Une école de l'Université de Lorraine

Solutions aqueuses

Solutions aqueuses

Sels inorganiques

Cette thématique s'intéresse à l’identification et quantification de diverses substances (minérales ou  organiques) en solutions aqueuses par spectrométrie Raman et éventuellement la conception et mise au point d’un capteur approprié. L'objectif est d'étudier les signatures Raman spécifiques de différents sels inorganiques tels que le nitrate, le nitrite, le sulfate, le phosphate ou encore le chlorure et leurs réponses spectrométriques en fonction de différents paramètres tels que la température ou la concentration. Les ions polyatomiques donnent des signatures caractéristiques sous forme de raies Raman utiles pour leur identification dans une solution à travers leurs positions, mais aussi  perturbent la réponse des  bandes des liaisons O-H du spectre de l’eau. L’étude de ces perturbations est indispensable pour certains anions monoatomiques comme les  halogénures (chlorures, fluorures etc.) puisque ceux-ci ne donnent pas de signatures spécifiques mais influencent uniquement le spectre de l'eau, ce qui rend leurs détections et leurs mesures bien plus difficiles, voire impossibles dans le cas de solutions mélanges de sels. L'utilisation des méthodes statistiques permet de décorréler les différentes influences provenant des différents ions dans une solution mélange tout comme l'influence de la température.

Ainsi, nos recherches ont permis d’obtenir les résultats suivants :

  • une base de données des signatures de plusieurs sels en solution, permettant leur identification.
  • un étalonnage de la concentration de chaque substance, à partir de leur intensité Raman, après un pré-traitement du signal.
  • divers traitements des données (par analyse chimiométrique) permettant de repousser les limites de détection des produits vers des plus faibles quantités.

Acide gallique et SERS

Une application particulière concerne le contrôle de l’acide gallique, substance utilisée pour limiter la prolifération d’algues dans les lacs et les étangs. Dans ce cas c’est la technique SERS qui de manière originale a été mise au point. En effet par rapport au Raman « classique » seule cette technique permet d’atteindre des mesures de concentration d’acide gallique de l’ordre du mg/l avec  une bonne précision. Les différents traitements de spectres testés et développés sont ensuite appliqués pour la conception d'un capteur optique qui soit capable d'identifier en une seule mesure et de façon in situ les différents ions présents dans une solution et d'en donner leurs concentrations respectives.

A cette fin, l'équipe conçoit et développe un capteur Raman (et SERS) à relativement bas coût à base d'éléments optiques standards pour l'instrumentation et de logiciels d'acquisition et de traitement du signal adaptés. Ainsi notre capteur SERS est capable de détecter des traces (PPB) d’un produit actif en dépit de mesures de terrain assez complexes.

Exemples

"Inorganic salts diluted in water probed by Raman spectrometry: Data processing and performance evaluation"
T.H. Kauffmann and M.D. Fontana
Sensors and Actuators B: Chemical 209 (2015) 154-161 DOI: 10.1016/j.snb.2014.11.108

"Monitoring deprotonation of gallic acid by Raman spectroscopy"
J. Huguenin, S. Hamady, P. Bourson
Journal of Raman Spectroscopy 46(7) (2015) DOI: 10.1002/jrs.4752