Tracer les particules invisibles
Analyse automatisée des microplastiques
Quelle est la concentration de microplastiques dans l'environnement, dans l'eau potable ou dans les aliments ? Des chercheurs de l'Université technique de Munich (TUM) ont mis au point une méthode d'analyse automatisée pour l'identification et la quantification des particules.
Les microplastiques sont omniprésents dans l'environnement. Ces minuscules particules, dont le diamètre est inférieur à 5 millimètres, peuvent également absorber et transporter des contaminants et des toxines. "Nous avons un besoin urgent de techniques analytiques pour connaître la taille, la concentration et la composition de ces particules", explique Natalia Ivleva, titulaire de la chaire de chimie analytique et de chimie de l'eau à la TUM. Avec son équipe, la scientifique a mis au point un nouveau procédé.
Pour pouvoir détecter les particules microplastiques, les chercheurs ont dû surmonter plusieurs obstacles : Le premier était le problème des faibles concentrations. L'eau des rivières, par exemple, contient des quantités massives de solides en suspension et de sable fin, le plastique représentant moins de 1 % des particules. Ces particules doivent d'abord être isolées avant que leurs concentrations et, finalement, leur composition chimique ne soient déterminées. Les méthodes précédentes reposaient sur l'analyse des résidus libérés lorsque les échantillons étaient chauffés. Cette approche ne permet toutefois pas de déterminer le nombre, la taille et la forme des particules de plastique.
La diffusion de la lumière permet d'identifier les plastiques
"Notre approche est fondamentalement différente", explique le Dr Ivleva : "Elle est basée sur les particules. Cela signifie qu'au lieu de détruire les particules, nous les analysons directement." Pour ce faire, les chercheurs utilisent une méthode connue sous le nom de microspectroscopie Raman. Cette méthode consiste à faire briller une source laser monochromatique sur un échantillon et à détecter la lumière diffusée par les molécules. La comparaison entre la lumière diffusée et la source laser fournit des informations sur la substance étudiée. Pour analyser les particules de plastique d'un diamètre supérieur à 1 µm (micromètre), il faut d'abord les filtrer de la solution aqueuse, les détecter au microscope et les éclairer avec la lumière du laser. Comme les matières plastiques telles que le polyéthylène, le polystyrène et le chlorure de polyvinyle diffusent les photons de manière caractéristique, elles génèrent chacune des signaux aussi uniques qu'une empreinte digitale.
Automatisation au lieu de mesures manuelles
Il a fallu des années pour mettre au point le processus de traçage : "Lorsque nous avons commencé, nous devions encore effectuer des mesures manuelles", se souvient le chimiste. "Il nous fallait des mois pour étudier quelques milliers de particules". Entre-temps, l'équipe est parvenue à automatiser la détection des microplastiques. Une analyse ne prend plus des semaines, mais seulement quelques heures. Bien que les minuscules particules doivent encore être filtrées de la solution aqueuse, puis placées sous le microspectroscope Raman, toutes les étapes restantes sont effectuées par le logiciel développé par l'équipe. Les particules de plastique sont d'abord localisées à l'aide d'un microscope optique, photographiées et mesurées, et les particules sont distinguées des fibres. Le logiciel utilise ces données pour calculer le nombre de particules et de fibres et pour sélectionner les sections d'image nécessaires pour obtenir un résultat statistiquement significatif lors de la spectroscopie Raman ultérieure.
Dans l'étape suivante, le laser est dirigé sur l'échantillon et la diffusion est détectée et analysée. Cela permet une analyse rapide et fiable du nombre, de la taille, de la forme et de la composition des microplastiques. Le logiciel open-source TUM-Particle Typer 2 est désormais à la disposition des chercheurs du monde entier.
Les nanoplastiques nécessitent des processus de détection particuliers
Pour étudier les nanoparticules d'un diamètre inférieur à 1 µm, l'équipe du Dr Ivleva travaille déjà sur un processus modifié. "Ces nanoparticules sont difficiles, voire impossibles à discerner au microscope optique. Pour les détecter, il faut d'abord procéder à un fractionnement en taille et ensuite les identifier", explique la chercheuse.
Pour ce faire, un système de fractionnement par flux de champ (FFF) est utilisé. Celui-ci crée un flux d'eau qui capture les particules - en fonction de leur taille - et les sépare en les transportant à des vitesses variables. Un dispositif spécialement développé, combiné à la spectroscopie Raman, permet la caractérisation chimique de différents types de nanoplastiques.
"Les nouveaux procédés analytiques permettent une étude rapide et précise de la concentration, de la taille et de la composition des micro- et nanoplastiques", résume le Dr Ivleva. "Il sera désormais possible d'étudier l'influence de ces particules sur l'environnement et la santé humaine".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Oliver Jacob, Alejandro Ramírez-Piñero, Martin Elsner, Natalia P. Ivleva, TUM-ParticleTyper 2: Automated Quantitative Analysis of (Microplastic) Particles and Fibers down to 1 μm by Raman Microspectroscopy, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2023.
Maximilian J. Huber, Natalia P. Ivleva, Andy M. Booth, Irina Beer, Ivana Bianchi, Roland Drexel, Otmar Geiss, Dora Mehn, Florian Meier, Alicja Molska, Jeremie Parot, Lisbet Sørensen, Gabriele Vella, Adriele Prina‑Mello, Robert Vogel, Fanny Caputo: Physicochemical Characterization and Quantification of Nanoplastics: Applicability, Limitations and Complementarity of Batch and Fractionation Methods, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2023.
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités de l’industrie chimique
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée à l'industrie chimique, aux méthodes analytiques, aux laboratoires et à la technologie des processus vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
