Nouvelles stratégies instrumentales pour la mesure de courants électrochimiques ultra-faibles - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

New instrumental strategies for ultra-low electrochemical currents measurement

Nouvelles stratégies instrumentales pour la mesure de courants électrochimiques ultra-faibles

Rabia Djoumer
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1369648
  • IdRef : 276730895

Résumé

The measurement of faradic currents associated with the detection of a very small number of molecules, or even a single molecule, remains a major instrumental challenge in nanoelectrochemistry. These currents, of the order of fA, are to date measured exclusively by electronic devices specialized in this task. The accuracy of the measurements is inevitably limited by the electronic noise of the apparatus, which can be significantly reduced by improving the electronic measurement scheme. This is what we demonstrate by developing a capacitive feedback transimpedance circuit whose sensitivity and bandwidth performances are, in the fA range, significantly better than those of the resistive feedback transimpedance current meters conventionally used in electrochemistry. However, the quantitative leap represented by the measurement of currents significantly lower than fA cannot be achieved without proposing radically new measurement strategies. Therefore, in this thesis, an alternative to the 'direct' measurement of faradic currents by electronic devices is proposed. It consists in the conversion of the electrochemical current into a light emission, by an original coupling system based on the classical potentiostatic setup. Any redox reaction, generating a faradic current of interest at the working electrode of the setup, is quantitatively coupled to a reverse redox reaction, generating light at the counter electrode via the production of a luminescent species (fluorescent or electrochemiluminescent). We bring the proof of principle of this current/light conversion scheme, discuss and improve its sensitivity and bandwidth and apply it to the detection of the collision of platinum nanoparticles with a carbon ultramicroelectrode. To our knowledge, this is the first coupling between nanoparticle collision and light emission in a potentiostatic setup.
La mesure des courants faradiques associés à la détection d’un très faible nombre de molécules, voire d’une molécule unique, reste un défi instrumental majeur en nanoélectrochimie. Ces courants, de l’ordre du fA, sont à ce jour mesurés exclusivement par des appareils électroniques spécialisés dans cette tâche. La précision des mesures réalisées est inévitablement limitée par le bruit électronique de l’appareillage, qu’il est possible de réduire sensiblement en améliorant le schéma électronique de mesure. C’est ce que nous démontrons en développant un montage transimpédance à contre-réaction capacitive dont les performances en sensibilité et en bande passante sont, dans la gamme du fA, meilleures que celles des mesureurs de courant transimpédance à contre-réaction résistive classiquement utilisés en électrochimie. Cependant, le saut quantitatif que représente la mesure de courants notablement inférieurs au fA ne saurait être réalisé sans proposer des stratégies de mesure radicalement nouvelles. Aussi, dans le cadre de cette thèse, une alternative à la mesure ‘directe’ de courants faradiques par des appareils électroniques est-elle proposée. Elle consiste en la conversion du courant électrochimique en une émission lumineuse, par un système de couplage original basé sur le montage potentiostatique classique. Une réaction redox quelconque, générant un courant faradique d’intérêt à l’électrode de travail du montage, est couplée quantitativement à une réaction redox inverse, générant de la lumière à la contre-électrode via la production d’une espèce luminescente (fluorescente ou électrochimiluminescente). Nous apportons la preuve de principe de ce schéma de conversion courant/lumière, discutons et améliorons sa sensibilité et sa bande passante et l’appliquons à la détection de la collision de nanoparticules de platine avec une ultramicroélectrode de carbone. Il s’agit à notre connaissance du premier couplage réalisé entre collision de nanoparticules et émission lumineuse, en montage potentiostatique.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04527118 , version 1 (29-03-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04527118 , version 1

Citer

Rabia Djoumer. Nouvelles stratégies instrumentales pour la mesure de courants électrochimiques ultra-faibles. Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]. Université Paris Cité, 2022. Français. ⟨NNT : 2022UNIP7323⟩. ⟨tel-04527118⟩
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