Une électrode ISFET est une électrode dont le système de détection du pH est basé sur des semi-conducteurs à effet de champs sensible aux ions ce qui permet d’obtenir un temps de réponse très court (de l’ordre de quelque secondes comparé à 30 à 60 secondes pour une électrode en verre, 15 pour les meilleurs).

Cette micro puce est intégrée dans une électrode en plastique très résistante et permet la mesure dans des échantillons semi-dure sans risque de casse par pénétration.

Autres avantage, la quantité d’échantillon nécessaire à une mesure est très faible : une seule goutte déposée sur le capteur suffit ou une portion d’un échantillon semi solide déposé sur le capteur (il faut juste qu’il recouvre le capteur).

De plus l’entretien est très simple. Pour le nettoyage, on peut utiliser une brosse à dent et de l’eau ou une solution spécifique (voir la partie : " comment entretenir une électrode ").

Le stockage ce fait à sec donc les frais de maintenance sont très faible en comparaison d’une électrode en verre.

Une intensité lumineuse élevée peut perturber la réponse de la sonde. Protéger la si nécessaire.

Compatibilité chimique : Eviter l’immersion prolongée dans les échantillons contenant du Tris et la sonde doit être minutieusement rincée à l’eau déminéralisée. N’utilisez pas ce type d ‘électrode avec de l’acide fluorhydrique de la n,n diméthylforamide ou du méthyléthylcétone ou des solvants apparentés. Lors de l’emploi de la sonde vérifier que les échantillons sont compatible avec le plastique ABS et l’époxy.

Remarque : Il faut savoir qu’une électrode IFSET ont une déviation standard de 0.08 et donne un résultat différent de -0.04 unité pH en moyenne par rapport au meilleur électrode de verre.

Vérifier en premier lieu que les électrodes neuves fonctionnent correctement. Pour cela, enlever le capuchon protecteur et inspecter l’électrode – si le verre est cassé ( regarder en particulier au voisinage de la membrane et du diaphragme) déposer immédiatement une réclamation.

Pour les électrodes en verre :

On peut observer des cristaux blancs au niveau du diaphragme, dus à l’électrolyte qui a coulé pendant le transport. Le sel formé est éliminé par rinçage à l’eau. Si la membrane est restée sèche pendant très longtemps, elle devra être immergée pendant au moins 12 heures dans l’eau (mais pas de l’eau déminéralisée) ou encore dans une solution de KCl à une quelconque concentration, le mieux est de l’immergée dans la solution conservation (LES201).

Pour les électrodes IFSET :

Nettoyer la zone de détection à l’eau froide ou chaude en faisant usage de la brosse à dents (à poiles doux). Avant d’entreprendre l’étalonnage, trempez la sonde dans un tampon à pH 7.00 pendant 10 min. Une cyclisation par deux ou plusieurs étalonnages se traduit par des résultats plus rapides et plus stables.

Une électrode à double jonction est une électrode constituée d’une double chambre : la chambre intérieure est une électrode standard et la chambre extérieure est remplie d’un électrolyte compatible avec la substance à mesurée, ce qui permet d’éviter toute fuite d’électrolyte vers la substance à mesurer ce qui est primordial lorsque la solution à mesurer à une très faible concentration ionique.

Il y a deux types d’étalonnage : avec ou sans électrode, c’est à dire en tenant compte ou non de l’usure et de l’imperfection de l’électrode.

• Etalonnage avec électrode :

L’étalonnage réside dans l’adaptation de l’appareil à deux valeurs caractéristiques de l’électrode :

• Potentiel de dissymétrie (délivrance de tension lorsque l’électrode est placée dans un tampon à pH 7) encore appelé point zéro. Ce point zéro est généralement compris entre –25 et +25 mV.
• Pente de l’électrode (délivrance de tension par unité de pH) ; cette valeur dépend de la température. Le gain théorique pour une unité est de 59,16 mV / pH à 25°C la valeur réelle obtenue est comprise entre 80 et 110% de cette valeur théorique.

Remarque : Si la valeur mesurée dans un tampon à 25 °C est inférieur à 47,3 mV par unité de pH, alors l’électrode est hors d’usage.

