.The gas can be dissolved in a solvent to be contacted with the composition during step (b). Preferably, in step (b), the gas is contacted with the composition comprising the probe molecule in the form of a gas stream.
La seconde mesure, effectuée à l'étape (c), concerne la même propriété qu'à l'étape (a), et particulièrement l'absorbance. la réflectance ou la luminescence. Dans les trois cas. la variation est liée au changement d'absorbance, de réflectance ou de luminescence de la molécule-sonde de départ, soit à l'apparition de propriétés liées au produit issu de la réaction de la molécule-sonde avec le gaz qui a été détecté. Selon un mode particulier de réalisation, l'étape (d) comprend également la corrélation de la variation de ladite propriété spectrale entre les étapes (a) et (c) à la quantité du composé gazeux de type de type BX3, HX ou X2 dans le gaz.The second measure, performed in step (c), regarding the same property as in step (a), especially the absorbance. reflectance or luminescence. In all three cases. the variation is related to the change in absorbance, reflectance, or luminescence from the probe molecule, or to the appearance of properties associated with the product resulting from the reaction of the probe molecule with the gas that has been detected. According to a particular embodiment, step (d) further comprises correlating the variation of said spectral property between steps (a) and (c) to the quantity of the gaseous compound type type BX 3, HX or X 2 in the gas.
Les étapes (b) et (c) peuvent être effectuées simultanément. Ainsi la variation de la propriété spectrale peut être suivie dans le temps, et par corrélation la quantité de composé gazeux de type de type BX3, HX ou Xj peut être déterminée.Steps (b) and (c) can be performed simultaneously. Thus the variation of the spectral property can be followed in time, and by correlation the amount of gaseous compound type BX type 3 , HX or Xj can be determined.
Selon un autre mode de réalisation, différentes propriétés, et notamment les propriétés spectrophotométriques comme l'absorbance, la réflectance ou la luminescence sont mesurées aux étapes (a) et (c). Les moyens utilisables pour effectuer les mesures de propriétés physicochimiques de la composition sont ceux employés habituellement dans le domaine considéré. S'agissant des propriétés spectrophotométriques, les moyens employés sont ceux qui permettent de faire des mesures optiques et notamment des mesures d'absorbance, de fluorescence ou de réflectance. Généralement les photons peuvent être collectés et analysés via un spectrophotomètre, une barrette de diodes ou encore directement par un photomultiplicateur. Dans ce dernier cas, l'utilisation de filtres optiques interférentiels à bande étroite ou à large bande sera nécessaire pour distinguer les variations des propriétés de la molécule-sonde ou/et du produit issu de sa réaction avec le polluant. Selon la propriété qui est mesurée l'appareil comportera des moyens d'excitation de la molécule sonde à une longueur d'onde adaptée.According to another embodiment, different properties, and in particular spectrophotometric properties such as absorbance, reflectance or luminescence, are measured in steps (a) and (c). The means that can be used to carry out the measurements of the physicochemical properties of the composition are those usually employed in the field under consideration. Regarding the spectrophotometric properties, the means used are those that make it possible to make optical measurements and in particular absorbance, fluorescence or reflectance measurements. Generally photons can be collected and analyzed via a spectrophotometer, a diode array or directly by a photomultiplier. In the latter case, the use of narrowband or broadband interference optical filters will be necessary to distinguish variations in the properties of the probe molecule and / or the product resulting from its reaction with the pollutant. Depending on the property that is measured the apparatus will include means for exciting the probe molecule at a suitable wavelength.
Selon un mode particulier de réalisation, il est possible d'employer des plasmons de surface afin d'exalter les variations des propriétés optiques des molécules sondes. En effet, des molécules sondes excitées, par irradiation lumineuse, à proximité d'une fine couche de métal peuvent se coupler aux plasmons de surface et conduire à des limites de détection moindre et permettre ainsi de détecter ou doser de plus faibles quantités de gaz.According to a particular embodiment, it is possible to use surface plasmon to exalt the variations of the optical properties of the probe molecules. Indeed, excited probe molecules, by light irradiation, near a thin layer of metal can couple to the surface plasmons and lead to lower detection limits and thus allow the detection or dosing of smaller amounts of gas.
Selon un autre mode de réalisation, la propriété mesurée correspond à l'interaction avec des ondes de type Lo\e. Les modifications structurales liées à la réaction des molécules sondes avec le gaz entrainent notamment une variation de masse, de viscoélasticité, ou encore de constante diélectrique qui a une incidence sur les ondes de type Love. Ce mode de réalisation est généralement mis en œuvre en présence d'un matériau piézoélectrique qui sert de support ou sur lequel il est possible de détecter et générer des ondes de type Love, typiquement à l'aide d'électrodes en peignes interdigités selon une configuration de ligne à retard ou de résonateur. Les dispositifs de micro-balance mettant à profit les mesures de variation de fréquence de résonance des cristaux de quartz sur lesquels est dépose la composition, peuvent aussi être utilisés pour quantifier les polluants-cible ayant réagi avec ces dernières.According to another embodiment, the measured property corresponds to the interaction with Lo \ e type waves. The structural modifications related to the reaction of the probe molecules with the gas notably cause a variation in mass, viscoelasticity, or a dielectric constant which affects the Love type waves. This embodiment is generally implemented in presence of a piezoelectric material which serves as a support or on which it is possible to detect and generate Love waves, typically using combs interdigitated electrodes according to a delay line or resonator configuration. The micro-scale devices taking advantage of the resonance frequency variation measurements of the quartz crystals on which the composition is deposited can also be used to quantify the target pollutants reacted with them.
Un ou des composés gazeux de type BX3, HX ou Xi ayant été détectés, l'invention permet aussi de les éliminer.One or more type of gaseous compounds BX 3, HX or X has been detected, the invention also allows to eliminate them.
L'invention a donc également pour objet un procédé de piégeage de composés gazeux de type BX3, HX ou X2 contenus dans un gaz, caractérisé en ce que l'on met en contact le gaz avec une composition telle que définie précédemment.The subject of the invention is therefore also a process for trapping gaseous compounds of BX 3 , HX or X 2 type contained in a gas, characterized in that the gas is brought into contact with a composition as defined above.
Il est préférable que la composition comporte une matrice ou que la molécule sonde soit de nature polymérique.It is preferable that the composition comprises a matrix or that the probe molecule is of polymeric nature.
La composition est typiquement installée dans une cellule qui peut prendre notamment la forme d'une enceinte de forme quelconque, par exemple parallélépipédique ou cylindrique, munie ou non de chicanes pour allonger la mise en contact, munie d'une arrivée de gaz à traiter et d'une sortie du gaz traité. La composition peut, ainsi qu'indiqué précédemment, être déposée sur un support pouvant notamment être disposé dans les chicanes. La nature du support, dans le cadre de l'élimination du gaz, a peu d'importance, il est bien entendu souhaitable qu'il soit inerte chimiquement vis-à-vis de la composition. Il s'agit notamment de support de verre, de quartz ou encore de matières plastiques.The composition is typically installed in a cell which may in particular take the form of an enclosure of any shape, for example rectangular or cylindrical, provided or not with baffles to lengthen the contact, provided with an inlet for gas to be treated and a treated gas outlet. The composition may, as indicated above, be deposited on a support that can be arranged in particular in the baffles. The nature of the support, in the context of gas removal, is of little importance, it is of course desirable that it be chemically inert with respect to the composition. These include support glass, quartz or plastics.
Pour un tel traitement, les matrices poreuses peuvent être sous forme de poudres ou de granulés enfermés dans un tube cylindrique ou encore sous forme de films minces poreux déposés sur les parois d'un cylindre, le dépôt pouvant se faire notamment par évaporation. Selon la teneur de polluant à traiter, on peut moduler l'épaisseur du film ou la quantité de poudres ou de granulés et la concentration de la molécule-sonde.For such treatment, the porous matrices may be in form of powders or granules enclosed in a cylindrical tube or in the form of porous thin films deposited on the walls of a cylinder, the deposition may be done through evaporation. Depending on the content of pollutant to be treated, it can modulate the thickness of the film or the quantity of powders or granules and the concentration of the probe molecule.
Il est possible de traiter plusieurs polluants en incorporant plusieurs molécules-sondes spécifiques.It is possible to treat several pollutants by incorporating several specific molecules-probes.
La quantité de gaz piégé correspond au maximum à la quantité de molécule(s) sonde(s) présente dans la composition. Ainsi par exemple pour une composition comportant un kilogramme de matrice poreuse avec un taux pondéral de molécule sonde de 5 à 10 %, il sera possible de traiter, selon la molécule-sonde choisie, 5000 à 1 1000 m3 d'effluent gazeux contenant 1 ppm de BX3, HX ou Xj- Selon la teneur du gaz (>1 ppm ou <lppm) dans le flux, des volumes plus faibles ou plus élevés pourront être traités.The amount of trapped gas corresponds at most to the amount of molecule (s) probe (s) present in the composition. So for example for a composition comprising a porous matrix kilogram with a molecule weight rate sensor 5 to 10%, it will be possible to treat, according to the probe molecule selected, 5000-1 1000 m 3 of effluent gas containing 1 ppm of BX 3, HX or Xj- Depending on the gas content (> 1 ppm or <lppm) in the stream, lower or higher volumes may be processed.
Un dispositif d'aspiration des gaz est avantageusement utilisé pour mettre en contact d'importantes quantités de gaz à traiter avec les molécules sondes.A suction device of the gas is advantageously used for contacting significant amounts of gas to be treated with the probe molecules.
La cellule sera notamment conçue pour traiter un débit d'au moins 1 litre de gaz par heure, notamment au moins 10 litres de gaz par heure et de préférence au moins 100 litres de gaz par heure. En général un volume à traiter de 5 000 à 1 1 000 mJ correspond à un mois d'utilisation. Pour ce qui est du débit, on peut bien sûr envisager des débits plus forts, 100 litres de gaz par minute pour traiter quelques mJ en 1 à 2 heures.The cell will be particularly designed to handle a flow rate of at least 1 liter of gas per hour, especially at least 10 liters of gas per hour and preferably at least 100 liters of gas per hour. In general, a volume to be processed from 5,000 to 1,000 m J corresponds to one month of use. In terms of flow, we can of course consider higher flow rates, 100 liters of gas per minute to treat a few m J in 1 to 2 hours.
La cellule peut notamment être un tube. Selon le débit de gaz à traiter, on peut moduler le diamètre et la longueur du tube.The cell may in particular be a tube. Depending on the gas flow rate to be treated, it is possible to modulate the diameter and the length of the tube.
Avec Ms 15, la réaction est réversible. On peut pomper sous vide le tube pour régénérer Ms 15.With Ms 15, the reaction is reversible. The tube can be pumped under vacuum to regenerate Ms 15.
Il est possible de contrôler la saturation des molécules sonde en effectuant des mesures de leurs propriétés physico-chimiques, et particulièrement spectrophotométriques, comme indiqué ci-dessus.It is possible to control the saturation of the probe molecules by taking measurements of their physicochemical, and particularly spectrophotometric, properties, as indicated above.
Pour la mise en œuvre des procédés ci-dessus, les inventeurs ont également mis au point de nouveaux matériaux aptes à réagir avec un composé de type BX3, HX ou X2.For the implementation of the above methods, the inventors have also developed novel materials capable of reacting with a compound of BX 3 , HX or X 2 type .
C'est pourquoi la présente invention a encore pour objet un matériau apte à réagir avec au moins un composé de type BX3, HX ou X2 sous forme gazeuse comprenant une ou constitué d'une matrice poreuse contenant au moins une molécule sonde telle que définie ci-dessus. La matrice poreuse est typiquement constituée d'une matrice de polymères inorganiques ou hybrides organique-inorganique élaborée selon le procédé sol-gel. L'invention concerne également un procédé de préparation du matériau ci- dessus comprenant les étapes suivantes:This is why the present invention also relates to a material capable of reacting with at least one type BX 3 , HX or X 2 compound in gaseous form comprising one or consisting of a porous matrix containing at least one probe molecule such that defined above. The porous matrix typically consists of a matrix of inorganic or hybrid organic-inorganic polymers developed according to the sol-gel process. The invention also relates to a process for the preparation of the above material comprising the following steps:
(a) la préparation d'une matrice poreuse de préférence sol-gel, et(a) preparing a porous, preferably sol-gel matrix, and
(b) l' incorporation dans ladite matrice poreuse d'une molécule sonde telle que définie ci-dessus. pour obtenir le matériau désiré. (b) incorporating into said porous matrix of a molecule probe as defined above. to obtain the desired material.
