Synthèse et caractérisation de polymères à empreintes moléculaires pour l'extraction sélective de pesticides organophosphorés dans les huiles végétales

Synthesis and characterization of molecularly imprinted polymers for the selective extraction of organophosphorus pesticides from vegetable oils

• Auteur / Autrice : Sara Boulanouar Al Massati
• Direction : Audrey Combès, Valérie Pichon-Comparot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Analytique
• Date : Soutenance le 26/09/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Franck Launay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Lacoste, Sakina Mezzache, Jeanne Bernadette Tse Sum Bui
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Damiá Barceló

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères à empreintes moléculaires

Huiles végétales

Chromatographie en phase liquide

Mots clés libres

Extraction sur phase solide

Polymères à empreinte moléculaires

Pesticides organophosphorés

Huiles végétales

Chromatographie en phase liquide

Spectrométrie de masse

Moleculary imprinted polymers

Organophosphorus pesticides

Vegetable oils

Résumé

L’utilisation croissante de pesticides dans l'agriculture peut entraîner de graves risques pour la santé humaine. En effet, des résidus de pesticides peuvent être retrouvés à l’état de trace dans de nombreux produits de grande consommation. Leur identification et leur analyse quantitative à l’état de trace dans des échantillons complexes, tel que les huiles végétales, constituent un défi analytique majeur. Malgré le potentiel élevé de méthodes analytiques comme la chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS/MS), l’introduction d’une étape d’extraction et de purification des extraits avant l’analyse chromatographique s’avère nécessaire. Afin d'augmenter la sélectivité de cette étape de traitement de l'échantillon, la synthèse des supports à empreintes moléculaires générant un mécanisme de reconnaissance moléculaire a été envisagé. Cette étude se concentre sur une famille de pesticides, les organophosphorés (OP), qui présentent des disparités structurales importantes et une gamme de polarité assez large (log P compris entre 0,7 et 4,7). Deux approches ont été envisagées pour la synthèse de ces supports imprimés. La première approche consiste à réaliser une polymérisation par voie radicalaire en utilisant des monomères organiques dans des solvants organiques peu polaires pour obtenir des polymères à empreintes moléculaires (MIP). La seconde approche consiste à produire les supports par voie sol-gel via l’hydrolyse puis la condensation d'organosilanes dans un milieu polaire pour produire des silices imprimées (MIS). Pour les deux approches, différentes conditions de synthèse ont été criblées en utilisant différentes molécules empreintes, monomères et solvants. La sélectivité des polymères imprimés résultants a d'abord été évaluée en étudiant les profils de rétention des OP en milieu pur. Les interactions non-spécifiques ont été évaluées en étudiant parallèlement la rétention des OP sur des supports non-imprimés (NIP/NIS) qui ont été synthétisés dans les mêmes conditions que les MIP/MIS mais sans introduire la molécule empreinte. Il est apparu que les supports MIP/MIS présentaient une complémentarité en termes d'extraction sélective des OP visés : les OP les plus polaires ont été extraits sélectivement par le MIS alors que les OP modérément polaires ont été extraits sélectivement par le MIP. La capacité de ces supports a été évaluée et se révèle adaptée à l'analyse des OP à l’état de traces dans des huiles végétales. Après avoir vérifié la répétabilité de la procédure d'extraction et des synthèses, les performances de ces supports ont été étudiées dans des milieux réels.

The increasing use of pesticides in agriculture causes serious health risks to humans. These pesticides may possibly be found in vegetable oils used as cosmetic ingredients. Their identification and reliable quantitative analysis at trace levels constitute a challenge for the safe use of such oils despite the high potential of analytical methods such as liquid chromatography coupled to mass spectrometry (LC-MS/MS). Their determination at low concentration levels in complex oil samples requires an extraction and a purification step. In order to increase the selectivity of the sample treatment step, the synthesis of imprinted sorbents can be considered. This study focusses on a group of pesticides, the organophosphorus (OPs) that present some structural disparity and belong to a wide range of polarity (log P values between 0.7 and 4.7). To produce imprinted sorbents, a first approach of synthesis consists in the radical polymerization of organic monomers in moderately polar organic solvents to obtain molecularly imprinted polymers (MIPs). The second one, the Sol-Gel approach, consists in the hydrolysis and then condensation of organosilanes in a polar medium to produce molecularly imprinted silicas (MIS). For both approaches, different conditions of synthesis were screened using different template molecules, monomers and solvents. The selectivity of the resulting imprinting polymers was first evaluated by studying the extraction profiles of OPs in pure media on MIP and MIS. The non-specific interactions were estimated by studying in parallel the retention of OPs on non-imprinted polymers synthesized in the same conditions as imprinted sorbents but in the absence of the template molecule. Both sorbents MIP/MIS present a complementarity in terms of selective extraction of the target OPs: polar OPs were extracted selectively using the MIS while moderately polar OPs were selectively extracted by the MIP. The capacity of these supports was evaluated and was consistent with the analysis of OPs at trace levels in real oil samples. After studying the repeatability of the extraction procedure and of the reliability of the syntheses, the performances of these supports were studied in real media. For this, MIP/MIS were applied to the selective extraction of OPs from different vegetable oils (almond, olive and sunflower oil) and similar results were obtained for the three different oils. Their potential in terms of ability to remove matrix interfering compounds were higher than those of the conventional method based on the use of C18 silica. The estimated limits of quantifications were lower than the Maximum Residue Levels (MRLs) established by EU Regulation 396/2005 for these compounds in oils.