Étude des effets des nanoparticules de silice sur la détection électrochimique des ions à l’interface liquide-liquide

par Martha Collins

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Marc Hébrant et de Grégoire Herzog.

Le président du jury était Sabine Bouguet-Bonnet.

Le jury était composé de Mark Platt, Daniela Iacopina, Agnès Hagege.

Les rapporteurs étaient Mark Platt, Daniela Iacopina.


  • Résumé

    L’interface entre deux solutions électrolytiques immiscibles (ITIES) peut agir comme un support pour l’assemblage de nanoobjets. Cela présente de nombreux avantages : les particules ne requièrent pas d’ingénierie particulière pour leur obtention, peuvent s’assembler dans des conditions qui leur sont propres, sont pratiquement non dégradables et facilement renouvelables. Les recherches actuelles portent tant sur leur utilisation potentielle en tant que plateformes pour des appareils optiques ajustables, pour des capteurs ou encore pour de la catalyse. L’adsorption de nanoparticules de silice, dense ou mésoporeuse, à l’interface liquide-liquide a été étudiée par voltammétrie en courant alternatif. L’interaction des nanoparticules de silice avec le bleu de méthylène et l’éosine B a été étudiée par voltammétrie cyclique et spectrophotométrie. Les constantes thermodynamiques d’adsorption du bleu de méthylène ont été déterminées à 1.66 105 et 3.68 103 sur les particules de silice dense et mésoporeuse respectivement. La variation de constante entre les deux types de silice repose essentiellement sur leur état d’ionisation respectif. L’énergie de Gibbs de transfert entre phase liquide est modifiée de 8.9 kJ mol-1 en présence de nanoparticules denses ce qui donne des indications sur le mécanisme de transfert du bleu de méthylène en présence de nanoparticules. Mettant à profit l’aptitude de la silice à accumuler le bleu de méthylène et à s’adsorber sur l’interface liquide il nous a été possible d’améliorer la sensibilité de la détection électrochimique. L’éosine B n’a aucune interaction avec les particules de silice. Nos efforts ont ensuite porté sur l’amélioration de la sélectivité du transfert électrochimie par l’utilisation de nanoparticules de silice à empreinte moléculaire. Des nanoparticules de silice dense à empreinte moléculaire de Diclofénac (DIN) ont été synthétisées. Cette molécule est un anti-inflammatoire non stéroïdien très largement utilisé et figurant sur la liste européenne des polluants émergents. Les constantes d’affinité du Diclofénac pour les DIN et les particules équivalentes sans empreinte sont de 7.47 108 et 2.96 107 respectivement ce qui démontre clairement la présence d’empreintes ayant une forte affinité pour le diclofénac au sein des particules. Des molécules analogues (Diclofénac acide, Aceclofenac, acide 4 phenyl-azo benzoique) ont été testées et ont une affinité faible pour les DIN. En électrochimie, l’ajout de DIN bloque le transfert de Diclofénac à l’interface liquide-liquide

  • Titre traduit

    Study of the effect of silica nanoparticles on the electrochemical analysis of ions at the liquid-liquid interface


  • Résumé

    The interface between two immiscible electrolyte solutions (ITIES) can act as a scaffold for the assembly of nanometer-sized objects. The assembly of nanoparticles at liquid-liquid interfaces has numerous advantages – the nanoparticles do not require engineering, can assemble given proper conditions, are practically non-degrading and easily renewable. Research is ongoing into their use as a platform for tunable optical devices, sensors and catalysis. The adsorption of both dense and mesoporous silica nanoparticles at the ITIES was studied by AC voltammetry. Their interactions with methylene blue (MB+) and Eosin B (EB-), selected as a model ions, were studied by cyclic voltammetry and UV/Vis absorption spectroscopy. The thermodynamic constants of adsorption of MB+ were found to be 1.66 105 and 3.68 103 onto dense and mesoporous silica nanoparticles respectively. The difference of adsorption constants for the two types of silica was explained by their differing ionisation states. The Gibbs energy of transfer of MB+ is shifted by -8.9 kJ mol-1 in the presence of dense silica nanoparticles, giving some insights to the transfer mechanism of MB+ in presence of nanoparticles. Combining the ability of silica to adsorb onto the ITIES and their affinity for MB+, MB+ was accumulated at the ITIES and so an increase in sensitivity of electrochemical detection was achieved. Eosin B demonstrated no affinity for the silica nanoparticles and its transfer at the ITIES was not influenced by their presence. Next the focus was placed on improving the selectivity of the interaction by synthesising imprinted silica nanoparticles, more specifically, Diclofenac-imprinted dense silica nanoparticles. This drug was chosen as it is a commonly used nonsteroidal anti-inflammatory drug which has been placed on the European watch list of emerging pollutants. The thermodynamic constants were calculated as 7.47 108 for Diclofenac-imprinted silica and only 2.96 107 for non-imprinted silica. Thus the presence of imprint cavities greatly influences the affinity of diclofenac for the silica nanoparticles. The analogues of Diclofenac (Aceclofenac, Acid diclofenac, 4-phenyl azo benzoic acid) were shown to have a very limited affinity for the imprinted particles. Electrochemical experiments at the liquid-liquid interface revealed that the diclofenac transfer is blocked by the presence of imprinted particles


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