La matrice poreuse conforme à l'invention est de préférence élaborée selon un procédé sol-gel. Sous l'appellation générique « procédé sol-gel », on regroupe des techniques qui permettent par simple polymérisation de précurseurs métalliques, dont notamment les oxydes métalliques, d'obtenir des matrices inorganiques ou hybrides organiques-inorganiques à des températures proches de la température ambiante (20 à 35°C). Les réactions chimiques, Le. l'hydrolyse et la condensation, à la base des procédés sol-gel, sont déclenchées lorsque les précurseurs métalliques sont mis en présence d'eau. Les solvants des précurseurs peuvent être choisis notamment parmi les alcools, les éthers dont THF ou CH2CI2, CHCI3. Ainsi l'hydrolyse des oxydes métalliques intervient tout d'abord, puis la condensation des produits hydrolyses conduit à la gélification de la matrice. Le solvant peut également correspondre à un mélange des solvants cités précédemment.The porous matrix according to the invention is preferably prepared using a sol-gel method. Under the generic name "sol-gel process", we group together techniques that make it possible, by simple polymerization of metal precursors, in particular metal oxides, to obtain inorganic or hybrid organic-inorganic matrices at temperatures close to room temperature. (20 to 35 ° C). Chemical reactions, The. hydrolysis and condensation, the basic sol-gel methods, are triggered when the metal precursors are brought into contact with water. The solvents of the precursors may be chosen in particular from alcohols, ethers of which THF or CH 2 Cl 2 , CHCl 3 . Thus, the hydrolysis of the metal oxides occurs first and then the condensation of the hydrolysed products leads to the gelation of the matrix. The solvent may also correspond to a mixture of the solvents mentioned above.
Des tensio-actifs peuvent en outre être optionnellement utilisés soit pour induire une structuration de la matrice poreuse et former des pores de taille modulable, soit pour solubiliser une molécule sonde peu polaire et peu soluble dans le mélange de précurseurs et de solvant, comme un mélange d'alcool et d'eau, ou pour leur double propriété.Surfactants may also optionally be used either to induce structuring of the porous matrix and to form pores of modulable size, or to solubilize a probe molecule of low polar content and poorly soluble in the mixture of precursors and solvent, such as a mixture of alcohol and water, or for their dual property.
Selon un mode préféré de réalisation du procédé conforme à l'invention, le précurseur métallique est un oxyde métallique, l'étape de préparation de la matrice sol-gel poreuse (a) comporte une étape d'hydrolyse d'au moins un oxyde métallique, ladite étape d'hydrolyse étant de préférence réalisée en présence d'un solvant organique, tel qu'un alcool comme le méthanol ou l'éthanol.According to a preferred embodiment of the process according to the invention, the metal precursor is a metal oxide, the step of preparing the porous sol-gel matrix (a) comprises a step of hydrolysis of at least one metal oxide said hydrolysis step preferably being carried out in the presence of an organic solvent, such as an alcohol such as methanol or ethanol.
Lors de la condensation, les produits hydrolyses réagissent entre eux pour former des polymères qui ne cessent de s'accroître jusqu'à l'obtention d'un réseau polymérique tridimensionnel. Dans un premier temps, les amas d'oxyde métallique restent en suspension sans précipiter, c'est le sol. Ces amas occupent progressivement une fraction volumique de plus en plus importante. La viscosité devient alors importante et le liquide finit par se gélifier en matrice. La matrice ainsi obtenue est donc constituée d*un réseau polymérique qui présente une porosité que Ton peut faire varier selon les besoins. Le diamètre des pores de la matrice sol-gel peut également être adapté en sélectionnant des oxydes métalliques particuliers. Par exemple les oxydes métalliques de formule (VI) pour lesquels R38 et R30 sont des alkyles, de préférence des radicaux méthyles ou éthyles. permettent de générer des matrices dont les pores ont un diamètre réduit. Celles pour lesquelles R38 ou R39 est un aminoalkyle, de préférence aminopropyle. permettent de générer des matrices dont les pores ont des diamètres élevés.During the condensation, the hydrolyzed products react with one another to form polymers that continually s increase until obtaining a three-dimensional polymeric network. At first, the clusters of metal oxide remain in suspension without precipitation, it is the ground. These clusters progressively occupy an increasing volume fraction. The viscosity then becomes important and the liquid eventually gels in a matrix. The matrix thus obtained is therefore constituted by * a polymeric network which has a porosity that Ton can be varied as required. The pore diameter of the sol-gel matrix can also be adapted by selecting particular metal oxides. For example, the metal oxides of formula (VI) for which R 38 and R 30 are alkyls, preferably methyl or ethyl radicals. allow to generate matrices whose pores have a reduced diameter. Those for which R 38 or R 3 9 is an aminoalkyl, preferably aminopropyl. allow to generate matrices whose pores have high diameters.
Selon un mode de réalisation particulier, l'étape de préparation de la matrice sol-gel (a) et celle d'incorporation d'au moins une molécule sonde (b) sont réalisées simultanément, En effet, les conditions de préparation sont suffisamment douces pour que les molécules sondes soient incorporées dans la matrice sol-gel sans être altérées.According to a particular embodiment, the stage of preparation of the sol-gel matrix (a) and that of incorporation of at least one probe molecule (b) are carried out simultaneously. Indeed, the preparation conditions are sufficiently mild. so that the probe molecules are incorporated into the sol-gel matrix without being altered.
Il est souhaitable qu'une étape supplémentaire d'homogénéisation et/ou de séchage soit effectuée. L'étape de séchage permet entre autres l'évaporation du ou des solvants, comme l'eau et des alcools, présents de la matrice. Avantageusement, l'incorporation d'au moins une molécule sonde est prévue avant l'étape d'homogénéisation, préférentiellement pendant l'étape d'hydrolyse.It is desirable that an additional step of homogenization and / or drying is performed. The drying step allows, among other things, the evaporation of the solvent (s), such as water and alcohols, present in the matrix. Advantageously, the incorporation of at least one probe molecule is provided before the homogenization step, preferably during the hydrolysis step.
Selon un autre mode préféré de réalisation, l'incorporation d'au moins une molécule sonde pourra se faire dans la matrice poreuse également par imprégnation en solution ou en phase vapeur selon des techniques bien connues de l'homme du métier, dont notamment la sublimation.According to another preferred embodiment, the incorporation of at least one probe molecule may be in the porous matrix also by impregnation in solution or in vapor phase according to well known techniques to those skilled in the art, including sublimation .
Pour la mise en œuvre des procédés précédemment évoqués, la composition présentée plus haut et notamment le matériau conforme à l'invention, peuvent être intégrés dans des dispositifs, notamment des capteurs, basés généralement sur la détection de propriétés spectrophotométriques. La présente invention concerne donc également un dispositif ou notamment capteur pour composés de type BX3. HX ou X2 sous forme gazeuse caractérisé en ce qu'il comprend au moins un matériau ou une composition, de préférence sous la forme d'une matrice, conforme à l'invention.For the implementation of the previously mentioned processes, the composition presented above and in particular the material according to the invention can be integrated into devices, including sensors, generally based on the detection of spectrophotometric properties. The present invention therefore also relates to a device or in particular sensor for compounds of BX3 type. HX or X2 in gaseous form characterized in that it comprises at least one material or a composition, preferably in the form of a matrix, according to the invention.
Pour augmenter la surface d'échange il est préférable que la composition comporte une matrice si la molécule sonde qu'elle contient ne forme pas elle-même une matrice, lorsqu'un capteur est employé.To increase the exchange surface it is preferable that the composition comprises a matrix if the probe molecule it contains does not itself form a matrix, when a sensor is employed.
Selon un mode préféré de réalisation, un capteur comprend un matériau ou une composition, conformes à l'invention, déposé sur un substrat adapté, préférentiellement sous la forme d'un film mince sur un substrat transparent. Le substrat peut être choisi parmi ceux utilisés habituellement dans le domaine de l'analyse spectrophotométrique, dont notamment des lames ou des plaques de verre, de quartz de mica ou de fluorine.According to a preferred embodiment, one sensor comprises a material or composition, in accordance with the invention deposited on a suitable substrate, preferably in the form of a thin film on a transparent substrate. The substrate may be chosen from those conventionally used in the field of spectrophotometric analysis, in particular slides or plates of glass, mica quartz or fluorite.
Typiquement, le dépôt est réalisé selon des techniques bien connues de l'homme du métier dont, notamment, le trempage, le dépôt à la tournette, par spray (liquide ou gaz), dépôt et étalement d'une goutte. Avantageusement, le dépôt est réalisé par trempage lorsque cela est possible. C'est particulièrement le cas lors de la préparation des matériaux selon l'invention. L'homme du métier adaptera la vitesse de retrait du substrat de dépôt au matériau qui est déposé, de préférence une vitesse proche de 25 mm. min" .Typically, the deposition is carried out according to well known techniques to those skilled in the art including, without limitation, dipping, spin coating, by spray (liquid or gas), deposition and spreading of a drop. Advantageously, the deposit is made by dipping where possible. This is especially the case in the preparation of materials according to the invention. Those skilled in the art will adjust the withdrawal speed of deposition substrate material which is deposited, preferably a speed close to 25 mm. min ".
Le trempage peut se faire à température ambiante (22-25°C) avec une humidité relative de l'air comprise entre 15 et 50%.Soaking can be done at room temperature (22-25 ° C) with a relative air humidity between 15 and 50%.
Pour une efficacité accrue, des lames ou plaques sont installées parallèlement en batterie.For increased efficiency, blades or plates are installed parallel battery.
Selon un autre mode préféré de réalisation, utilisable notamment lorsque les propriétés physico-chimiqes sont des propriétés spectrales, les dispositifs ou capteurs conformes à l'invention destinés à la détection intègrent au moins une source d'excitation lumineuse et un collecteur.According to another preferred embodiment, usable especially when chimiqes physicochemical properties are spectral properties, devices according to the invention or sensors for the detection include at least one source of light excitation and a collector.
Ils sont notamment composés d'un premier compartiment, d'un second compartiment, et d'un écran. Le gaz est introduit dans le capteur par une entrée spécifique puis traverse un thermostat qui permet de contrôler la température ainsi qu'un filtre à particule. Un système de micropompe, qui peut être situé tant en amont qu'en aval du matériau, permet d'accélérer la diffusion du gaz jusqu'aux molécules sondes, incluses ou non dans un matériau selon l'invention.They mainly consist of a first compartment, a second compartment, and a screen. The gas is introduced into the sensor through a specific inlet and then passes through a thermostat that controls the temperature and a particle filter. A micropump system, which can be located both upstream and downstream of the material, allows to accelerate the diffusion of the gas to the probe molecules, included or not in a material according to the invention.
Il est utile en outre que le capteur soit équipé d'un système de mesure permettant de déterminer le volume de gaz ayant traversé l'entrée. Il convient de préciser que la composition, qui correspond notamment au matériau présenté plus haut, est protégée de l'extérieur par une enveloppe protectrice de façon étanche grâce à un joint par exemple torique. Si le gaz contient un composé de type BX3, HX ou X2. celui-ci réagira avec les molécules sondes contenues dans la composition qui lui correspondent. La réaction avec la molécule sonde sera détectée après excitation lumineuse par un collecteur et lue sur l'écran.It is also useful for the sensor to be equipped with a measurement system making it possible to determine the volume of gas that has passed through the inlet. It should be noted that the composition, which corresponds in particular to the material discussed above, is protected from the outside by a protective envelope in sealed manner through an O-ring for example. If the gas contains a compound of type BX 3 , HX or X 2 . it will react with the probe molecules contained in the composition that correspond to it. The reaction with the probe molecule will be detected after light excitation by a collector and played on the screen.
Avantageusement, la source lumineuse sera constituée d'une lampe au deutérium, à halogène ou d'une diode électroluminescente, et le collecteur d'une barrette de diodes ou d'un photomultiplicateur basse tension. Lorsque la méthode de détection est basée sur une variation d'absorbance du film dopé, il est préférable d'utiliser un système composé de deux films minces dopés déposés chacun sur un substrat réfléchissant afin d'optimiser l'absorption de la source lumineuse par les molécules sondes. Les photons en rebondissant de multiples fois sur les parois recouvertes de films seront fortement absorbés par les molécules sondes contenues dans la composition. Lorsque les molécules sondes sont fluorescentes ou lorsque le produit de la réaction entre la molécule sonde et le gaz donne lieu à la formation d'un composé fluorescent, on peut déposer sur le substrat une couche métallique d'aluminium ou d'argent pour créer des plasmons de résonance dans la gamme de longueur d'onde d'excitation de la molécule sonde ou du produit de réaction pour exalter la fluorescence de ces composés. Une sortie de gaz est prévue dans le cadre de ce capteur. Les dispositifs ou capteurs miniaturisés sont préférés.Advantageously, the light source is constituted by a deuterium lamp, halogen or a light emitting diode, and the collector of a diode array or a photomultiplier low voltage. When the detection method is based on a change in absorbance of the doped film, it is preferable to use a system composed of two doped thin films each deposited on a reflective substrate in order to optimize the absorption of the light source by the molecules probes. The photons bouncing multiple times on the walls covered with films will be strongly absorbed by the probe molecules contained in the composition. When the probe molecules are fluorescent or when the product of the reaction between the probe molecule and the gas gives rise to the formation of a fluorescent compound, a metal layer of aluminum or silver may be deposited on the substrate to create resonance plasmons in the excitation wavelength range of the probe molecule or the reaction product to exalt the fluorescence of these compounds. A gas outlet is provided as part of this sensor. Miniaturized devices or sensors are preferred.
