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JF Perrin mise à 2019
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Ce qui suit ci-dessous est extrait de : Cheng-En Lue, Ting-Chun Yu, Chia-Ming Yang, Dorota G. Pijanowska, and Chao-Sung Lai ; Optimization of Urea-EnFET Based on Ta2O5 Layer with Post Annealing ; Sensors 2011,11,4562-4571.
La partie transducteur du capteur utilise un capteur dit pH isFET (pH ion sensitive field effect transistor). Il n'est pas nécessaire d'être compétent et je ne suis pas compétent en technologie des transistors à effet de champ pour comprendre les explications qui suivent.
L'uréase catalyse spécifiquement la réaction de dégradation de l'urée (H2N-CO-NH2) en NH3 et H2N-COOH (carbamate). Le carbamate se décompose ensuite spontanément en NH3 et H2CO3.
Conclusion : à pH 6,0 NH3 est déplacé totalement sous forme NH4+ - ce qui consomme 2 H+ pour les 2 NH3 de l'hydrolyse de l'urée - et H2CO3 n'est que partiellement déplacé vers HCO3-. Ainsi à pH 6 l'hydrolyse de l'urée est alcalinisante.
H2N-CO-NH2 + 2 H3O+ ----------> H2CO3/ (HCO3-+H+) + 2 NH4+Le capteur utilise ainsi de l'uréase immobilisée qui va générer localement une augmentation de pH, c'est cet effet physicochimique d'alcalinisation que doit mesurer le transducteur associé.
Le transducteur utilisé est un capteur de pH particulier : un capteur pH isFET (pH ion sensitive field effect transistor). C'est un transistor dont la partie qu'on appelle grille porte une couche sensible au pH.
Un transistor classique à effet de champ propose 3 « bornes » : la source, le drain, la grille. La grille n’a besoin que d’une tension appliquée entre la grille et la source pour contrôler le courant entre le drain et la source. Et Le capteur pH isFET possède une grille porte avec couche sensible au pH et finalement la différence de potentiel grille-source (Vgs) à appliquer pour un courant drain-source à intensité constante (Ids) est fonction du pH du milieu dans lequel baigne la grille. Et hop, on a ainsi un capteur de pH !
Voici ci-dessous une figure montrant comment ce capteur répond à l'urée.
