Le principe de mesure d’un capteur optochimique de l’oxygène se base sur l’effet de la diminution dynamique de la luminescence par l’oxygène moléculair. Ce type de capteur d'oxygène est fréquemment utilisé dans l'industrie pharmaceutique, l'industrie de la recherche médicale et dans l'industrie des boissons. Les capteurs d'oxygène optochimiques à la pointe de la technologie sont essentiellement sans entretien par rapport à un optode électrochimique (également connu sous le nom d'électrode de Clark). De plus, le temps de réponse est plus rapide et la mesure ne consomme pas d'oxygène (c'est une mesure non consomptive).
Capteur optochimique de l’oxygène
Comment fonctionne la mesure de l'oxygène optochimique ?
Figure 1 : Configuration technique d'un capteur d'oxygène optochimique
Une LED de longueur d'onde appropriée illumine la couche luminescente, le colorant (couche luminescente) absorbe la lumière d'excitation, et par conséquent les molécules de la couche sont transférées à un état excité. En revenant à l'état de base, le colorant émet une lumière d'une longueur d'onde différente, moins énergétique. (La lumière émise est appelé luminescence.) Cette lumière émise est détectée par un photodétecteur et amplifiée. Si une atmosphère sans oxygène, par ex. de l'azote pur, est présente, l'énergie émise est élevée. (Figure 2) Plus il y a de l’oxygène présent, plus de l’énergie est transférée du colorant excité vers les molécules d’oxygène. L'oxygène, même s'il absorbe de l'énergie, n'émet pas de lumière et donc, une fois que l'oxygène est présent, la quantité de lumière émise par le colorant sera moindre.
En bref, plus il y a d'oxygène, moins le colorant émet de lumière. Le fait que l’oxygène remplace l’énergie du colorant excite est appelé « extinction dynamique de la luminescence » (Schéma 3)
Figure 2 : Processus de luminescence en l'absence d'oxygène
Figure 3 : Processus de luminescence avec oxygène
Unités
Les unités les plus courantes pour la mesure de l'oxygène sont [ppb] ou [µg/L], [ppm] ou [mg/L], [ % de saturation en O₂], [ % de saturation en air] et [Torr].
Pour l'industrie des boissons, les unités les plus fréquemment utilisées sont ppb et ppm. Qu'est-ce qu'un ppm ?
ppm = mg/L = partie(s) par million = 10-6
Qu'est-ce qu'un ppb ?
ppb = µg/L = partie(s) par milliard = 10-9
Pour avoir une meilleure idée de ce qu'est réellement un ppb, on peut le voir comme 1 seconde dans presque 32 ans !
Avantages
Facile à entretenir
La mesure optochimique de l'oxygène ne nécessite pas de solutions électrolytiques ni d'échange de l'anode/cathode. Seul le capuchon du capteur O₂ doit être remplacé. Par conséquent, un capteur optochimique est facile à entretenir et les frais de service sont faibles.
Temps de réponse rapide
L'oxygène n'a pas besoin de diffuser à travers une membrane – par conséquent, les temps de réaction et de réponse sont beaucoup plus rapides.
Indépendant du flux d'échantillon
En raison de l'indépendance du flux d'échantillon, des lectures d'oxygène fiables peuvent être obtenues.