11 est souhaitable que le dispositif ou capteur comprenne en outre un support pour la composition, plus particulièrement un support adapté à la méthode de détection. Avantageusement, le dispositif ou capteur comprendra également un système pour accélérer la diffusion du milieu à analyser, particulièrement un milieu gazeux. Préférenliellement, le système pour accélérer la diffusion du gaz est un système pneumatique comme un piston, une pompe à refoulement ou une micropompe. Un tel système sera particulièrement utile dans le cas d'un dispositif de dépollution. Les capteurs à transduction optique directe sont ainsi spécialement concernés par l'invention.It is desirable that the device or sensor further comprises a support for the composition, more particularly a support adapted to the detection method. Advantageously, the device or sensor will also include a system for accelerating the diffusion of the medium to be analyzed, particularly a gaseous medium. Preferably, the system for accelerating the diffusion of the gas is a pneumatic system such as a piston, a discharge pump or a pump. micropump. Such a system will be particularly useful in the case of a pollution control device. Sensors with direct optical transduction are thus especially concerned by the invention.
Le capteur peut également être un capteur multiple, ou multi-capteur, permettant de détecter simultanément différents gaz et de déterminer leur concentration. Pour cela il est possible d'employer une ou plusieurs compositions comprenant un ou plusieurs types de molécules sonde réagissant avec des composés différents. Les différentes compositions peuvent être mélangées dans un même film ou placées sur un même support ou encore sur des supports différents. Des compositions comportant des molécules sonde différentes peuvent être installées dans le même compartiment ou des compartiments différents.The sensor can also be a multiple sensor, or multi-sensor, for simultaneously detecting different gases and determine their concentration. For this it is possible to use one or more compositions comprising one or more types of probe molecules reacting with different compounds. The different compositions may be mixed in the same film or placed on the same support or on different supports. Compositions comprising different probe molecules may be installed in the same compartment or different compartments.
Le matériau conforme à l'invention présente de nombreux avantages qui lui permettent d'être utilisé en métrologie des composés halogènes ainsi qu'en dépollution. Du fait de son procédé de préparation, le matériau conforme à l'invention est nanoporeux et offre donc une surface spécifique d'adsorption très importante. Cette caractéristique structurelle est d'autant plus importante dans le cadre du dispositif de dépollution. Le matériau conforme à l'invention peut être mis en œuvre dans des méthodes de détection et/ou de dosage et/ou de piégeage des composés halogènes quelles que soient les conditions dont notamment le taux d'humidité ambiante.The material according to the invention has many advantages that enable it to be used in the metrology of halogenated compounds as well as clearance. Due to its method of preparation, the material according to the invention is nanoporous and therefore provides a very large specific surface area for adsorption. This structural characteristic is even more important in the context of the pollution control device. The material according to the invention can be implemented in methods for detecting and / or strength and / or trapping halogen compounds whatever the conditions including the rate of humidity.
Enfin, les compositions, comme le matériau, conformes à l'invention peuvent aisément être intégrées à un capteur ou un dispositif qui permet la détection in situ, directe et simple d'halogènes, d'acides halogènes ou d'halogénures de bore gazeux. De façon avantageuse, des capteurs peuvent être utilisés en réseau et assurer de façon permanente le contrôle qualité d'un environnement à fort risque de contamination par des halogénures de bore. Les dispositifs ou capteurs peuvent également être associés à une alarme visuelle ou sonore qui se déclenche lorsque la teneur en halogénure de bore dans l'environnement à tester atteint un certain seuil critique.Finally, compositions, as the material, in accordance with the invention can easily be integrated to a sensor or a device which allows the in situ detection, direct and simple halogen, with halogen acids or gaseous boron halide. Advantageously, the sensors can be used in network and permanently ensure quality control of a high risk of contamination by environmental boron halides. The devices or sensors can also be associated with a visual or audible alarm which is triggered when the content of boron halide in the test environment reaches a certain critical level.
Les conditions préférentielles de mise en œuvre du procédé de détection d'un composé gazeux de type BX3, HX ou X2 au sein d'un gaz ci-dessus décrites s'appliquent également aux autres objets de l'invention visés ci-dessus, notamment au procédé de piégeage.The preferred conditions of implementation of a gaseous compound detection method of BX 3, HX or X 2 in an above-described gas also apply to the other objects of the invention referred to above, in particular to the trapping method.
L'invention sera comprise de manière plus précise à travers les figures annexées et exemples de réalisation qui suivent et l'illustrent.The invention will be understood more precisely through the attached figures and embodiments which follow and illustrate it.
La figure 1 représente différentes molécules sondes (MsI à Ms 15).Figure 1 shows different probe molecules (MsI to Ms15).
La figure 2 correspond au schéma d'un capteur conforme à l'invention.FIG 2 is the diagram of a sensor according to the invention.
La figure 3 représente une vue de dessus du compartiment d'un capteur conforme à l'invention. La figure 4 correspond à une coupe transversale du compartiment comprenant un matériau conforme à l'invention.3 shows a top view of the compartment of a sensor according to the invention. Figure 4 corresponds to a cross section of the compartment comprising a material according to the invention.
La figure 5 représente un système de détection intégré dans un capteur comportant deux films du matériau.FIG. 5 represents a detection system integrated into a sensor comprising two films of the material.
La figure 6 représente le spectre d'absorption de KI dans le méthanol et son évolution lors de l'ajout de BCI3 en fonction du tempsFIG. 6 represents the absorption spectrum of KI in methanol and its evolution during the addition of BCI 3 as a function of time
La figure 7 représente le spectre d'absorption de NaI dans une matrice poreuse et son évolution lorsque la matrice est exposée à un mélange gazeux contenant du chloreFigure 7 shows the absorption spectrum of NaI in a porous matrix and its evolution when the matrix is exposed to a gaseous mixture containing chlorine
La figure 8 représente le spectre d'absorption d'un film d'iodure de triméthylammonium méthylglycol chitosan et son évolution lorsque le film est exposé sous pression réduite de BCI3 FIG. 8 represents the absorption spectrum of a trimethylammonium methylglycol chitosan iodide film and its evolution when the film is exposed under reduced pressure of BCI 3
La figure 9 représente le spectre d'absorption du CTAB (Ci5H33)(Me)3N+,Br dans une matrice poreuse et son évolution lorsque la matrice est exposée à du BF3 gazeux, en encart la variation de l'absorbance en fonction de la pression introduite (en Torr) est représentée.9 shows the absorption spectrum of CTAB (C 5 H33) (Me) 3N +, Br in a porous matrix and its evolution when the matrix is exposed to the gaseous BF 3, inset the change in absorbance function of the introduced pressure (in Torr) is shown.
La figure 10 représente le spectre d'absorption de HO(CH2)(Me)3N+J" dans une matrice poreuse et son évolution lorsque la matrice est exposée à du Cl2 gazeux (40 ppb).Figure 10 shows the absorption spectrum of HO (CH 2 ) (Me) 3 N + J - in a porous matrix and its evolution when the matrix is exposed to Cl 2 gas (40 ppb).
La figure 1 1 représente le spectre d'absorption du dibromure de décaméthonium "Br5(Me)3N^-(C IuH22J-NT(Me)3Br" dans une matrice poreuse et son évolution lorsque la matrice est exposée à du Cl2 gazeux (200 ppb). La figure 12 représente le spectre d'absorption d'une coumarine dans l'éthanol et son évolution lors de l'ajout d'aliquots de BF3.FIG. 11 represents the absorption spectrum of decamethonium dibromide " Br 5 (Me) 3 N 2 - (C 1uH 22 J-NT (Me) 3 Br " in a porous matrix and its evolution when the matrix is exposed to Cl 2 gas (200 ppb). 12 shows the absorption spectrum of a coumarin in ethanol and its evolution during the addition of aliquots of BF 3.
La figure 13 représente le spectre d'absorption d'une coumarine dans une matrice poreuse et son évolution lors de l'exposition de la matrice à HCl gazeux (45 ppm)Figure 13 shows the absorption spectrum of a coumarin in a porous matrix and its development during the exposure of the HCl gas to die (45 ppm)
La figure 14 représente le spectre d'absorption d'une phtalocyanine de magnésium dans l'éthanol et son évolution lors de l'ajout d'aliquots de BF3.Figure 14 shows the absorption spectrum of a magnesium phthalocyanine in ethanol and its development during the addition of aliquots of BF 3.
La figure 15 représente le spectre d'absorption d'une phtalocyanine de magnésium déposée sur une lame de verre par évaporation du solvant et son évolution lors de l'exposition du film sous pression réduite de BF3 ( 1 torr).15 shows the absorption spectrum of a magnesium phthalocyanine deposited on a glass plate by evaporation of the solvent and its development during the exposure of the reduced pressure the film BF 3 (1 torr).
La figure 16 représente le suivi de la cinétique d'apparition du produit de la réaction entre la phtalocyanine de magnésium avec le BF3 à 800 nmFIG. 16 represents the monitoring of the kinetics of appearance of the product of the reaction between magnesium phthalocyanine and BF 3 at 800 nm
La figure 17 représente le spectre d'absorption d'une phtalocyanine de silicium dans l'éthanol et son évolution lors de l'ajout d'aliquots de BF3 (1,3M)FIG. 17 represents the absorption spectrum of a silicon phthalocyanine in ethanol and its evolution during the addition of aliquots of BF 3 (1.3M)
La figure 18 représente le spectre d'absorption d'une phtalocyanine de silicium dans l'eau et son évolution lors de l'ajout de HCl (1 et 12M).Figure 18 shows the absorption spectrum of a silicon phthalocyanine in water and its evolution during the addition of HCl (1 and 12M).
La figure 19 représente le spectre d'absorption d'une fluorescéine dans le méthanol et son évolution lors de l'ajout d'aliquots de BF3. La figure 20 représente le spectre d'absorption d'une composition contenant de la fluorescéine et du CTAB déposée sur une lame de verre et son évolution lors de l'exposition du film sous pression réduite de BCI3 gazeux.Figure 19 shows the absorption spectrum of fluorescein in methanol and its development during the addition of aliquots of BF 3. Figure 20 shows the absorption spectrum of a composition containing fluorescein and CTAB deposited on a glass slide and its development during the exposure of the film under reduced pressure BCl 3 gas.
La figure 21 représente le spectre d'absorption du crystal violet dans le méthanol et son évolution lors de l'ajout d'aliquots de BF3. La figure 22 représente le spectre d'absorption du crystal violet déposé sur un substrat de quartz par évaporation du solvant et son évolution lors de l'exposition du film sous pression réduite de HCl gazeux (4 torr)Figure 21 shows the absorption spectrum of crystal violet in methanol and its evolution when adding aliquots of BF 3 . Figure 22 shows the absorption spectrum of the crystal violet deposited on a quartz substrate by evaporating the solvent and its development during the exposure of the film under reduced pressure gaseous HCl (4 torr)
La figure 23 représente le spectre d'absorption d'une composition de BIC® déposée sur du verre et son évolution lors de l'exposition du film sous pression réduite de BF3 (2 torr).Figure 23 shows the absorption spectrum of a composition of BIC® deposited on glass and its development during the exposure of the pressure reduced movie BF 3 (2 torr).
La figure 24 représente le spectre d'absorption d'une composition de BIC® dans Péthanol et son évolution lors de l'ajout d'aliquots de HCl. La figure 25 est un exemple de courbe de calibration obtenue pour un film mince dopé de MS7 et déposé par trempage sur chaque face d'une lame de quartz.24 shows the absorption spectrum of a composition of BIC in ethanol and its development during the addition of aliquots of HCl. FIG. 25 is an example of a calibration curve obtained for a thin film doped with MS7 and dipped onto each face of a quartz slide.
La figure 26 est un exemple de courbe de calibration obtenue pour un film mince dopé de MS8 et déposé par trempage. Comme représenté sur la figure 3, des dispositifs ou capteurs utilisables dans l'invention destinés à la détection intègrent au moins une source d'excitation lumineuse (10) et un collecteur (1 1 ).FIG. 26 is an example of a calibration curve obtained for a thin film doped with MS8 and deposited by dipping. As shown in Figure 3, sensors or devices for use in the invention for detection include at least one excitation light source (10) and a collector (1 1).
