Published November 6, 2000 | Version v1
Report Open

Influence of sol-gel parameters on the properties of chemical optodes. Application to on-line analysis of high acidities

Description

An optical chemical sensor (optode) has been optimized to control high acidity levels (ranging from 1 to 10 N) of solutions from nuclear fuel reprocessing. The sol-gel process has been used successfully to prepare a porous silica layer doped with an indicator called Chromoxane Cyanine R (CCR). The sensor response represents changes in the absorption properties of the dye according to the acidity. In a first step, the leaching of the dye has been studied according to the sol-gel parameters. An experimental Hadamard matrix has been used to find the most influent parameters. The influent parameters resulting from the first step have been studied using a parametrical optimization based on a Doelhert experimental design. This optimization highlights a quantitative correlation between sensor response and the chemical parameters. Results indicate that the most suitable microporous xerogel films are those prepared using tetramethoxysilane at a pH set below the isoelectric point (lEP) of silica. The two other influent parameters are: water / alkoxide ratio (R) and aging temperature (Ta). The optimized values are R = 4 and Ta= 55 C. The lifetime of the sensor tested in a permanent circulation has been increased from several days to over 6 months in a 8 N nitric acid solution. Furthermore, this sensor can be used with hydrochloric and perchloric acids. (author)

Abstract (French)

Une optode chimique a ete optimisee pour la mesure en ligne de fortes concentrations d'acide nitrique (1 a 10 N) issues de l'industrie du retraitement du combustible nucleaire. Le principe de fonctionnement de cette optode est base sur l'absorption de lumiere d'un indicateur colore, le Chromoxane cyanine R (CCR) dont le spectre d'absorption evolue en fonction de l'acidite. Cet indicateur est emprisonne a la surface d'une fibre optique, dans une matrice de silice poreuse realisee par procede sol-gel. En s'appuyant sur l'etude de caracterisation de l'optode, il a ete possible de mener une etude de criblage sur les parametres de synthese en relation avec la reticulation du sol (par RMN 29Si). Cette etude a ete realisee a l'aide d'un plan d'experimentation base sur une matrice d'experiences d'Hadamard. Les parametres apparaissant comme les plus influents ont ete optimises a l'aide de reseaux ' uniformes de Doelhert'). Cette optimisation a permis de mettre en evidence une correlation quantifiable entre les reponses des optodes et les parametres de synthese des sols. Le parametre le plus influent est le pH de la phase aqueuse: lorsqu'il est fixe sous le point isoelectrique (PIE) de la silice, le xerogel microporeux permet de fabriquer une optode dont le signal est stable au cours du temps. Parmi les autres parametres influents, le taux d'hydrolyse est fixe a R = 4 et la temperature de murissement a 55 C. Le precurseur le plus approprie est le TMOS car il permet de fabriquer une couche qui se stabilise rapidement. Cette optode peut desormais fonctionner pendant plus de 6 mois en circulation continue d'acide nitrique 8 N (contre moins de 5 jours auparavant). Elle peut mesurer d'autres acides forts tels que les acides chlorhydrique et perchlorique

Files

46012671.pdf

Files (30.7 MB)

Name Size Download all
md5:20fe2cf8f2a48c5a504ffafbbfbf64dd
30.7 MB Preview Download

Additional details

Additional titles

Original title (French)
Influence des parametres de synthese sur les proprietes d'une optode chimique preparee par procede sol-gel. Application a l'analyse en ligne de fortes acidites

Publishing Information

Imprint Pagination
179 p.
Report number
FRCEA-TH--5439

Optional Information

Notes
97 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS cotacts' section of the INIS-NKM website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/; Also available from Service Commun de la Documentation, SCD Universite Montpellier 2 Place Eugene Bataillon Bat 8, 34090 Montpellier (France)