Fullerène - Définition

Méthodes de dosage dans l’eau

Avec l’augmentation de l’utilisation des fullerènes dans les produits de consommation, il devient préoccupant de connaître les effets de ces particules dans l’environnement et chez les organismes vivants. Cependant, afin de pouvoir tester leurs effets, il faut aussi être capable de les doser efficacement.

Plusieurs techniques de dosage sont utilisées dans le dosage des fullerènes, notamment la chromatographie liquide à haute performance par détection UV-vis et la chromatographie liquide à haute performance à détection par spectrométrie de masse en tandem.

Chromatographie liquide à haute performance par détection UV-vis (HPLC-UV-vis)

L’expérience doit être faite à pH et force ionique contrôlés et constant, car ces deux facteurs peuvent grandement modifier le comportement des fullerènes dans le milieu. De plus, les échantillons ont été agités par barreau magnétique pendant 13 jours avant l’expérience afin de s’assurer que les particules sont bien en suspension lors de l’analyse.

Extraction

L’extraction des fullerènes peut prendre différentes formes : soit une extraction liquide/liquide, soit une extraction sur phase solide (SPE).

Dans le premier cas, à un aliquote de l’échantillon d’eau, il faut ajouter 1/10 du volume en perchlorate de magnésium (Mg(ClO₄)₂) 1 M et un volume égal de toluène. Le perchlorate de magnésium permet de déstabiliser la suspension aqueuse de fullerène et aide au transfert des molécules vers le toluène. Le mélange est agité, puis les phases sont séparées et le toluène est évaporé afin de diminuer le volume. Cette étape doit être faite trois fois pour obtenir une meilleure récupération. L’échantillon est ensuite prêt à être analysé.

L’extraction sur phase solide est faite sur une cartouche en phase inverse de type C18 (par exemple, Waters C18 Sep-Paks). La cartouche est d’abord conditionnée avec du méthanol et de l’eau doublement déionisée. Ensuite l’échantillon d’eau auquel est mélangé 1/10 du volume en perchlorate de magnésium (Mg(ClO₄)₂) 1 M (10 mL d’échantillon pour 1 mL de Mg(ClO₄)₂ 1 M) est passé sur la colonne. Celle-ci est lavée avec du méthanol et de l’eau doublement déionisée. Finalement, l’analyte est extrait avec un faible volume de toluène pour être analysé.

Dosage et résultats

Après extraction, l’échantillon est passé au HPLC sur une colonne en phase inverse (4,6 mm x 150 mm Cosmosil 5μ PYE) avec une phase mobile 80:20 (v:v) de toluène : méthanol. Les fullerènes sont ensuite détectés par colorimétrie en UV-visible à environ 330 nm.

La technique d’extraction liquide/liquide permet d’obtenir des pourcentages de récupération de l’ordre de 85 % pour différents fullerènes (C₆₀, C₇₀, PCBM) et ce autant dans l’eau doublement déionisée que dans l’eau naturelle de surface et souterraine. L’extraction sur phase solide permet d’obtenir des résultats assez semblables pour des composés comme le C₆₀ et le C₇₀, mais pas pour le PCBM qui est un fullerène portant un groupement fonctionnel à sa surface. Cela est attribué notamment à sa plus grande solubilité dans les solvants polaires utilisés lors du lavage de la cartouche.

Cette technique permet de doser efficacement et avec assez de précision les fullerènes dans les milieux artificiels (laboratoire) et les milieux naturels (environnement).

Chromatographie liquide à haute performance à détection par spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS)

Extraction

Les échantillons d’eau ont tout d’abord étés filtrés sur deux filtres 0,45 μm. Une fois séchés, les filtres ont été extraits avec du toluène, puis les échantillons sont passés au sonicateur pour créer une suspension de fullerènes. La solution est ensuite préconcentrée sous vide puis du méthanol est ajouté (2:1, v:v, toluène méthanol). L’échantillon est ensuite analysé.

Dosage et résultats

Après extraction, l’échantillon est passé au HPLC sur une colonne en phase inverse (Purispher Star RP-18 (125 mm x 2,0 mm 5 μm)) avec une phase mobile 1:1 (v:v) toluène : méthanol. Puis il est passé au spectromètre de masse en tandem avec une ionisation par nébulisation électrostatique en mode négatif. Les ions mesurés correspondent aux oxydes soit le C₆₀O^- et le C₇₀O^- ayant des rapports masse sur charge (m/z) de 720,7 et 840,8 respectivement.

Les pourcentages de récupération obtenus sont de l’ordre de 75 % avec des limites de quantification de la méthode de l’ordre du dixième de ng/L avec une bonne répétabilité et reproductibilité (de 1 à 5 % RSD). L’analyse d’échantillons naturels prélevés à la sortie d’usines de traitement des eaux usées au nord-est de l’Espagne a permis de trouver des concentrations allant jusqu’à près de 20 μg/L de C₆₀, bien que la majorité des analyses aient donné des résultats inférieurs aux limites de détection. Les principaux facteurs permettant d’expliquer ces concentrations sont, dans un premier temps, la population de la région visée, mais surtout le type de traitement que subissent les eaux usées. Les régions combinant plusieurs types de traitement ont pour la plupart présentées des quantités de fullerènes inférieures à celles utilisant une seule méthode.

Cette technique permet de doser les fullerènes dans l’eau et de les doser dans des échantillons à matrice complexe (des eaux naturelles), ce qui facilite leur manipulation et par le fait même leur dosage.