Ils sont notamment, comme représenté sur la figure 2, composés d'un premier compartiment (4), d'un second compartiment (5), et d'un écran de visualisation (7). Le gaz peut être introduit dans le capteur par une entrée spécifiqueThey include, as shown in Figure 2, composed of a first compartment (4), a second compartment (5), and a display screen (7). The gas can be introduced into the sensor via a specific input
(1) puis traverse un thermostat qui permet de contrôler la température ainsi qu'un filtre à particule (3). Un système de micro pompe (8), qui peut être situé tant en amont qu'en aval du matériau, permet d'accélérer la diffusion du gaz jusqu'aux molécules sondes, incluses ou non dans un matériau (9) selon l'invention. La composition (9), qui correspond notamment au matériau présenté plus haut, est protégée de l'extérieur par une enveloppe protectrice (13) de façon étanche grâce à un joint par exemple torique (12) comme représenté sur la figure 4. Si le gaz contient un composé de type BX3, HX ou X2, celui-ci réagira avec la ou les molécules sondes contenues dans la composition qui lui correspondent. La réaction avec la molécule sonde sera détectée après excitation lumineuse(1) then passes through a thermostat that controls the temperature and a particle filter (3). A micro pump system (8), which can be located both upstream that downstream of the material accelerates the diffusion of the gas up to the probe molecules, included or not in a material (9) according to the invention . The composition (9), which corresponds in particular to the material presented above, is protected from the outside by a protective envelope (13) in a sealed manner by means of a ring for example toric (12) as shown in Figure 4. If the gas contains a compound of type BX 3 , HX or X 2 , it will react with the probe molecule or molecules contained in the composition that correspond. The reaction with the probe molecule will be detected after light excitation
(10) par un collecteur (1 1) et lue sur l'écran (7).(10) by a collector (1 1) and read on the screen (7).
Dans l'exemple ci-dessus, la source lumineuse est constituée d'une lampe au deutérium, à halogène ou d'une diode électroluminescente, et le collecteur d'une barrette de diodes. Lorsque la méthode de détection est basée sur une variation d'absorbance du film dopé, il est préférable d'utiliser un système composé de deux films minces dopés déposés chacun sur un substrat réfléchissant afin optimiser l'absorption de la source lumineuse par les molécules sondes. Les photons en rebondissant de multiples fois sur les parois recouvertes de films seront fortement absorbés par les molécules sondes contenues dans la composition comme représenté sur la figure 5. Une sortie de gazIn the example above, the light source comprises a deuterium lamp, halogen or a light emitting diode, and the collector of a diode array. When the detection method is based on an absorbance variation of the doped film, it is preferable to use a system consisting of two doped thin films each deposited on a reflective substrate in order to optimize the absorption of the light source by the probe molecules. . The photons bouncing multiple times on the walls covered with films will be strongly absorbed by the probe molecules contained in the composition as shown in FIG. 5. A gas outlet
(2) est prévue dans le cadre de ce capteur. Les dispositifs ou capteurs miniaturisés sont préférés. Afin d'illustrer l'invention sont présentées ci-après des expériences qui ont été menées soit avec les réactifs en solution, soit en milieu solide (film déposé sur substrat) sous pression réduite de polluant gazeux ou encore sous flux de mélange gazeux constitué d'azote et des polluants considérés (BX3, HX ou X2) à des concentrations variables.(2) is provided as part of this sensor. Miniaturized devices or sensors are preferred. In order to illustrate the invention are described below experiments which were conducted either with the reactants in solution or in solid medium (film deposited on the substrate) under reduced pressure of gaseous pollutant or under flow of gaseous mixture consisting of nitrogen and pollutants considered (BX 3 , HX or X 2 ) at varying concentrations.
En milieu solide, les molécules sonde peuvent être incorporées dans une matrice ou déposées sur un substrat à partir d'une solution. Considérant l'enjeu sanitaire et économique qu'ils représentent pour l'industrie de l'électronique, les composés dont la détection est illustrée sont BCIa, BF3, HCl et Cl2.In a solid medium, the probe molecules may be incorporated into a matrix or deposited on a substrate from a solution. Whereas the health and economic issue that they represent for the electronics industry, the compounds whose detection is illustrated are BCIA, BF 3, HCl and Cl 2.
En raison de la facilité de mise en œuvre des mesures spectrales et l'accessibilité aisée aux moyens de mesure des propriétés spectrophotométriques, les propriétés physico-chimiques des compositions/molécules sonde dont les variations sont ici illustrées sont les propriétés spectrophotométriques. Les mesures spectrophotométriques ont été réalisées soit avec un spectrophotomètre UNICAM UV-visible, soit avec un spectrophotomètre miniature OCEAN OPTICS.Because of the ease of implementation of the spectral measurements and the easy accessibility to the means for measuring the spectrophotometric properties, the physicochemical properties of the compositions / probe molecules whose variations are here illustrated are the spectrophotometric properties. Spectrophotometric measurements were performed either with a UV-visible UNICAM spectrophotometer or with an OCEAN OPTICS miniature spectrophotometer.
Les produits nécessaires à la mise en œuvre des exemples ont été obtenus dans le commerce ; aucune purification supplémentaire n'a été réalisée.The products needed to implement the examples were obtained commercially; no additional purification was performed.
1. PREPARATION DE LA COMPOSITION1. PREPARATION OF THE COMPOSITION
a) On a utilisé certaines molécules sonde directement, sans les incorporer dans une matrice. Il s'agit notamment de Ms9, un des dérivés du chitosan qui forme par lui-même une matrice. b) Certaines molécules sonde (comme Ms 14, la fluorescéine, MsI l , la phtalocyanine de magnésium, Ms 15. le cristal violet) ou mélanges de molécules sondes (comme MsI 3-KMsI 5) ont été employés après un simple dépôt par évaporation sur une lame de quartz de leur solution dans FethanoL c) Des matrices contenant des molécules sondes ont été préparées à partir de tétraalcoxydes de silicium selon la technique du procédé sol-gel telle qu'elle est connue dans la technique. Ainsi, du Si(OMe)4 (ou TMOS) a été hydrolyse sous agitation en présence d'éthanol à un pH neutre ; le mélange est dans les proportions suivantes TMOS/EtOH/H2O= 1/4/4 ou 8.38/10,13/3.96 g.a) Some probe molecules were used directly, without incorporating them into a matrix. It is a question of Ms9 particular, a derivative of chitosan, which forms by itself a matrix. b) Some probe molecules (such as Ms 14, fluorescein, MsI 1, magnesium phthalocyanine, Ms 15. crystal violet) or probe molecule mixtures (such as MsI 3-KMsI 5) were employed after a simple deposition by evaporation on a quartz plate of their solution in FethanoL c) Matrices containing probe molecules were prepared from tetraalkoxides of silicon according to the sol-gel process technique as known in the art. Thus, Si (OMe) 4 (or TMOS) was hydrolyzed with stirring in the presence of ethanol at a neutral pH; the mixture is in the following proportions TMOS / EtOH / H 2 O = 1/4/4 or 8.38 / 10.13 / 3.96 g.
Durant l'hydrolyse et la condensation des précurseurs siliciés, une ou plusieurs molécules sonde ont été ajoutées à la solution. Après un temps de maturation qui peut aller de quelques minutes à plusieurs jours, un film mince mésoporeux, éventuellement nanostructuré, contenant la ou les molécule(s) sondes est obtenu en trempant puis en retirant un support de la solution. Un support préféré est une lame de quartz et un protocole de dépôt préféré utilise des vitesses de trempage et de retrait constantes.During the hydrolysis and condensation of the silicon precursors, one or more probe molecules were added to the solution. After a maturation time that may range from a few minutes to several days, a mesoporous thin film, possibly nanostructured, containing the molecule (s) probes is obtained by dipping and then removing a carrier from the solution. A preferred support is a quartz slide and a preferred deposition protocol utilizes constant soaking and removal rates.
Les molécules sonde MsI à Ms4 correspondent à une première famille de molécules sondes. Il s'agit des halogénures de métaux alcalins. Ces molécules ont été sélectionnées pour leur grande disponibilité, leur faible coût et leur facilité d'utilisation. Cinq molécules sonde (Ms5 à Ms9) illustrent l'utilisation des halogénures d'ammonium quaternaire. Ms5 et Ms7 sont à la fois des molécules-sonde et des agents structurants aptes à induire la formation de matrices poreuses nanostructurées. Pour Ms5 par exemple, la forme des pores (ici sphères de 48 Â de diamètre) est imposée par les concentrations relatives des divers constituants du sol (pH acide, mélange TEOS/EtOH/H2O/HCl/Ms5 = 1 /20/5/0,004/0, 1 ).The MsI to Ms4 probe molecules correspond to a first family of probe molecules. These are the alkali metal halides. These molecules have been selected for their high availability, low cost and ease of use. Five probe molecules (Ms5 to Ms9) illustrate the use of halides of quaternary ammonium. Ms5 and Ms7 are both probe molecules and structuring agents capable of inducing the formation of porous nanostructured matrices. For Ms5 for example, the shape of the pores (here spheres of 48 Å diameter) is imposed by the relative concentrations of the various constituents of the soil (acidic pH, TEOS / EtOH / H 2 O / HCl / Ms5 mixture = 1/20 / 5 / 0.004 / 0.1).
Ms6 et Ms8 sont également été employés avec les matrices de types sol-gel.Ms6 and Ms8 are also used with sol-gel matrices.
Ms9 forme une matrice de polymère organique.Ms9 forms an organic polymer matrix.
Les figures 6 à 1 1 illustrent les spectres correspondant aux réactions entre ces divers halogénures de métaux alcalins et halogénures d'ammonium et BF3, BCI3 et Cl2.Figures 6 to 1 1 illustrate the spectra corresponding to the reactions between these various alkali metal halides and ammonium halides and BF 3 , BCI 3 and Cl 2 .
MsIO correspond à un dérivé de la coumarine Ces molécules sondes réagissent efficacement en solution avec BF-,, BCL,, LlCl en formant la coumarine protonée ou complexée dont le spectre d'absorption est très différent du spectre initial (voir Figures 12 et 13). Les coumarines ne réagissent pas avec X2. Les molécules sondes MsI l. Ms 12 et Ms 13 correspondent aux phtalocyanines.MsIO corresponds to a derivative of coumarin These probe molecules react effectively in solution with BF-, BCL ,, L1Cl forming the protonated or complexed coumarin whose absorption spectrum is very different from the initial spectrum (see Figures 12 and 13) . Coumarins do not react with X 2 . The MsI probe molecules l. Ms 12 and Ms 13 correspond to phthalocyanines.
La molécule sonde Ms 14 est la fluorescéine. Elle va servir d'exemple pour illustrer la détection de BF^. BCI3, HCl en solution.The Ms14 probe molecule is fluorescein. It will serve as an example to illustrate the detection of BF ^. BCI 3 , HCl in solution.
La molécule sonde Ms 15 est le crystal violet. Cette molécule fait partie de la famille des triarylméthanes.The Ms 15 probe molecule is crystal violet. This molecule belongs to the family of triarylmethanes.
2. DETECTION DE COMPOSES DE TYPE BX3, HX OU X2 2. DETECTION OF COMPOUNDS OF TYPE BX 3 , HX OR X 2
On a préalablement déterminé une propriété physico-chimique détectable par une technique d'analyse pour chacune des molécules sondes ci-dessus. A physico-chemical property detectable by an analysis technique has previously been determined for each of the above probe molecules.
Chacun des échantillons a ensuite été exposé pendant une durée variable à un gaz à détecter composé principalement du composé de type BX3, HX OU X2 pur sous une pression réduite, à un mélange gazeux d'azote contenant le polluant à des teneurs que Ton a fait varier (40 ppb à 500 ppm) ou par mise en contact d'une solution dans lequel un barbotage du gaz est effectué.Each of the samples was then exposed for a variable period of time to a gas to be detected composed mainly of the pure BX 3 , HX OR X 2 compound under reduced pressure, with a gaseous nitrogen gas mixture containing the pollutant at levels which were has varied (40 ppb to 500 ppm) or by contacting a solution in which a gas bubbling is performed.
