Développement de capteurs électrochimiques basés sur des transferts d'espèces à travers les micro-interfaces liquide-liquide pour la détection de polluants toxiques

Development of electrochemical sensors based on ion transfer at liquid-liquid micro-interfaces for detection of toxic pollutants

• Auteur / Autrice : Afef Mastouri
• Direction : Annie Chaussé, Nizar Bellakhal, Sophie Peulon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 26/06/2014
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne en cotutelle avec Université de Tunis El-Manar. Faculté des Sciences de Tunis (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Evry ; 2008-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire analyse et modélisation pour la biologie et l'environnement (Evry, Essonne ; 1998-)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Guégan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Loïc Auvray
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Walcarius, Narjes Batis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dosage en flux continu

Interfaces liquide-liquide

Eau -- Pollution par les métaux lourds

Mots clés libres

Réseaux de micropores

Transferts assistés

Résumé

Ce travail de thèse avait pour objectif de développer des capteurs électrochimiques, basés sur des réactions de transfert assistés d’ions aux interfaces liquide | liquide. Le dispositif électrochimique utilisé repose sur la formation d’une micro-interface entre l’eau et le 1,2-dichloroéthane (eau | DCE), obtenue par un micropore percé par un laser dans un film de polyimide. Cette micro-interface supportée a été conçue pour obtenir des mesures reproductibles et significatives. Parce que la pollution aquatique par les métaux lourds est considérée comme l'un des problèmes environnementaux les plus importants, nos études se sont particulièrement focalisées sur les transferts assistés de Pb(II) et de Cd(II), seuls ou en mélange, par le 8-Hydroxyquinoline (8-HQ), et de Ba(II)) par le 18-couronne-6 (18C6). La voltampérométrie cyclique a été utilisée pour comprendre les mécanismes de transfert ainsi que la détermination de la stœchiométrie des complexes formés. Des mesures complémentaires par spectrométrie de masse et spectrophotométrie UV-Visible ont permis de confirmer ces stœchiométries. L’ensemble de ces mesures montre clairement que le dispositif expérimental proposé est bien adapté pour quantifier électrochimiquement des espèces, même si elles ne sont pas électroactives. Dans des perspectives d’applications industrielles, nous avons démontré la possibilité et l’efficacité de la mise en œuvre d’un dispositif d’analyse en ligne. Ce procédé semble très prometteur en raison de sa simplicité et de son faible coût, avec la possibilité de réutiliser la solution organique pour une série de mesures. Enfin, nous avons également testé des réseaux de micropores à la place d’un seul micropore, dans le but d’accroître la sensibilité du dispositif. Nous avons montré clairement leur intérêt pour atteindre des valeurs de concentrations plus faibles et représentatives du domaine de l’environnement. Toutes les études menées au cours de cette thèse montrent comment le dispositif expérimental utilisé est prometteur et performant.

This thesis aims to develop electrochemical sensors based on ion assisted transfer reactions at liquid | liquid interfaces. The electrochemical device used is based on the formation of a micro-interface between water and 1,2-dichloroethane (water | DCE), obtained by a micropore drilled by a laser in a polyimide film. This micro-interface has been designed to obtain reproducible and meaningful measurements. Because water pollution by heavy metals is considered as one of the most important environmental problems, our studies focused particularly on assisted transfers of Pb (II) and Cd (II), alone or in mixture, by the 8-Hydroxyquinoline (8-HQ), and Ba (II)) by the 18-crown-6 ether (18C6). Cyclic voltammetry was used for understanding the mechanisms of transfer, and for determining the stoichiometry of the formed complexes. Complementary measurements by mass spectrometry and UV-visible spectrophotometry have confirmed these stoichiometries. All measures clearly show that the proposed experimental device is well suited for quantifying the electrochemically species, even if they are not electroactive.In prospects of industrial applications, we have demonstrated the feasibility and effectiveness of the implementation of the proposed device for online analysis. This process appears very promising because of its simplicity and its low cost, and with the possibility of reusing the organic solution for many measurements. Finally, in order to increase the sensitivity of the device, we also tested micropore arrays instead of a single micropore. We have clearly shown the interest in achieving lower concentrations values hence more representative of the environment. All studies in this thesis show how the used experimental device is promising and well performing.