Il existe différents protocoles pour l’étalonnage des pH-mètres. Certains pH-mètres on une fonction de reconnaissance du tampon pH utilisé ce qui rend l’étalonnage très rapide.

• Pour la réalisation de l’étalonnage avec la méthode d’étalonnage en deux points on a besoin, de deux solutions tampon d’étalonnage du pH, à savoir une solution tampon d’étalonnage possédant environ un pH égale à 7 (NR1027) et une autre solution tampon d’étalonnage possédant une plage acide ou basique (NR1024 pour pH 4 ou NR1030 pour pH10). L’étalonnage devrait être réaliser en principe dans la plage de pH dans laquelle on effectue ultérieurement les mesures.

Il existe seulement 10 formulations de solutions étalons dont les valeurs de pH en fonction de la température sont reconnues internationalement (par l'International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) et par le National Institute of Science and Technology (NIST)). Les pH en fonction de la température de ces solutions sont inscris dans des tables (et diffèrent en fonction des normes : JIS, DIN, CON, NBS). Il faut donc vérifier les spécifications constructeurs, présente dans le manuel d’utilisation du pH-mètre pour choisir quelle norme de calibrage utiliser pour les appareils qui possèdent la fonction de reconnaissance automatique de tampon.

La dépendance de la pente de l’électrode vis-à-vis de la température est compensée par le pH-mètre en fonction d’un algorithme basé sur la loi de Nernst ( il s’agit soit d’une opération manuelle à l’aide d’un régulateur, soit la correction se fait automatiquement par l’intermédiaire du capteur de température intégré) La compensation de la température doit être réalisée lors de l’étalonnage et lors de la mesure.

Pour les pH-mètres où la compensation ce fait automatiquement il faut donc une sonde qui permet la mesure de température, cette thermosonde peut être intégrée à la sonde de mesure de pH (ex : LES340) ou séparée. Dans tous les cas, Il faut que l’électrode de mesure et l’échantillon à mesurer soit à la même température au risque d’avoir une dérive lors des mesures (jusqu’à ce que les deux éléments aient atteins la même température)

Pour les pH-mètres où la compensation ce fait manuellement, il faut relever la température sur un thermomètre standard

Lorsque des sondes de pH et de température sont placées dans un échantillon, la température dans l’échantillon n’est pas forcément homogène et par conséquent, I'électrode pH et la sonde de température ne sont pas à la même température. C’est pour cela qu’il est fortement conseillé d’agiter l’échantillon lors de la mesure (voir les Bonnes Pratiques de Laboratoires).

Pour remédier en partie à ce problème les sondes ISFET (transistors à effet de champ sensible aux ions) de SENTRON (NS7011, NS7014) contiennent un détecteur de température électronique intégré dans la sonde. La mesure du pH et la prise de température est réalisée au même endroit. Cet effet de " proximité " est identique pour les électrodes combinées avec thermosonde intégrée.

La dérive est alors diminuée et les erreurs dues à une différence d'environnement sont éliminées.

(La mise en œuvre dépend de l’appareillage il faut donc vous reporter au manuel d’utilisation.)

Remarque : L'influence de la température sur le pH-mètre en lui-même complètement négligeable néanmoins pour effectuer des mesures de grande exactitude, il faudra mettre son pH-mètre sous tension environ 30 minutes avant de procéder à un étalonnage ou à des mesures, de façon à ce que la température des composants internes du pH-mètre soit stationnaire

• Etalonnage sans électrode :

1- éteignez votre appareil

2- démontez l'électrode

3- à l’aide d’un objet métallique (trombone par exemple) ou d’un fil électrique, faites un 'court-circuit' au niveau du connecteur de l’électrode fixé sur le pH mètre.
Le pH mètre mesure 0 mV, ce qui implique l’affichage de pH = 7,00. S’il affiche une valeur différente, réglez le pour obtenir cette valeur.

