Détection électrochimique de pesticide et dépôt de film à l’interface liquide-liquide

Electrochemical pesticide detection and film deposition at liquid-liquid interface

• Auteur / Autrice : Guofeng Lu
• Direction : Grégoire Herzog, Liang Liu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 15/12/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour les Matériaux et l’Environnement (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Andreea Pasc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Grégoire Herzog, Martin Jönsson-Niedziółka, Corinne Lagrost, Talia Jane Stockmann, Sophie Griveau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martin Jönsson-Niedziółka, Corinne Lagrost

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chitosane

Membranes échangeuses d'ions

Dépôt électrolytique

Interfaces liquide-liquide

Analyse électrochimique

Pesticides

Mots clés libres

Détection pesticide

Interface liquide-liquide

Électrodépôt

Amétryne

Silice

Chitosane

Pesticide detection

Liquid-liquid interface

Electrodeposition

Ametryn

Silica

Chitosan

Résumé

L'électrochimie moderne à l'interface liquide-liquide, également appelée interface entre deux solutions électrolytiques non miscibles (ITIES), est étudiée depuis plus d'un siècle en raison de ses propriétés d'interface particulières. Elle offre une plateforme unique permettant la détection électrochimique nonredox d'ions allant des protons aux macromolécules à travers l'interface moléculaire molle. En outre, l'ITIES peut servir de support pour le dépôt électrolytique d'objets de la taille du nanomètre ou de molécules chargées. La présente thèse est destinée à la détection des pesticides et aux films électrodéposés à l'ITIES. La thèse se compose de trois grandes parties. Dans la première partie, nous avons fait un effort pour détecter les pesticides dans les micro-ITIES en raison de son rapport coût-efficacité. Grâce à la miniaturisation des ITIES, le capillaire micropores peut servir de support pour construire une interface liquide-liquide. Ainsi, l'accumulation des analytes d'une solution proche du pH neutre dans une phase organique par un transfert automatique à un potentiel en circuit ouvert est possible et augmente le signal de détection. Cette stratégie a réussi pour l'amétryne mais a échoué pour la détection de l'imidaclopride et du métam-sodium. Dans la deuxième partie, nous avons développé le dépôt de silice à Micro-ITIES. L'objectif de la membrane de silice à l'ITIES est de se concentrer sur l'amélioration de la sélectivité pour le transfert d'ions. Des expériences électrochimiques à l'interface liquide-liquide ont révélé que le transfert de modèle ion est bloqué par la présence d'un film de silice. Cependant, la silice déposée par électrolyse à Micro-ITIES n'est pas reproduite avec précision en raison de la limitation de la géométrie. En outre, les mesures ex-situ sont à peine réalisées. Dans la troisième partie, nous avons réalisé l'électrodéposition du chitosane à ITIES. Les films de chitosane agissent comme une membrane pour le transfert d'ions et présentent une charge positive, qui pourrait fournir l'effet d'adsorption pour l'ion négatif. Pour améliorer la structure du film de chitosane, le réticulant téréphtalaldéhyde (TPA) est introduit dans la phase organique. Nous avons démontré un protocole pour contrôler la réaction interfaciale avec la concentration variable de réticulant dans la phase organique, et le précurseur est limité dans la phase aqueuse.

Modern electrochemistry at the liquid-liquid interface, also termed the interface between two immiscible electrolyte solutions (ITIES), has been investigated for over a century due to its special interface properties. It provides a unique platform to allows the non-redox electrochemical detection of ions ranging from protons to macromolecules across the soft molecular interface that is intrinsically defect-free and self-healing. Additionally, the ITIES can act as a scaffold to electrodeposit nanometer-sized objects or charged molecules in arrange film. This thesis is intended for the pesticide detection and electrodeposited films at ITIES. In the first part, we made an effort to detect pesticides at micro-ITIES due to its cost-effectiveness. Due to the miniaturization of ITIES, the micro-pore capillary can be as a support to construct a liquid-liquid interface. Thus, the accumulation of analytes from a solution close to neutral pH into an organic phase through an automatic transfer at open-circuit potential is possible and increasing the detection signal. This strategy is successful for ametryn but is failed for the detection of Imidacloprid and Metam sodium. In the second part, we developed silica deposition at Micro-ITIES. The objective of the silica membrane at ITIES is to focus on improving the selectivity for ion transfer. Electrochemical experiments at the liquid-liquid interface revealed that the TMA+ transfer is blocked by the presence of silica film. However, electrodeposit silica at Micro-ITIES is not accurately reproduced due to the geometry limitation. Furthermore, the ex-situ measures are hardly achieved. In the third part, we realized chitosan electrodeposition at ITIES. Chitosan films act as membrane for ion transfer and presented positive charge, which could provide the adsorption effect for negative ion. To improve the structure of chitosan film, the cross-linker Terephthalaldehyde (TPA) is introduced into the organic phase. We demonstrated a protocol for controlling the interfacial reaction with the variable concentration of cross-linker in the organic phase, and the precursor is limited in the aqueous phase. Therefore, we obtained different types of chitosan films.