Élaboration de capteurs nanostructurés pour la détection de polluants métalliques à l'état de traces

par Jean-Philippe Jasmin

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Annie Chaussé et de Caroline Cannizzo.

Soutenue le 26-11-2015

à l'Université Paris-Saclay (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Laboratoire analyse et modélisation pour la biologie et l'environnement (Evry, Essonne ; 1998-) (laboratoire) et de Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....) (établissement de préparation de la thèse) .

Le président du jury était Mohamed Mehdi Chehimi.

Le jury était composé de Jean Pinson.

Les rapporteurs étaient Hynd Remita, Guy Deniau.

mots clés

• Électrodes sérigraphiées
• Sels de diazonium
• Polluants inorganiques
• Analyse électrochimique

Résumé

Ce travail porte sur la fonctionnalisation d’électrodes sérigraphiées par électrogreffage de sels de diazonium pour la détection de micropolluants métalliques. Deux types de fonctionnalisation ont été étudiés : la fonctionnalisation par des groupements organiques sélectifs et la nanostructuration avec des nanoparticules d’or pour augmenter les performances analytiques des électrodes. La première partie des travaux traite de la fonctionnalisation d’électrodes carbonées sérigraphiées par des ligands macrocycliques; ces ligands ont été choisis en se basant sur une étude bibliographique pour leurs affinités pour le Cu (II), le Pb (II) et l’UO2 (VI). Le greffage covalent de ces macrocycles sur les électrodes sérigraphiées conduit à des capteurs potentiellement sélectifs. Les performances analytiques de ces capteurs ont été déterminées et l’influence de différents interférents sur la détection des espèces cibles a été étudiée. La seconde partie des travaux concerne la mise en œuvre d’une méthode de nanostructuration d’électrodes sérigraphiées par immobilisation covalente de nanoparticules d'or nues ou préalablement fonctionnalisées. Deux types de nanoparticules d’or possédant des caractéristiques différentes ont été utilisées : nanoparticules de type Eah et de type Turkevich. La nature, la taille et l’état de surface des nanoparticules utilisées ont une influence sur la nanostructuration des électrodes sérigraphiées et en conséquence sur leurs propriétés électrochimiques. La dernière partie de ce travail vise la mise au point d’un protocole de détection des micropolluants métalliques avec les électrodes sérigraphiées nanostructurées et fonctionnalisées. Les performances analytiques ont été déterminées et comparées aux systèmes sans nanoparticules d’or afin de préciser l’apport de ces nanoparticules sur les performances des électrodes.

Titre traduit

Development of nanostructured functionalized sensors for the detection of metallic pollutants

Résumé

This work focuses on screen-printed electrodes functionalization by electrografting of diazonium salts in order to be used as metallic micropollutants sensors. Two kind of functionalization were treated; the functionalization by organic groups selective of metal ions owing selective sensors and, the nanostructuration with gold nanoparticles to increase the analytical performances of the sensors. The first part of the work deals with the functionalization of screen-printed electrodes with macrocyclic ligands, chosen from a bibliographic study, for their respective affinities for Cu (II), Pb (II) and UO2 (VI). Covalent grafting of this macrocycles on screen-printed electrodes leads to potentially selective sensors. The analytical performances of these sensors as well as the influence of many interference species on the detection were studied.A second part handles with methods for the nanostructuration of screen-printed electrodes by covalent immobilization of naked or functionalized gold nanoparticles. Two types of gold nanoparticles, with different characteristics have been studied. The nature, the size and the surface state of the gold nanoparticles were found to be key parameters that influence on the nanostructuration of screen-printed electrodes and consequently on their electrochemical properties. The last part of this work concerns the development of a detection protocol for metallic micropollutants with the nanostructured and functionalized screen-printed. The analytical performances have been studied and compared with systems without nanoparticles in order to highlight the contribution of the gold nanoparticles on the performance of the electrodes.