An inorganic-organic hybrid material from the co-intercalation of a cationic surfactant and thiourea within montmorillonite layers: application to the sensitive stripping voltammetric detection of Pb2+ and Cd2+ ions

A smectite-based inorganic-organic hybrid material was prepared by a one-step intercalation of cetyltrimethylammonium ions and thiourea within the interlayer space of montmorillonite (MT). The surface and textural properties of the resulting material were examined using several techniques (X-ray diffraction, elementary analysis and N2 adsorption-desorption experiments (BET method)) that demonstrated the presence of both modifiers in the clay mineral structure. The presence of thiourea molecules in the modified MT greatly improved its ability towards the fixation of Pb2+ and Cd2+ ions when the organoclay material was used for sensing purposes as a glassy carbon electrode modifier. The electro-analytical procedure was based on the chemical accumulation of both analytes under open-circuit conditions, followed by the detection of the preconcentrated species using square wave voltammetry. Upon optimization of different parameters likely to influence the electrode response, linear calibration graphs were obtained in the concentration ranges from 0.1 to 1 μM and 0.01 to 0.1 μM for Cd2+ and Pb2+, respectively, leading to low limits of detection (4.2 × 10−10 M for Pb2+and 1.2 × 10−9 M for Cd2+).

RésuméUn matériau hybride inorgano-organique à base de smectite a été préparé par intercalation en une seule étape d'ions cetyltrimethylammonium et de la thiourée entre des feuillets de montmorillonite (MT). Les propriétés surfaciques et texturales du matériau obtenu ont été analysées et caractérisées par diffraction de rayons X, analyse élémentaire et mesure d'isothermes d'adsorption-désorption d'azote par la méthode BET. Toutes ces techniques ont montré l'effectivité de la modification apportée à l'argile. Bien plus, la présence de la thiourée dans le minéral argileux a sensiblement augmenté son aptitude vis-à-vis de la fixation simultanée des ions Pb2+ et Cd2+ lorsque l'argile modifiée est utilisée comme modifiant d'une électrode de carbone vitreux. La procédure utilisée pour la détection électrochimique des ions analysés comprend deux étapes : l'accumulation en circuit ouvert, suivie de la détection des espèces fixées par voltammétrie à vagues carrées. Après optimisation des paramètres clés influençant le signal électrochimique des deux ions, des droites de calibration ont été obtenues dans des gammes allant de 0.1 à 1 μM et de 0,01 à 0.1 μM (respectivement pour les ions Cd2+et Pb2+), conduisant à des limites de détection assez basses (4,2 × 10−10 M pour Pb2+ et 1,2 × 10−9 M pour Cd2+).