Les expérimentations suivantes ont été effectuées : The following experiments were carried out:
La figure 6 montre les variations spectrales, en spectroscopie d'absorption, résultant de la réaction de Ms2 avec BCI3 dans le méthanol. Une solution de Ms2 5 I Q"5 mol. L" dans le méthanol à laquelle sera rajouté un aliquote d'une solution concentrée de BCI3 de telle sorte que la concentration de BCI3 soit en excès par rapport à celle de Ms2 (1.3 10" mol.L" ). Un spectre d'absorption initial de la solution de Ms2 est collecté (courbe en pointillé) avant addition de BCI3. Un spectre est collecté tous les 20 minutes après addition de et notamment. On observe la disparition de la bande d'absorption de MS2 centrée à 220 nm et l'apparition de deux nouvelles bandes d'absorption centrées à 288 et 358 nm. A partir des mesures de variation des absorbances à 288 et 358 nm en fonction de la concentration de BC I3, on peut tracer des courbes d'étalonnage qui serviront à la mesure quantitative de BCI3 en solution.Figure 6 shows the spectral variations, in absorption spectroscopy, resulting from the reaction of Ms2 with BCI 3 in methanol. A solution of 5 Ms2 IQ "5 mol. L" in methanol to which is added an aliquot of a concentrated solution of BCI 3 so that the concentration of BCl 3 is in excess with respect to that of Ms2 (1.3 10 " mol.L " ). An initial absorption spectrum of the Ms2 solution is collected (dotted curve) before addition of BCI 3 . A spectrum is collected every 20 minutes after addition of and especially. The strip of the disappearance is observed of MS2 absorption centered at 220 nm and the appearance of two new absorption bands centered at 288 and 358 nm. From the 288 and 358 nm absorbance variation measurements as a function of the concentration of BC I 3 , calibration curves can be plotted which will be used for the quantitative measurement of BCI 3 in solution.
La figure 7 montre les variations d'absorbance de MSl incorporée dans une matrice poreuse élaborée selon le procédé sol-gel lorsqu'elle est exposée à un flux de CI2 (gaz). Le dopage de la matrice poreuse est réalisé selon la méthode « en une seule étape » (one-pot) utilisée dans le procédé sol-gel. MsI est directement incorporée dans la solution de précurseurs dont la composition est : TMOS/EtOH/H2O/MSl = 1/4/4/0,1 1.7 shows the absorbance change of MSl incorporated in a porous matrix prepared by the sol-gel process when it is exposed to a flow of Cl 2 (gas). The doping of the porous matrix is carried out according to the "one-pot" method used in the sol-gel process. MsI is directly incorporated in the precursor solution whose composition is: TMOS / EtOH / H 2 O / MSl = 1/4/4 / 0.1 1.
Le mélange est agité sous ultrasons pendant 5 minutes. Des films poreux dopés de MsI sont préparés en trempant des substrats de quartz dans la solution et en les retirant à vitesse constante (9,6 cm min-1 ). Lorsque le film est exposé à un flux (50 mL.min-1) de mélange gazeux contenant 400 ppb de CI2, on observe la diminution de la bande d'absorption de MsI centrée à 220 nm au profit de l'apparition de deux nouvelles bandes centrées à 288 et 350 nm. De la même manière, à partir des mesures de variation d'absorbance à 288 et 350 nm en fonction de la teneur de Cl2 dans le flux gazeux et pour un même débit du flux, il sera possible de tracer des courbes d'étalonnage à partir desquelles on pourra déterminer la teneur de Cl2 dans un flux gazeux en exposant un film dopé de MsI à ce flux .The mixture is stirred under ultrasound for 5 minutes. MsI-doped porous films are prepared by soaking quartz substrates in the solution and removing them at a constant rate (9.6 cm min-1). When the film is exposed to a flux (50 ml.min-1) of gaseous mixture containing 400 ppb of CI 2 , the decrease in the MsI absorption band centered at 220 nm is observed in favor of the appearance of two new bands centered at 288 and 350 nm. In the same way, from measurements of absorbance variation at 288 and 350 nm as a function of the content of Cl 2 in the gas stream and for the same flow rate, it will be possible to draw calibration curves to from which we can determine the content of Cl 2 in a gas stream by exposing a film doped with MsI to this flow.
Quatre exemples de réactivité des molécules sonde de type halogénure d'ammonium sont montrés dans les figures 8 à 1 1. Ms5, Ms7 et Ms8 sont en même temps des agents structurants qui permettent l'obtention de films minces poreux nanostructurés, alors que Ms9 sert à la fois de molécule sonde et de matrice car Ms9 est un polymère. Ms5 est incorporé sous forme de micelles dans des films minces mésoporeux de structure 3D-hexagonale à base de polymères hybrides organique-inorganiques de silicium selon un protocole connu de la littérature [Bourgeois. À. ; Brunet Bruneau,Four examples of reactivity of the ammonium halide probe molecules are shown in FIGS. 8 to 11. Ms5, Ms7 and Ms8 are at the same time structuring agents which make it possible to obtain nanostructured porous thin films, whereas Ms9 serves both probe molecule and matrix because Ms9 is a polymer. Ms5 is incorporated as micelles in mesoporous thin films of 3D-hexagonal structure based on hybrid organic-inorganic silicon polymers according to a protocol known from the literature [Bourgeois. AT. ; Brunet Bruneau,
A. ; Fisson, S. ; Demarets, B. ; Grosso, D. ; Cagnol. F. ; Sanchez, C. ; Rivory, J., Thin Solid Films. (2004), 447-448, 46-50] et décrit ci-dessous.AT. ; Fisson, S.; Demarets, B.; Grosso, D.; Cagnol. F. Sanchez, C.; Rivory, J., Thin Solid Films. (2004), 447-448, 46-50] and described below.
La première étape consiste à préparer une solution pré-hvdrolysée Sp de précurseurs moléculaires contenant du tétra-éthoxy silane (TEOS), de l'éthanol, de l'eau et de l'acide chlorhydrique suivant les proportions molaires : TEOS : EtOH : H:O : HCl = 1 : 3 : 1 : 5.10" . Ce mélange est chauffé à reflux pendant une heure. Une seconde solution contenant de l'éthanol, de Peau acide (0,055 mol. L"' HCl) et MS5 est ensuite ajoutée à la solution Sp. La composition finale du sol est alors donnée par les proportions molaires suivantes : TEOS : EtOH ; H2O : HCl : MS5 = 1 : 20 : 5 : 0,004 : 0,10. Ce mélange est agité pendant 72 heures à température ambiante dans un récipient hermétique. Les films minces du matériau mésoporeux sont obtenus en déposant une fine couche du sol sur une lame en quartz par la méthode de « trempage à vitesse de retrait constante » (dip-coating). La vitesse de retrait appliquée dans la plupart des cas est de 3 mm. s" . Au cours du dépôt, le taux d'humidité dans la chambre du dispositif est fixé à une valeur comprise entre 40 % et 60 %. Le film est chauffé avec un épi-radiateur pendant 15 minutes à une température modérée (16O0C) pour rigidifïer le réseau inorganique sans détruire Ms5. Les micelles de Ms5 sont contenues dans des pores sphériques de 4,5±0.5 nm de diamètre moyen, disposés selon une structure 3D-hexagonale et séparés les uns des autres par une paroi poreuse de polymère inorganique de 2,5 ±0.5 nm d'épaisseur. Lors de l'exposition du film mince au BF3, les molécules de polluant diffusent rapidement via le réseau poreux du polymère vers les micelles de Ms5. La détection de BF3 est optique. On mesure Pabsorbance de Ms5 dans FUV. Celle-ci diminue quantitativement avec l'ajout de BFi gazeux (voir Figure 9).The first step is to prepare a pre-S p hvdrolysée solution of molecular precursors containing tetra ethoxy silane (TEOS), ethanol, water and hydrochloric acid in the molar proportions: TEOS: EtOH: H: O: HCl = 1: 3: 1: 5.10 " This mixture is refluxed for one hour and a second solution containing ethanol, acidic water (0.055 mol, L " HCl) and MS5 is then added. added to the solution S p . The final composition of the soil is then given by the following molar proportions: TEOS: EtOH; H 2 O: HCl: MS 5 = 1: 20: 5: 0.004: 0.10. This mixture is stirred for 72 hours at room temperature in an airtight container. The thin films of the mesoporous material are obtained by depositing a thin layer of the soil on a quartz slide by the method of "dip-coating". The removal speed applied in most cases is 3 mm. s ". During the deposition, the humidity in the chamber of the device is set at a value between 40% and 60%. The film is heated with an epi-radiator for 15 minutes at a moderate temperature (16O 0 C) to stiffen the inorganic network without destroying Ms5 The Ms5 micelles are contained in spherical pores of 4.5 ± 0.5 nm in mean diameter, arranged in a 3D-hexagonal structure and separated from each other by a porous wall of Inorganic polymer 2.5 ± 0.5 nm thick During exposure of the thin film to BF 3 , the pollutant molecules diffuse rapidly through the porous network of the polymer to the micelles of Ms5 The detection of BF 3 is optical The absorbance of Ms5 in FUV is measured, which decreases quantitatively with the addition of Bfi gas (see Figure 9).
Di\ erses structures organisées des micelles de Ms5 peuvent être obtenues selon les proportions de TEOS et de Ms5 telles que la structure cubiqueMultiple organized structures of Ms5 micelles can be obtained according to the proportions of TEOS and Ms5 such as the cubic structure
(0,1<MS5/TEOS<1 ), ou mixte cubique-hexagonale ou encore lamellaire. Dans tous les cas, les mieelles de Ms5 réagissent de la même façon avec le BF3. Seul. l'absorbance initiale de Ms5 varie avec sa concentration initiale.(0.1 <MS5 / TEOS <1), or mixed cubic-hexagonal or lamellar. In all In these cases, the Ms5 cells react in the same way with BF 3 . Alone. the initial absorbance of Ms5 varies with its initial concentration.
Ms7 est également un agent structurant. Du fait de la position terminale des deux ammoniums, ce qui permet d'obtenir des films minces de structure lamellaire.Ms7 is also a structuring agent. Due to the terminal position of the two ammoniums, which makes it possible to obtain thin films of lamellar structure.
Le protocole employé pour la préparation de films minces mésoporeux est identique à celui présenté pour Ms5, les proportions et les valeurs des paramètres indiquées sont similaires. Le film obtenu est chauffé avec un épi-radiateur pendant 15 minutes à une température modérée (1600C) pour rigidifier le réseau inorganique sans détruire les molécules sonde. Lors de l'exposition du film mince dopé de Ms7 au Cl2, les molécules de polluant diffusent rapidement via le réseau poreux du polymère vers Ms7. La détection de Cb est optique. On mesure Fabsorbance de Ms7 dans FUV. Celle-ci diminue quantitativement avec l'ajout de Cl2 gazeux (voir Figure 1 1).The protocol used for the preparation of mesoporous thin films is identical to that presented for Ms5, the proportions and values of the parameters indicated are similar. The resulting film is heated with an epi-radiator for 15 minutes at a moderate temperature (160 ° C.) to stiffen the inorganic network without destroying the probe molecules. During exposure of the thin film doped Ms7 to Cl 2, the pollutant molecules diffuse rapidly through the porous network of the polymer to Ms7. The detection of Cb is optical. The absorbance of Ms7 in FUV is measured. This decreases quantitatively with the addition of Cl 2 gas (see Figure 1 1).
Le spectre d'absorption de Ms7 est similaire à celui de Ms5. On observe une absorption dans l'UV avec un maximum centré vers 192 nm. Lorsque le film dopé de Ms7 est exposé à un flux (250 mL.min-1) de mélange gazeux contenant 200 ppb de Cl2, on observe la disparition de l'absorbance de Ms7 au profit de l'apparition d'une nouvelle bande d'absorption centrée autour de 267 nm. La réaction est très rapide et l'espèce formée à 267 nm possède un coefficient d'extinction molaire élevé. A partir des mesures de variation d'absorbance à 192 nm ou à 267 nm en fonction de la teneur de Cl2 dans le flux gazeux pour un débit fixe du flux, on peut tracer des courbes d'étalonnage qui serviront pour mesurer la teneur de Cl2 dans un mélange gazeux de composition inconnue, en exposant un film dopé de Ms7 à ce mélange gazeux.The absorption spectrum of Ms7 is similar to that of Ms5. UV absorption is observed with a maximum centered around 192 nm. When the doped Ms7 film is exposed to a flux (250 ml.min-1) of gaseous mixture containing 200 ppb of Cl 2 , the disappearance of the Ms7 absorbance is observed in favor of the appearance of a new band. absorption centered around 267 nm. The reaction is very fast and the species formed at 267 nm has a high molar extinction coefficient. From measurements of absorbance variation at 192 nm or at 267 nm as a function of the content of Cl 2 in the gas stream for a fixed flow rate, calibration curves can be drawn which will be used to measure the content of Cl 2 in a gaseous mixture of unknown composition, exposing a film doped with Ms7 to this gaseous mixture.
