Gravimetric detection of heavy metal ions by bisphenol derivatives. Correlation between experimental results and modeling by DFT

Autor: Attia, Ghada
Přispěvatelé: Attia, Ghada, Université de Monastir - University of Monastir (UM), Faculté des sciences de Monastir, Rafik Ben Chaabane, Najla Fourati
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Physique [physics]. Faculté des sciences de Monastir, 2019. Français
Popis: Water pollution by heavy metals has become a real ecological, societal and public healthproblem. Reliable and fast detection of very low concentrations of heavy ions requires the developmentand design of miniaturized analytical devices, which are none other than chemical sensors. In thiscontext, we have realized surface acoustic wave (SAW) sensors, functionalized with bisphenolderivatives, for lead ions detection.Six new molecules have been synthesized and tested in the framework of this work. Four possess thesame main chain of bisphenol S (BPS) and differ in their terminal groups, one or two phenyls (M1 andM2) and one or two anthracenes (M3 and M4). The two others, M5 and M6, have two anthraceneterminal groups and differ in their main chain consisting of bisphenol derivatives.Gravimetric measurements showed that the sensor functionalized with a molecule associating BPS andAN (M4) is the most sensitive one (its sensitivity was of the order of [7.2 ± 4.6] × 108 [ ° / M]) and thatit has the highest saturation value. The limit of detection of the designed M4/SAW was estimated at22 pM. The dissociation constant Kd, which is related to the affinity between M4 and lead ions, was oforder of (2.33 ± 0.27) 10-11 M. The use of appropriate ionic liquids has permitted to regenerate theM4 / SAW sensor about ten times, without altering the stability of the M4 molecule. In a complementaryway, calculations based on the density functional theory (DFT), made it possible to estimate the energiesof the complexes (Mi = 1-6 / Pb2+), to better apprehend the interaction between the different reagents. Itwas found that the interaction energy in solvated medium of the M4 / Pb2+ complex, of order of-290 KJ/mol, is higher than that of all the other synthesized molecules, in agreement with the gravimetricresults. An almost perfect correlation has thus been established between the theoretical calculations interms of energy and the experimental results in terms of sensitivity.
La pollution des eaux par les métaux lourds est devenue un vrai problème écologique, sociétalet de santé publique. En détecter la présence à très faibles doses, voire à l’état de trace, de façon fiableet rapide requiert la mise au point et le design de nouveaux dispositifs analytiques miniaturisés : lescapteurs chimiques. C’est dans ce contexte que s’inscrit cette thèse dont l’objectif est de développer descapteurs à ondes acoustiques de surfaces (SAW pour Surface Acoustic Waves) fonctionnalisés avec desdérivés de bisphénol pour la détection des ions plomb.Six molécules ont été synthétisées et testées dans le cadre de ce travail. Quatre parmi elles sont forméesd’une même chaine principale en bisphénol S (BPS) et diffèrent par leurs groupements terminaux, un(M1) ou deux (M2) phényles et un (M3) ou deux (M4) anthracènes (AN) ; les deux autres, M5 et M6,possèdent deux groupements AN terminaux et diffèrent par leur chaine principale constituée de dérivésde bisphénol. Les résultats des mesures gravimétriques ont montré que c’est le capteur fonctionnaliséavec une molécule associant le BPS et l’AN (M4) qui présente la meilleure sensibilité (de l’ordre de[7,2 ± 4,6] × 108 [°/M]) et la plus grande valeur de saturation. La limite de détection a été estimée à22 pM. La constante de dissociation Kd, qui renseigne sur l’affinité entre M4 et les ions plomb, était del’ordre de (2.33±0.27) 10-11M. L’utilisation de liquides ioniques appropriés a permis de régénérer lecapteur M4/SAW une dizaine de fois sans altérer la stabilité de la molécules M4. De façoncomplémentaire, des calculs basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), ont permisd’estimer les énergies des complexes (Mi = 1-6 / Pb2+), de mieux comprendre l’interaction entre lesdifférents réactifs. Il en est ressorti que l’énergie d’interaction en milieu solvaté du complexe M4/Pb2+,de l’ordre de -290 KJ/mol, est supérieure à celle de toutes les autres molécules synthétisées, en accordavec les résultats gravimétriques. Une corrélation quasi parfaite a ainsi pu être établie entre les calculsthéoriques en termes énergétiques et les résultats expérimentaux en termes de sensibilité.
Databáze: OpenAIRE
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