4- à l'aide d’un petit montage électrique simple décrit ci-dessous :

Vous allez maintenant pouvoir étalonner votre appareil sur une autre valeur sachant que pour la température de 25° C, entre chaque degré pH il existe un écart de 59,16 mV, d'où le tableau suivant :

Si la température est différente, l'écart de tension entre chaque degré pH sera :

L’étalonnage effectué, remontez l'électrode.
Pour vérifier l’état de votre électrode : mesurez le pH d’une solution tampon étalon fraîche (NR1007), si votre électrode est précise, la valeur doit être identique, s’il y a un écart, effectuez plusieurs nettoyages voir même une régénération de l’électrode.

Effectuez à nouveau la mesure si l’écart persiste, il faudra en tenir compte dans les mesures suivantes dans la mesure ou la valeur de cet écart est constante.

Il est tout de même conseillé de changer l’électrode si la valeur mesurée dans un tampon à 25 °C est inférieur à 47,3 mV par unité de pH.

En règle générale, et si les Bonnes Pratiques de Laboratoires sont respectées par l'utilisateur, la durée d'utilisation d'une solution étalon de valeur de pH inférieurs à 8 est d'environ 3 mois, tandis que pour les solutions étalons de valeur de pH supérieurs à 8 (qui ont tendance à absorber le CO₂ présent dans le volume d'air à l'intérieur du flacon) cette durée est d'environ 2 mois.

L’entretient est réduit sur les électrolytes gélifiés mais l’exactitude et la longévité s’en trouvent réduite. De plus, il est impossible de renouveler l’électrolyte lorsqu’il est gélifié.

Un électrolyte gélifié est conseillé pour les pH-mètres portatifs effectuant des mesures simples dans des échantillons pouvant être contaminés.

• étalonnage et entretien réguliers de l’électrode avec changement de solution de remplissage
• Changement régulier de la solution tampon pH
• Agitation de l’échantillon
• Compensation automatique de la température avec une précision de +/- 0,1 °C
• Mémorisation horodatée des paramètres d’étalonnage
• Rappel de calibration avec l’alarme. (pente et point zéro de l’électrode)
• Vérification permanente de l’état de la chaîne de mesure.

• mélanger les solutions étalons provenant de différents flacons,
• Plonger les électrodes directement dans le flacon pendant l'étalonnage, mis à part les flacons disposant d’un bécher intégré (NR1004, NR1007, NR1010) qui permettent un étalonnage direct très pratique sur le terrain.
• Reverser dans le flacon après usage la solution qui a servit à un étalonnage.
• s'abstenir de rincer à l'eau déminéralisée et de sécher les électrodes, avant de les plonger dans un bécher contenant la solution étalon,

Laisser à l'air libre un bécher contenant une solution étalon, en vue d'une utilisation ultérieure.

On peut éliminer les salissements de l’électrode de mesure du pH dus à des graisses, des huiles et des substances analogues, avec de l’eau chaude et un agent de lavage ménager, et l’on peut éliminer des dépôts protéiniques à l’aide d’une solution de nettoyage à la pepsine ; l’électrode doit être immergée pendant environ 1 heure dans la solution de pepsine. Après nettoyage dans la solution de pepsine, il faut changer l’électrolyte dans le système de référence de l’électrode.

Des solutions de nettoyages complètes existent, elles permettent un nettoyage efficace et adapté aux électrodes (ce qui permet d’allonger leur durée de vie et d’obtenir un temps de stabilisation plus court).

Pour une contamination par des substances inorganiques : La solution de nettoyage LES10204

Pour une contamination par des substances organiques : La solution de nettoyage LES10205

Remarque : les électrodes à revêtement époxy ne doivent pas être utilisées dans des dissolvants organiques à polarisation élevée car le dissolvant dégrade la construction de l’électrode.

Pour nettoyer le diaphragme, il est recommandé de placer l’électrode pendant environ ½ H dans une solution de nettoyage à l’acide fluorhydrique. Après nettoyage dans la solution, il faut changer l’électrolyte (reportez-vous au manuel d’utilisation de votre électrode) dans la pièce de référence de l’électrode.

Remarque : La membrane de l’électrode ne doit pas être essuyée par frottement (en raison des charges électrostatiques que cela peut produire) mais il faut tout de même les essuyer avec un papier absorbant.