Le protocole employé pour la préparation de films minces mésoporeux dopés de Ms8 est identique à celui présenté pour Ms5. les proportions et les valeurs des paramètres indiquées sont similaires. Le film est chauffé avec un épi-radiateur pendant 15 minutes à une température modérée (1600C) pour rigidifier le réseau inorganique sans détruire les molécules sonde. Lors de l'exposition du film mince au Cl2- les molécules de polluant diffusent rapidement via le réseau poreux du polymère vers Ms8. La détection de Cl2 est optique. On mesure l'absorbance de MS8 dans FUV. Celle-ci diminue quantitativement avec l'ajout de Cl? gazeux au profit de l'apparition de deux nouvelles bandes centrées à 295 et 370 nm (voir Figure 10).The protocol used for the preparation of mesoporous thin films doped with Ms8 is identical to that presented for Ms5. the proportions and values of the parameters indicated are similar. The film is heated with an epi-radiator for 15 minutes at a moderate temperature (160 ° C.) to stiffen the inorganic network without destroying the probe molecules. When the exposure of thin film Cl 2 - pollutant molecules diffuse rapidly through the porous network of the polymer to Ms8. The detection of Cl 2 is optical. Measuring the absorbance of MS8 in UVF. This decreases quantitatively with the addition of Cl? in favor of the appearance of two new bands centered at 295 and 370 nm (see Figure 10).
Le film de Ms9 est préparé à partir d'une solution de MS9 dans l'eau en étalant une goutte de la solution sur un substrat en quartz. Le solvant est évaporé en chauffant le film à 80 0C. La réaction de Ms9 avec BCI3 a été étudiée en exposant un film dopé de Ms9 sous pression réduite de BCI3 gazeux dans une rampe à vide (voir Figure 8). MS9 réagit avec BCI3 comme MsI , Ms2 et Ms8. On observe la disparition de la bande d'absorption de Ms9 centrée à 220 nm au profit de l'apparition de deux nouvelles bandes centrées à 295 et 370 nm. Les mêmes expériences ont été réalisées à pression atmosphérique en exposant le film à un mélange gazeux contenant une teneur connue de BF3. A partir des mesures de variation d'absorbance à 295 et 370 nm en fonction de la teneur de BCI3 dans le mélange gazeux et pour un débit fixé du flux, on a tracé des courbes d'étalonnage. A partir de ces courbes, on a déterminé la teneur de BC13 dans un mélange gazeux, en exposant un film dopé de Ms9 à ce mélange.Ms9 the film is prepared from a MS9 solution in water by spreading a drop of the solution on a quartz substrate. The solvent was evaporated by heating the film at 80 0 C. The Ms9 reaction with BCl 3 was studied by exposing a film doped Ms9 under reduced pressure BCl 3 gas in a vacuum manifold (see Figure 8). MS9 reacts with BCI 3 as MsI, Ms2 and Ms8. The disappearance of the Ms9 absorption band centered at 220 nm is observed in favor of the appearance of two new bands centered at 295 and 370 nm. The same experiments were carried out at atmospheric pressure by exposing the film to a gaseous mixture containing a known content of BF 3 . From the measurements of change of absorbance at 295 and 370 nm depending on the content of BCl 3 in the gas mixture and for a fixed flow rate of the stream, were plotted calibration curves. From these curves, the content of BC13 in a gaseous mixture was determined by exposing a film doped with Ms9 to this mixture.
La réactivité des molécules sonde de la famille des coumarines est montrée dans les figures 12 et 13 avec les exemples de la coumarine 120, MsIO, en solution et incorporée dans une matrice poreuse.The reactivity of the probe molecules of the coumarin family is shown in FIGS. 12 and 13 with the examples of coumarin 120, Ms10, in solution and incorporated in a porous matrix.
Dans le premier exemple, une solution 5 10"4 mol. L"1 de coumarine 120 dans le méthanol est préparée. Des aliquotes sont prélevés à partir d'une solution mère de BF3 1.3 mol. L" dans le méthanol afin de préparer plusieurs solutions de coumarine 5 10" mol. L"1 contenant 10" . 10"" et 10"' mol. L"1 de BF3. Les variations spectrales observées dans la figure 12 montrent la disparition des bandes d'absorption de la coumarine 120 au profit d'une nouvelle espèce présentant deux bandes d'absorption entre 230 et 330 nm, dans un domaine de longueur d'onde où la coumarine absorbe peu. On peut observer les mêmes variations spectrales lors de l'ajout d'aliquots à partir d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique (HCl). A partir de la variation des absorbances à 350 nm ou à 270 nm en fonction de la concentration de BF3, on peut tracer des courbes d'étalonnage qui serviront à la détection et au mesurage de BF3. La coumarine 120 étant fluorescente, on a également mis à profit lesIn the first example, a solution of 10 -4 mol L- 1 of coumarin 120 in methanol is prepared. Aliquots are taken from a stock solution of BF 3 1.3 mol. L " in methanol to prepare several solutions of coumarin 5 " 10 mol. L "1 containing 10 " . 10 " and 10 " mol L "1 of BF 3 . The spectral changes observed in Figure 12 show the disappearance of the absorption bands of coumarin 120 in favor of a new species having two absorption bands between 230 and 330 nm, in a range of wavelength where the coumarin absorbs little. One can observe the same spectral changes during the addition of aliquots from an aqueous solution of hydrochloric acid (HCl). From the variation of the absorbances at 350 nm or 270 nm as a function of the concentration of BF 3 , calibration curves can be drawn which will be used for the detection and measurement of BF 3 . Since coumarin 120 is fluorescent, it has also benefited
variations d'intensité de fluorescence de la coumarine en présence de BX3 pour le mesurage de ces polluants. D'autres coumarines et plus particulièrement la C522, variations in fluorescence intensity of coumarin in the presence of BX 3 for measuring these pollutants. Other coumarines and more particularly the C522,
C500, C 102 ou encore C47 ont aussi été utilisées pour la mesure de BX3 ou HX par absorption ou fluorescence.C500, C 102 or C47 have also been used for the measurement BX 3 or HX by absorption or fluorescence.
Dans le 2u1ie exemple, la coumarine est incorporée dans une matrice nanoporeuse. Pour cela on prépare une solution de précurseurs contenant du tétra-méthoxy silane (TMOS), de l'éthanol, du tétrahydroxyfurane. de l'eau et de la coumarine 120 suivant les proportions molaires TMOS : EtOH : THF : H2O : C 120 = 1 : 1 ,95 : 1 ,4 : 4 : 0,0124. Ce mélange est agité sous ultrasons pendant 5 minutes puis laissé à maturer 24 heures dans un flacon hermétique. Les films minces du matériau mésoporeux sont obtenus en déposant une fine couche du sol sur une lame en quartz par la méthode de trempage à vitesse de retrait constante. La vitesse appliquée est de 3 mm. s"1. Au cours du dépôt, le taux d'humidité dans la chambre du dispositif est fixé à une valeur comprise entre 15 et 30 %. Lors de l'exposition du film mince à HCl, la coumarine réagit avec HCl et la détection est réalisée par une mesure optique. La coumarine étant fluorescente, il est possible de suivre en même temps les variations des spectres d'absorbance sur film et de fluorescence. Le spectre d'absorption initial du film comporte trois bandes ayant pour maximum 206, 234 et 348 nm (voir Figure 13). Avant exposition, lorsque le film est excité à 350 nm, il est fluorescent avec un maximum d'intensité à 440 nm. Lorsque le film dopé de MsIO est exposé à un flux (50 mL.min-1 ) de mélange gazeux contenant 45 ppm de HCl, on observe une diminution de l'absorbance à 234 et 348 nm et l'apparition de deux bandes d'absorbance à 265 et 278 nm. De façon concomitante, on observe la diminution de l'émission de fluorescence du film. A partir des mesures de variation d'absorbance et/ou de fluorescence en fonction de la teneur de HCl dans le flux gazeux pour un débit fixe du flux, on peut tracer des courbes d'étalonnage qui serviront pour mesurer la teneur de HCl dans un mélange gazeux de composition inconnue.In the second example, coumarin is incorporated into a nanoporous matrix. For this, a solution of precursors containing tetra-methoxy silane (TMOS), ethanol, the tetrahydroxyfuran. water and coumarin 120 in molar proportions TMOS: EtOH: THF: H 2 O: C 120 = 1: 1, 95: 1, 4: 4: 0.0124. This mixture is stirred under ultrasound for 5 minutes and then allowed to mature for 24 hours in an airtight bottle. The thin films of the mesoporous material are obtained by depositing a thin layer of the ground on a quartz plate by the method of soaking at a constant rate of shrinkage. The applied speed is 3 mm. s "1. During the deposition, the humidity in the chamber of the device is set at a value between 15 and 30%. Upon exposure of the thin film HCl, coumarin reacts with HCl and detection The coumarin is fluorescent, it is possible to follow the variations of the absorbance spectra on film and fluorescence at the same time.The initial absorption spectrum of the film comprises three bands having a maximum of 206, 234 and 348 nm (see Figure 13) Before exposure, when the film is excited at 350 nm, it is fluorescent with a maximum intensity at 440 nm When the doped MsIO film is exposed to a flux (50 mL.min -1) of gaseous mixture containing 45 ppm of HCl, there is a decrease in absorbance at 234 and 348 nm and the appearance of two bands of absorbance at 265 and 278 nm.Concomitantly, we observe the decrease of the fluorescence emission of the film. from the measurements of variation of abs orbance and / or fluorescence as a function of the HCl content in the gas stream for a fixed flow rate, calibration curves can be drawn which will be used to measure the content of HCl in a gaseous mixture of unknown composition.
La réactivité des tétrabenzoporphyrazines est également mise à profit pour la détection de BX3 ou HX en solution et en phase gazeuse. Un 1er exemple est montré a\ec MsI 1 utilisée soit en solution, soit déposée sur une lame en verre (voir Figures 14 à 16).The reactivity of tetrabenzoporphyrazines is also used for the detection of BX 3 or HX in solution and in the gas phase. 1 is an example shown to be used either in solution or deposited on a glass slide (see FIGS. 14-16).
Dans le premier cas, une solution l u"5 mol. L"' de MsI l dans l'éthanol est préparée à laquelle sont rajoutés des aliquotes d'une solution mère de BF3 1.3 mol. L"1 dans Kéthanol. On obtient ainsi diverses solutions de MsI l contenant du BF3 à différente concentration, 1.3 10"3 et 1.3 10" mol.L"1. En présence de BF3, la bande « Q », typique du spectre d'absorption dans le visible d'une tétrabenzoporphyrazine de symétrie D4h, diminue et disparaît au profit d'une nouvelle bande d'absorption de symétrie différente, correspondant à l'espèce issue de la réaction du BF3 avec les atomes d'azote des ponts aza du macrocycle (voir Figure 14). En mesurant les variations d'absorbance au-delà de 700 nm dans la région où seule la nouvelle espèce absorbe et en fonction de la concentration de BF3, on a tracé des courbes de calibration. A partir de celles-ci, on a dosé du BF3 dissous dans une solution contenant MsI l . Les tétrabenzoporphyrazines étant fluorescentes, on a également mesuré les variations d'intensité de fluorescence en fonction de la concentration de BF3.In the first case, a solution of "5 mol L " of MsI 1 in ethanol is prepared to which are added aliquots of a stock solution of BF 3 1.3 mol. L "1 Kéthanol. This provides various solutions to the MSI containing BF 3 in different concentration, 1.3 10" 3 and 1.3 10 "mol L" 1. In the presence of BF 3 , the band "Q", typical of the visible absorption spectrum of a tetrabenzoporphyrazine of symmetry D4h, decreases and disappears in favor of a new absorption band of different symmetry, corresponding to the species resulting from the reaction of BF 3 with the nitrogen atoms of the aza bridges of the macrocycle (see Figure 14). By measuring changes in absorbance beyond 700nm in the region where only the new species absorbs and depending on the concentration of BF 3, were plotted calibration curves. From these, dissolved BF 3 was assayed in a solution containing MsI 1. The tetrabenzoporphyrazines being fluorescent, the fluorescence intensity variations were also measured as a function of the concentration of BF 3 .
