elaboration of silver and chitosane-based electrochemical sensors for paranitroaniline analysis in water

Abstract

Les composés nitroaromatiques sont des contaminants environnementaux associés à des activités anthropiques. Le p-nitroaniline (PNA) est l’un des composés important de cette classe. C’est une substance chimique brute extrêmement importante qui occupe une place non substituable dans la synthèse d'une grande variété de produits chimiques, notamment divers colorants organiques, des pesticides, des médicaments, des agents antivieillissement, des photo-stabilisateurs, des antioxydants et des agents de développement. Cependant, le PNA est fortement toxique, comparable au trinitrotoluène (TNT) et trinitrophénol (TNP), et peut être rejeté dans l'environnement directement sous forme de déchets industriels ou indirectement sous forme de produits de dégradation des herbicides et des pesticides. En raison de la présence de puissants groupes attracteurs d'électrons, le PNA est peu biodégradable dans l'environnement, il pénètre facilement dans le sol et contamine les eaux souterraines. Les recherches scientifiques, ont montré qu’il peut causer des dommages aux humains et aux systèmes aquatiques. Ainsi, les capteurs hautement sensibles et sélectifs permettant une détection rapide et efficace de PNA constituent une question extrêmement urgente concernant la sécurité intérieure, la protection de l'environnement et les préoccupations humanitaires. Ces dernières années, les électrodes chimiquement modifiées ont été utilisées pour la quantification voltampérométrique de diverses espèces organiques et inorganiques après accumulation en circuit ouvert. De nombreux travaux dans ce domaine ont été consacrés à l'exploitation de la réactivité chimique du modificateur envers un analyte cible à des fins électrocatalytiques et électroanalytiques. De nombreux agents modificateurs ont été utilisés soit comme revêtement sur la surface d'électrodes solides, soit dispersés dans une matrice conductrice. Les électrodes modifiées sont fréquemment utilisées dans la détermination voltampérométrique des composés organiques en raison de leur efficacité, de leur sélectivité et de leur sensibilité. Dans ce contexte, le présent travail décrit l'utilisation de diverses électrodes synthétiques à pâte de carbone à base d'argent pour la quantification voltampérométrique de PNA. La première partie de ce travail a été dédiée à l'étude de l'efficacité catalytique de l'argent pour la réduction de PNA à l'aide d'une électrode en argent métallique, après comparaison de ses performances avec d'autres électrodes, notamment en or, en graphite et en carbone vitreux. En effet, ce matériau possède des propriétés électrochimiques supérieures pour l'étude du comportement électrochimique de PNA et sa détermination. La mise en évidence de cette méthode a été évaluée en utilisant la voltampérométrie cyclique, la chronoamperométrie, les courbes de Tafel et la spectroscopie d'impédance électrochimique. Dans la deuxième partie, la modification chimique des surfaces d'électrodes par dépôt thermique et électrochimique pour des applications électroanalytiques a ensuite été utilisée, ouvrant de nouvelles voies dans le domaine de la détection en permettant un meilleur contrôle du comportement de la surface des électrodes et en résolvant divers problèmes liés soit à l'électrocatalyse, soit à l'électroanalyse liés aux surfaces non modifiées. Ces modifications ont permis d'améliorer considérablement la sensibilité, la reproductibilité, la stabilité et la sélectivité. La morphologie et la distribution de l'argent sur la surface de l'électrode ont été évaluées par diffraction des rayons X et par microscopie électronique à balayage. La surface électro-active des électrodes préparées a été estimée en utilisant [Fe(CN)6]3-/4- comme une sonde d'oxydoréduction par voltampérométrie cyclique. En outre, la détermination analytique de PNA a été effectuée pour les deux méthodes proposées en utilisant la voltampérométrie à impulsions différentielles. Il a été constaté que l’intensité du courant du pic de réduction de PNA par dépôt thermique est très faible par rapport au dépôt électrochimique ; cela peut confirmer la formation d'oxyde d'argent à la surface des électrodes à pâte de carbone. Enfin, l'électrode modifiée par déposition électrochimique a été appliquée avec succès pour la détermination de PNA dans les échantillons d'eau potable. La simplicité de la préparation, la bonne reproductibilité et le faible coût de l'électrode modifiée, la surface active élevée ainsi que la large gamme de concentration linéaire, la faible limite de détection et la bonne répétabilité constituent les principaux avantages pour la détermination de PNA. Dans la troisième partie, un matériau composé de nanoparticules d'argent stabilisées au chitosane sur l'électrode à pâte de carbone (CS@AgNPs-CPE) est utilisé pour la détermination électrochimique de PNA. Un procédé chimique est utilisé pour synthétiser des nanoparticules d'argent stabilisées par Chitosane dans de l'acide acétique (2%) en utilisant du borohydrure de sodium comme agent réducteur. La caractérisation du produit final par la spectroscopie UV-Vis a permis de vérifier la présence de nanoparticules d'argent. L'analyse par diffraction des rayons X a montré que les nanoparticules d'argent avaient une taille moyenne de 50 nm. La caractérisation électrochimique a prouvé que les CS@AgNPs-CPE présentent une activité électrocatalytique et électroanalytique élevée qui peut être exploitée pour la construction de capteurs et les applications correspondantes. Le capteur développé a révélé une limite de détection inférieure de 5 nM envers la réduction du PNA dans la gamme allant de 7 nM à 1 µM (R2 = 0,986). Le CS@AgNPs-CPE a ensuite été étendu pour la détermination de PNA dans des échantillons réels tels que les eaux usées. Toutes ces études ont confirmé que les nanoparticules d'argent à la surface de l'électrode à pâte de carbone constituent des alternatives prometteuses pour la détection électrochimique.