Fonctionnalisation de surface par nébullisation gazeuse en spéctrométrie de masse pour applications senseurs et systèmes antennaires

Surface functionalization by gas nebulization in mass spectrometry for sensor and antenna systems applications

• Auteur / Autrice : Antoine Denis
• Direction : David Rondeau, Xavier Castel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 06/11/2020
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : MATHSTIC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détecteurs de produits chimiques

Molybdène

Halogénures

Spectrométrie de masse

Mots clés libres

Spectrométrie de masse

Halogénures de molybdène

Capteurs chimiques

Antennes

Circuits

Ondes millimétriques

Soft-Landing

Mass spectrometry

Molybdenum halides

Chemical sensors

Antennas

Circuits

Millimeter waves

Soft-Landing

Résumé

Ce manuscrit décrit la conception de capteurs de gaz communicants utilisant une couche sensible élaborée à partir d’un dépôt d’ions d’halogénures de molybdène ([Mo6X14] 2- avec X = Cl, Br ou I) dont la réactivité chimique vis-à-vis de molécules oxygénées, a fait l’objet d’une étude préliminaire en spectrométrie de masse analytique. La fonctionnalisation de surface du capteur est d’abord réalisée grâce à l’utilisation d’une source electrospray (ESI) dont la nébulisation en gouttelettes chargées est dirigée à pression atmosphérique, vers un support positionné sous le spray. La variation des caractéristiques diélectriques du matériau de surface a pu être associée à une interaction spécifique de la couche sensible avec un composé gazeux. La transduction du signal électromagnétique dans le domaine millimétrique a été développée au travers de l’analyse des paramètres de répartition Sij du dispositif et/ou de son diagramme de rayonnement. Des premiers tests de sensibilité et de sélectivité à la détection ont été réalisés à partir de de molécules gazeuses comme le méthanol et l’acétonitrile. Dans le but d’améliorer les performances des capteurs communicants, une méthode de dépôt d’ions de haute pureté a été initiée au travers de l’utilisation de la technique d’ion soft landing. Dans ce contexte, les modifications instrumentales qui ont été nécessaires au dépôt d’ions sélectionnés sous vide et selon leur rapport m/z, ont été précédées d’études de modélisation de leur comportement et de leur trajectoire dans le spectromètre de masse.

This manuscript describes the design of communicating gas sensors using a sensitive layer produced from a layer of molybdenum halide ions ([Mo6X14] 2- with X = Cl, Br or I) which reacts chemically with oxygenated molecules, was the subject of a preliminary study in analytical mass spectrometry. The surface functionalization of the sensor is first achieved through the use of an electrospray source (ESI) that nebulization in charged droplets is sent under atmospheric pressure, to a target located under the spray. The variation of the dielectric characteristics of the layer is associated to a specific interaction of the sensitive layer with a gaseous compound. The millimeter wave signal transduction was developped through the analysis of the scattering parameters Sij of the device and/or its radiation pattern. The first detection sensitivity and selectivity tests were carried out based on the detection of gaseous molecules such as methanol and acetonitrile. In order to improve the performance of the communicating sensor, a high purity ion deposition method has been initiated through the use of the ion soft landing technique. In this context, the instrumental modifications that were necessary for the deposition of the selected ions under vacuum and according to their m/z ratio, were preceded by modeling studies of their behavior and their trajectory into the mass spectrometer.