On a également déposé MsI l en étalant une goutte de solution de MsI l dans l'éthanol sur du verre. Après séchage, on obtient un spectre d'absorption deMsI was also plated by spreading a drop of MsI solution in ethanol on glass. After drying, an absorption spectrum of
MsI l différent de celui obtenu en solution et qui correspond à l'agrégation des molécules de MsI 1 sur le substrat. Lorsque le film de MsI 1 est exposé à une pression réduite de BF3 sous rampe à vide, on observe, comme en solution, un déplacement bathochrome important du spectre d'absorption de MsI l (voir Figures 15 et 16). La variation de l'intensité de la nouvelle bande d'absorption dans un domaine de longueur d'onde où MsI l n'absorbe pas peut être corrélée quantitativement à la concentration de BF3.MsI l different from that obtained in solution and which corresponds to the aggregation of MsI 1 molecules on the substrate. When the MsI 1 film is exposed to a reduced pressure of BF 3 under a vacuum ramp, a significant bathochromic displacement of the absorption spectrum of MsI 1 is observed as in solution (see FIGS. 15 and 16). The variation in the intensity of the new absorption band in a range of wavelength where the MSI does not absorb can be quantitatively correlated to the concentration of BF 3.
Un deuxième exemple d'étude de la réactivité d'une tétrabenzoporphyrazine, Ms 12, qui diffère de MsI 1 par la nature du métal central, est montré dans la figure 17. En solution, la réactivité de Ms 12 vis-à-vis de BF3 et HCl est très différente. Un faible déplacement bathochrome est observé en présence de BF3 en large excès alors que la protonation successive des azotes des ponts aza du macrocycle est observée en présence de HCl (voir Figure 18).A second example of a study of the reactivity of a tetrabenzoporphyrazine, Ms 12, which differs from MsI 1 by the nature of the central metal, is shown in FIG. 17. In solution, the reactivity of Ms 12 with respect to BF 3 and HCl is very different. A weak bathochromic displacement is observed in the presence of BF 3 in large excess while the successive protonation of azotes of aza bridges of the macrocycle is observed in the presence of HCl (see Figure 18).
La réactivité de la fluorescéine (Ms 14) avec BX? et HCl en solution ou en phase gazeuse a été étudiée. MsI 4 réagit très efficacement en solution avec BF3, BCI3 et HCl. Un exemple de la réaction de Msl4 10" mol. L" 1 dans le méthanol en présence de BF3 à diverses concentrations (10"'', 10"2 et 10"' mol. L"') est montré dans la figure 19. On observe lors de l'interaction de BF3 avec l'un des deux atomes d'azote ternaires la disparition des deux bandes d'absorption UV de Msl4 entre 230 et 330 nm. Avec des ajouts plus importants de BF3, l'interaction de BF3 avec le dernier atome d'azote ternaire interrompt totalement la délocalisation des électrons dans le macrocycle. La bande d'absorption de Ms 14, très intense dans le visible entre 425 et 550 nm. disparaît au profit d'une nouvelle bande déplacé vers le bleu. Il est possible de corréler quantitativement la variation d'absorbance de Ms 14 à 260 nm et à 510 nm en fonction de la concentration de BF3. Par ailleurs, Ms 14 étant fortement fluorescent, on a corrélé les variations de l'intensité de la bande de fluorescence de Ms 14 en fonction de la concentration de BF3. Les mêmes réactions sont observées avec BCI3 et HCl.The reactivity of fluorescein (Ms 14) with BX? and HCl in solution or gas phase has been studied. MsI 4 reacts very effectively in solution with BF 3 , BCI 3 and HCl. An example of the reaction Msl4 10 "mol. L" 1 in methanol in the presence of BF 3 at various concentrations (10 "', 10" 2 and 10 "' mol. L" ') is shown in Figure 19 During the interaction of BF 3 with one of the two ternary nitrogen atoms, the disappearance of the two UV absorption bands of Ms14 between 230 and 330 nm is observed. With larger additions of BF 3, the interaction of BF 3 with the last ternary nitrogen atom completely interrupts the delocalization of the electrons in the macrocycle. The absorption band of Ms 14, very intense in the visible between 425 and 550 nm. disappears in favor of a new band moved to blue. The absorbance variation of Ms 14 at 260 nm and at 510 nm can be correlated quantitatively with the concentration of BF 3 . Furthermore, since Ms14 is highly fluorescent, the variations in the intensity of the Ms 14 fluorescence band were correlated with the concentration of BF 3 . The same reactions are observed with BCI 3 and HCl.
Ms 14, solubilisée avec un surfactant (CTAB) dans le méthanol a également été déposée sur une lame de quartz puis exposée à une pression réduite de BCI3 (0,48 torr) (Figure 20). La réaction observée en phase solide est similaire à celle en solution. En mesurant les variations d'absorbance à 525 nm (ou de fluorescence à 600 nm) de Ms 14 en fonction de la teneur de BX3 gazeux, on peut établir les courbes de calibration pour le dosage de BX3 dans un mélange gazeux.Ms 14, solubilized with a surfactant (CTAB) in methanol was also deposited on a quartz slide and then exposed to a reduced pressure of BCI 3 (0.48 torr) (Figure 20). The reaction observed in the solid phase is similar to that in solution. By measuring the variations in absorbance at 525 nm (or fluorescence at 600 nm) of Ms 14 as a function of the content of BX 3 gas, the calibration curves for the determination of BX 3 in a gaseous mixture can be established.
Le cristal violet (MsI 5) illustre l'utilisation des triarylméthanes et plus particulièrement des aminotriarylméthanes comme molécules sondes. Ms 15 réagit avec BX3 et HCl aussi bien en solution qu'en phase gazeuse. La figure 21 montre les variations spectrales observées lorsqu'on ajoute des aliquotes d'une solution de BF3 1.3 mol. L" dans le méthanol à une solution 5 10" mol. L"1 de Msl 5. Dans une première étape L alors qu'on n'observe pratiquement pas de variation spectrale de Ms 15 dans le visible, l'intensité des bandes UV entre 200 et 330 nm décroit avec l'augmentation de la concentration en BF3 de 10"J à 10"' mol. L"1. L'augmentation de l'intensité des nouvelles bandes dans PUV peut être quantitativement corrélée à la concentration de BF3 ayant réagi avec Fun des sites azotés de MsI 5. Dans l'étape 2, en présence d'un large excès de BF3 (1 mol. L"1), la bande d'absorption de Msl5 dans le \isible (570 nm) ainsi que les bandes UV entre 230 et 330 nm disparaissent au profit de deux nomelles bandes dans le visible. Tune de faible intensité centrée à 430 nm et la seconde d'intensité plus élevée dont le maximum d'absorption est situé à 630 nm. Ces nouvelles bandes correspondent à Ms 15 dont tous les sites azotés ont réagi avec BF3. La variation de l'intensité de la bande à 570 ou à 650 nm peut être quantitativement corrélée à la concentration de molécules de BF3. BCI3 et HCl réagissent de la même manière avec MsI 5.Crystal violet (MSI 5) illustrates the use of the triarylmethane and more particularly aminotriarylmethanes as probe molecules. Ms 15 reacts with BX 3 and HCl both in solution and gas phase. Figure 21 shows the spectral variations observed when adding aliquots of a solution of BF 3 1.3 mol. L " in methanol to a 10 " mol solution. L "1 Msl 5. In a first step L, so that hardly observed spectral variation of 15 Ms in the visible, UV band intensity between 200 and 330 nm decreases with increasing the BF 3 concentration from 10 " to 10 " "mol. L "1. Increasing the intensity of the new bands in PUV can be quantitatively correlated to the concentration of BF 3 reacted with Fun nitrogen sites MSI 5. In step 2, in the presence of a large excess BF 3 (1 mol. L "1), the absorption band of Msl5 in the \ isible (570 nm) and UV bands between 230 and 330 nm disappears in favor of two nomelles bands in the visible. Tune of low intensity centered at 430 nm and the second of higher intensity whose maximum absorption is located at 630 nm. These new bands correspond to Ms 15, all the nitrogenous sites reacted with BF 3 . The variation of the intensity of the band at 570 or at 650 nm can be quantitatively correlated to the concentration of molecules of BF 3. BCI 3 and HCl react in the same way with MsI 5.
Ms 15 peut être déposé sur un substrat en quartz en étalant une goutte d'une solution de Ms 15 5 10~4 mol. L"1 dans le méthanol sur le substrat. Après séchage, le film de Ms 15 présente un spectre similaire à celui trouvé en solution (Figure 22). Le film est exposé sous pression réduite (4 torr) de HCl gazeux dans une rampe à vide. A cette pression, le nombre de molécules de HCl est élevé et la réaction avec le premier site azoté de Ms 15 est immédiate. La collecte des spectres 2 minutes après l'exposition montre déjà la seconde réaction de HCl avec le deuxième site azoté de MsI 5. On obtient la même variation spectrale que celle observée en solution avec l'excès de BF3, à savoir la disparition de la bande à 570 et des bandes dans FUV au profit de l'apparition de deux nouvelles bandes à 430 et 660 nm.(voir Figure 22).Ms 15 may be deposited on a quartz substrate by spreading a drop of a solution of Ms 15 5-10 ~ 4 mol. 1 " in methanol on the substrate After drying, the film of Ms 15 has a spectrum similar to that found in solution (Figure 22) The film is exposed under reduced pressure (4 torr) of gaseous HCl in a ramp to At this pressure, the number of HCl molecules is high and the reaction with the first nitrogenous site of Ms 15 is immediate.The collection of the spectra 2 minutes after the exposure already shows the second reaction of HCl with the second nitrogenous site. of MsI 5. The same spectral variation is obtained as that observed in solution with the excess of BF 3 , namely the disappearance of the band at 570 and bands in FUV in favor of the appearance of two new bands at 430 and 660 nm (see Figure 22).
La réaction est réversible. En pompant sous vide le film de Ms 15, on retrouve le spectre initial de Ms 15The reaction is reversible. By vacuum pumping the film of Ms 15, we find the initial spectrum of Ms 15
Enfin, un mélange de deux molécules sondes, Ms 13 et Ms 15, présentes dans la formulation de BICl) (la formulation contient 3 colorants : le Yellow 47 (CAS : 71077-14-0). le Violet 9 (CAS : 467-63-0) et le Solvent blue 38 (CAS : 1330-38-7)) ne formant pas de matrice a été utilisé soit directement sur une lame de mica soit en solution.Finally, a mixture of two probe molecules, Ms 13 and Ms 15, present in the formulation of BICl ) (the formulation contains 3 dyes: Yellow 47 (CAS: 71077-14-0), Violet 9 (CAS: 467- 63-0) and the non-matrix Solvent blue 38 (CAS: 1330-38-7) was used either directly on a mica slide or in solution.
Une première expérience est réalisée en déposant le mélange sur un substrat de verre. L'échantillon a été ensuite exposé sous pression réduite de BF3 dans une rampe à vide. En présence de 1 torr de BF3, on remarque que Ms 15 est le plus réactif vis-à-vis du BF3 car les variations spectrales correspondent déjà à l'étape 2 de complexation du 2eme site azoté de MS 15, l'étape 1 de complexation d'un site azoté par BF3 étant déjà fini (voir Figure 23). Un résultat similaire est observé lorsque le mélange Ms 13+Ms 15 est en solution dans l'éthanol. L'addition de HCl induit une protonation rapide des sites azotés de MsI 5. Les variations spectrales correspondent à la fin de l'étape 2, durant laquelle HCl réagit aussi avec Ms 13 (Figure 24).A first experiment is carried out by depositing the mixture on a glass substrate. The sample was then exposed under reduced pressure of BF 3 in a empty ramp. In the presence of 1 torr of BF 3, we note that MS 15 is the BF reactive vis-à-vis the 3 because the spectral variations already correspond to step 2 of complexation of the 2nd nitrogen site of MS 15, the Step 1 of complexation of a nitrogenous site by BF3 being already finished (see Figure 23). A similar result is observed when the Ms 13 + Ms 15 mixture is in solution in ethanol. The addition of HCl induces rapid protonation of the nitrogen sites MSI 5. spectral variations corresponding to the end of the step 2, during which HCl also reacts with MS 13 (Figure 24).
Ainsi, il est possible de mélanger différentes molécules sondes entre elles.Thus, it is possible to mix different probe molecules with each other.
3. QUANTIFICATION DE COMPOSES DE TYPE X2 3. QUANTIFICATION OF TYPE X 2 COMPOUNDS
II est possible également de quantifier la teneur en composés halogènes d'un flux gazeux en mesurant quantitativement une propriété physico-chimique dont la variation est dépendante de la teneur en composés gazeux halogènes.It is also possible to quantify the content of halogen compounds from a gas stream by quantitatively measuring a physicochemical property whose change is dependent on the content of halogenated gaseous compounds.