Il suffit d’un simple nettoyage avec de l’eau un détergeant ménagé et éventuellement une brosse (type brosse à dents). Vous pouvez aussi utiliser les solutions de nettoyage cité précédemment.

Le stockage des électrodes IFSET se fait à sec et surtout pas dans une solution quelle qu’elle soit.

Si l’on ne peut plus régler sur l’appareil les valeurs d’étalonnage à savoir le zéro et de la pente après avoir effectué plusieurs nettoyages voir même une régénération de l’électrode, c’est que l’électrode est usée.

On peut le vérifier aussi à l’aide du gain de sortie qui doit être supérieur 47,3 mV par unité de pH à 25 °C (voir dans la rubrique Etalonnage : " Etalonnage sans électrode ".)

Lorsqu’une électrode de référence est livrée sèche, il y a lieu de prendre quelques précautions pour un remplissage correct au moyen d’un électrolyte au choix de l’utilisateur.

En effet, pour que l’élément de référence intérieur soit parfaitement imprégné par l’électrolyte de remplissage, il est nécessaire de purger complètement l’air inclus dans la pâte constituant cet élément.

Pour cela, après avoir rempli l’intérieur de l’électrode avec l’électrolyte choisit, jusqu’au niveau de la tubulure latérale, plonger l’extrémité de l’électrode (pastille poreuse ou fibre) dans un bécher contenant le même électrolyte et créer une légère dépression à l’intérieur de l’électrode en reliant la tubulure latérale à une source de vide. On doit voir alors de petites bulles d’air se dégager de la partie inférieure de l’élément de référence interne. Lorsque le dégagement gazeux a complètement cessé, supprimer le vide. L’électrolyte doit alors monter rapidement à l’intérieur de l’élément de référence, imprégnant complètement la pâte, ce qui se manifeste par le changement instantané de coloration de celle-ci.

L’électrode doit être conservée dans une solution tamponnée (de nature identique à l’électrolyte si possible) LES10201. Elle ne doit en aucun cas être conservée dans de l’eau distillée ou pire encore conserver à sec. II est recommandé d'inspecter les électrodes chaque semaine pour vérifier s’il n’y a pas de rayures, de fissures ou même simplement une accumulation de cristaux salins ou de sédiments sur la jonction et la membrane. La chambre de référence des électrodes pH rechargeables doit être vidée et rincée à l'aide d'une solution de remplissage fraîche et remplie de nouveau.

Il faut bien entendu vérifier le niveau de l’électrolyte (qui doit être à pH 7) mais il faut aussi vérifier que la solution est bien saturée, le meilleur moyen est de laisser quelques cristaux de KCl au fond de la solution de référence.

Le diaphragme peut s'encrasser et se dessécher. De même, le bulbe en verre, peut se déshydrater. Suivre la procédure suivante , pour réactiver l'électrode :

S'assurer que l'électrode est remplie avec l'électrolyte adéquat.

Chauffer 50 ml de KCl 3M LES10101 à 60°C dans un bécher. Immerger l'électrode pendant 2 minutes pour désencrasser la jonction.

Ensuite rincer dans de l'eau distillée.

Tremper toute une nuit dans une solution de HCl 0.1M, puis dans une solution de conservation pour électrode pendant au minimum deux heures.

Une électrode usagée est susceptible d'entraîner un temps de réponse beaucoup plus long. En règle générale, il est conseillé de changer d'électrode, néanmoins les procédures suivantes peuvent aider à prolonger la durée de vie d'une électrode :

Immerger l'électrode pendant 20 secondes dans une solution d'Ammonium Bifluoride ref. LES 10206
à 10 %. Rincer immédiatement, avec de l'eau, et laisser l'électrode dans une solution de conservation pendant deux heures. Rincer avec de l'eau distillée et calibrer l'électrode.

Il est possible de conserver les solutions étalons entamés au réfrigérateur, évidemment il faudra les sortirs du réfrigérateur suffisamment à l’avance pour quelles soit bien à température ambiante lors de la mesure. Pour la conservation des solutions étalons à température ambiante il est conseillé de les placer dans un placard (à l’abri du soleil, de la chaleur, et de vapeur agressive).