Par exemple, pour un film mince dopé de MS7, une nouvelle bande d'absorption avec un maximum à 267 nm est observée lorsqu'il est exposé à un flux gazeux contenant du chlore. L'intensité de cette bande augmente au fur et à mesure de l'exposition. La mesure de la vitesse de la variation de l'absorbance à 267 nm pour différentes teneur en chlore a montré que cette vitesse varie avec la teneur en chlore et qu'il est donc possible d'établir une courbe de calibration du capteur en représentant la vitesse de variation de l'absorbance en fonction de la teneur en chlore dans le flux.For example, for an MS7-doped thin film, a new absorption band with a maximum at 267 nm is observed when exposed to a gaseous flow containing chlorine. The intensity of this band increases as exposure increases. The measurement of the rate of the variation of the absorbance at 267 nm for different chlorine content has shown that this speed varies with the chlorine content and that it is therefore possible to establish a calibration curve of the sensor by representing the rate of change of absorbance as a function of the chlorine content in the stream.
La figure 25 est un exemple de courbe de calibration obtenue pour un film mince dopé de MS7 et déposé par trempage sur chaque face d'une lame de quartz. Ce film a été exposé de façon continue à un flux d'azote de 500 mL.min-1 dans lequel pendant de courtes périodes (< 5min) la teneur en Cl2 variait entre 40 et 200 ppb. La séquence appliquée dans cet exemple est la suivante : 0. 50 : 50 ; 100 ; 100 ; 150 ; 150 ; 200 et 200 ppb. Un autre exemple concerne un film mince dopé de MS8. Dans ce cas, deux nouvelles bandes d'absorption avec des maxima à 288 et 350 nm sont observées lorsque le film est exposé à un flux gazeux contenant du chlore. L'intensité de ces bandes augmente au fur et à mesure de l'exposition. La mesure de la vitesse de la variation de l'absorbance à 292 nm pour différentes teneurs en chlore a montré que cette vitesse varie avec la teneur en chlore dans le flux et en fonction de la quantité initiale de MS8 dans le film. Il est donc possible d'établir une courbe de calibration du capteur en représentant la vitesse de variation de l'absorbance normalisée par rapport à la teneur en MS8 dans le film en fonction de la teneur en chlore dans le flux.Figure 25 is an example of a calibration curve obtained for a thin film doped MS7 and deposited by dipping on each face of a quartz plate. This film was continuously exposed to a flow of nitrogen of 500 ml.min-1 in which for short periods (<5min) the Cl 2 content varied between 40 and 200 ppb. The sequence applied in this example is as follows: 0. 50:50; 100; 100; 150; 150; 200 and 200 ppb. Another example relates to a thin film doped with MS8. In this case, two new absorption bands with maxima at 288 and 350 nm are observed when the film is exposed to a gas flow containing chlorine. The intensity of these bands increases progressively from exposure. Measuring the rate of change in absorbance at 292 nm for different chlorine levels showed that this rate varies with the chlorine content in the stream and the initial amount of MS8 in the film. It is therefore possible to establish a calibration curve of the sensor by representing the rate of variation of the normalized absorbance with respect to the content of MS8 in the film as a function of the chlorine content in the stream.
La figure 26 est un exemple de courbe de calibration obtenue pour un film mince dopé de MS8 et déposé par trempage. Ce film a été exposé de façon continue à un flux d'azote de 500 mL.min" dans lequel pendant de courtes périodes (< 5min) la teneur en Cl2 variait entre 40 et 160 ppb. La séquence appliquée dans cet exemple est la suivante : 40 ; 40 ; 40 ; 80 ; 80 ; 120 ; 120 et 160 ppb.FIG. 26 is an example of a calibration curve obtained for a thin film doped with MS8 and deposited by dipping. This film was continuously exposed to a flow of nitrogen of 500 mL / min in which for short periods (<5min) the Cl 2 content varied between 40 and 160 ppb. The sequence applied in this example is the 40, 40, 40, 80, 80, 120, 120 and 160 ppb.
4. CELLULES DE PIEGEAGE DE COMPOSES DE TYPE BX3, HX OU4. CELLS FOR TRAPPING COMPOUNDS OF TYPE BX 3 , HX OR
X2X2
On a fabriqué des cellules de piégeage à partir d'un tube de verre de diamètre de 1,6 cm et de 1000 cm de longueur enroulé en hélice autour d'un axe central. On dispose ainsi d'un volume total de 2 litres pour le traitement de l'air pollué et d'une surface de 5024 cm" pour le dépôt d'un film de matériau poreux dopé de molécules-sonde. La structure en hélice de la cellule de piégeage permet de ralentir la diffusion du gaz et d'améliorer le contact entre les molécules de polluant et le film poreux et donc le piégeage du polluant.Trapping cells were made from a glass tube 1.6 cm in diameter and 1000 cm in length helically wrapped about a central axis. This provides a total volume of 2 liters for the treatment of polluted air and a surface of 5024 cm "for the deposition of a porous material film doped with probe molecules. The helical structure of the trapping cell makes it possible to slow down the diffusion of the gas and to improve the contact between the pollutant molecules and the porous film and thus the trapping of the pollutant.
A partir de 500 cmJ d'une solution Sol-Gel de précurseurs silices contenant des molécules-sonde 5 10"4 mol.L"'de MsI 5, un film mince de matériau poreux dopé de Ms 15 est déposé sur la paroi interne du tube hélicoïdal à l'aide d'un rotavapor. Le tube étant fermé à une des extrémités par un bouchon, on fait le tourner autour de son axe jusqu'à gélification du sol. Après évaporation des solvants résiduels, le film déposé a une épaisseur d'environ 124 μm et a une couleur violette.From 500 cm J of Sol-Gel solution of silica precursor containing probe molecules 5 10 "4 mol L" 'MSI 5, a thin film of porous material doped Ms 15 is deposited on the inner wall of the helical tube using a rotavapor. The tube being closed at one end by a stopper, it is rotated about its axis until gelation of the soil. After evaporation of the residual solvents, the deposited film has a thickness of about 124 microns and has a violet color.
Le système a été exposé à un flux contenant le polluant. Lorsque la couleur violette s'est estompée jusqu'à disparition complète, le système de piégeage a été saturé. En aval du tube, on a monté une pompe d'aspiration. 5. PIEGEAGE DE COMPOSES DE TYPE BX3. HX OU X2 The system was exposed to a flow containing the pollutant. When the purple color s is dimmed until complete disappearance, trapping system was saturated. Downstream of the tube, a suction pump was mounted. 5. TRAPPING OF BX-TYPE COMPOUNDS 3 . HX or X 2
Avec la cellule de piégeage décrite ci-dessus, le nombre total de moles de MsI 5 est de 2.5 10"4 mole. On peut aspirer au travers de cette cellule de l'air contenant 100 ppb de BF3 avec un débit de 1 L. min"1 pendant 930 heures. Le volume d'air traité est dans ce cas de 55,8 m With the trapping cell described above, the total number of moles of MsI 5 is 2.5 × 10 -4 mole Air can be drawn through this cell containing 100 ppb of BF 3 at a flow rate of 1 L min -1 for 930 hours. In this case, the volume of air treated is 55.8 m

Claims

REVENDICATIONS
1. Un procédé de détection d'un composé gazeux de type BX3. HX ou X2 BX3. HX ou X2 au sein d'un gaz à l'aide d'une composition contenant une molécule sonde, caractérisé en ce que la molécule sonde est une molécule dont la réaction avec un ou plusieurs composés de type BX3, HX ou Xj entraîne une variation d'au moins une de ses propriétés physico-chimiques cette variation étant mesurable par une technique d'analyse appropriée et la mesure de ladite propriété physico-chimique de la molécule sonde, telle qu'une propriété spectrale, ayant été préalablement effectuée, et en ce que l'on effectue dans cet ordre les étapes suivantes : a) mesure de ladite propriété physico-chimique de la molécule sonde, telle qu'une propriété spectrale, b) nouvelle mesure de ladite propriété, c) corrélation de la variation de ladite propriété spectrale entre l'étape de mesure préalable de ladite propriété physico-chimique de la composition et l'étape (b) à la présence dudit composé gazeux de type BX3, HX ou X2.1. A method for detecting a type of gaseous compound BX 3. HX or X 2 BX 3 . HX or X 2 in a gas using a composition containing a probe molecule, characterized in that the probe molecule is a molecule whose reaction with one or more compounds of BX 3, HX or Xj leads a variation of at least one of its physico-chemical properties this variation being measurable by a suitable analysis technique and measuring said physicochemical property of the probe molecule, such that a spectral property, having previously been performed, and in that the following steps are carried out in this order: a) measurement of said physico-chemical property of the probe molecule, such as a spectral property, b) new measurement of said property, c) correlation of the variation said spectral property between the step of preliminary measurement of said physicochemical property of the composition and step (b) with the presence of said gaseous compound of BX 3 , HX or X 2 type .
2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de mesure de ladite propriété physico-chimique.2. A method according to claim 1, characterized in that it further comprises the step of measuring said physico-chemical property.
3. Un procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite propriété physico-chimique de la composition est une propriété spectrale.3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that said physicochemical property of the composition is a spectral property.
4. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite propriété physico-chimique est Fabsorbance ou la fluorescence4. A method according to one of claims 1 to 3, characterized in that said physicochemical property is absorbance or fluorescence
5. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la molécule sonde est choisie parmi les halogénures de métaux alcalins, les halogénures d'ammonium quaternaire, la coumarine et ses dérivés, la porphyrazine et ses dérivés, la fluorescéine et ses dérivés, les triarylméthanes, les rhodamines, le crésyl violet, des dérivés de phénoxazine et les oxazones.5. A method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the probe molecule is selected from alkali metal halides, quaternary ammonium, coumarin and its derivatives, porphyrazine and its derivatives, fluorescein and its derivatives, triarylmethanes, rhodamines, cresyl violet, phenoxazine derivatives and oxazones.
6. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la molécule sonde est incorporée à une matrice. 6. A method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the probe molecule is incorporated in a matrix.
7. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la molécule sonde est de structure polymérique. 7. A method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the probe molecule is of polymeric structure.
8. Un procédé selon l'une des re\ endications 1 à 7. caractérisé en ce que le gaz est mis en contact avec la composition comprenant la molécule sonde sous forme d'un flux gazeux.8. A method according to one of claims 1 to 7. characterized in that the gas is contacted with the composition comprising the probe molecule in the form of a gas stream.
9. Un procédé de piégeage de composés gazeux de type BX3, HX ou X2 contenus dans un gaz. caractérisé en ce que l'on met en contact ledit gaz avec une composition contenant une molécule sonde dont la réaction avec un ou plusieurs composés de type BX3, HX ou X2 entraîne une variation d'au moins une de ses propriétés physico-chimiques, cette variation étant mesurable par une technique d'analyse appropriée. 9. A process for trapping gaseous compounds of type BX 3 , HX or X 2 contained in a gas. characterized in that the contacting takes said gas with a composition containing a probe molecule, the reaction with one or more compounds of BX 3, HX or X 2 causes a variation of at least one of its physicochemical properties this variation being measurable by an appropriate analysis technique.
10. Un matériau apte à réagir avec au moins un composé de type BX3, HX ou X2 sous forme gazeuse comprenant une matrice poreuse constituée d'une matrice de polymères inorganiques ou hybrides organique-inorganique élaborée selon le procédé sol-gel, ladite matrice poreuse contenant au moins une molécule sonde dont la réaction avec un ou plusieurs composés de type BX3, HX ou X2 entraîne une variation d'au moins une de ses propriétés physico-chimiques, cette variation étant mesurable par une technique d'analyse appropriée.10. A material capable of reacting with at least one type of compound BX 3 , HX or X2 in gaseous form comprising a porous matrix consisting of a matrix of inorganic or hybrid organic-inorganic polymers produced by the sol-gel process, said matrix porous containing at least one probe molecule, the reaction with one or more compounds of BX 3, HX or X 2 causes a variation of at least one of its physicochemical properties, this variation being measured by a technique appropriate analysis .
1 1. Un capteur pour composés de type BX3, HX ou X2 sous forme gazeuse caractérisé en ce qu'il comprend au moins un matériau ou une composition contenant une molécule sonde dont la réaction avec un ou plusieurs composés de type BX3, HX ou X2 entraîne une variation d'au moins une de ses propriétés physicochimiques, cette variation étant mesurable par une technique d'analyse appropriée, ledit matériau ou ladite composition étant déposé sur un substrat adapté à la technique d'analyse tel qu'une lame ou plaque de verre, de quartz de mica ou de fluorine.1. A sensor for type BX 3 , HX or X 2 compounds in gaseous form, characterized in that it comprises at least one material or a composition containing a probe molecule, the reaction of which with one or more compounds of BX 3 type, HX or X2 leads to a variation of at least one of its physicochemical properties, this variation being measurable by a suitable analysis technique, said material or composition is deposited on a substrate suitable for analysis technique such as a blade or glass plate, mica quartz or fluorite.
12. Un capteur selon la revendication 1 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une source d'excitation lumineuse et un collecteur. 12. A sensor according to claim 1 1, characterized in that it further comprises at least one light excitation source and a collector.
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