Amélioration de la détection de l'arsenic dans l'eau, les aliments et le sol

Le capteur peut identifier le contenu global et la forme des molécules contenant de l'arsenic à de très faibles concentrations

02.03.2023 - France

C'est un paradoxe cruel que sur une planète dont la surface est en grande partie recouverte d'eau, des centaines de millions de personnes n'aient pas accès à l'eau potable. Quant à la pollution des sources d'eau potable et naturelle, l'un des principaux coupables est l'arsenic, un élément abondant et toxique présent dans la croûte terrestre. L'arsenic est actuellement connu comme la cause de la contamination des eaux souterraines dans plus de 100 pays - et peut produire des maladies potentiellement mortelles, en particulier pour les populations des pays en développement. De telles circonstances nécessitent des méthodes efficaces et fiables de détection de l'arsenic dans l'eau, les aliments et le sol.

Dominique Vouagner

(Gauche) Un échantillon d'un film nanostructuré d'argent, déposé par la technique sans courant sur une plaque de verre de dimensions 2,5 x 7,5 cm. (droite) Zoom sur le film d'argent nanostructuré déposé par la technique sans courant à 1,5 µm x 1,5 µm par microscopie à force atomique.

Dans le Journal of Applied Physics, publié par AIP Publishing, une équipe de scientifiques français a fabriqué des surfaces d'argent nanostructurées sensibles pour détecter l'arsenic, même à de très faibles concentrations.

Les capteurs utilisent la spectroscopie Raman améliorée par la surface (SERS). Lorsqu'une molécule contenant de l'arsenic adhère à la surface, elle est également frappée par un laser. Le composé d'arsenic diffuse la lumière laser, créant une signature identifiable qui indique sa présence.

"L'arsenic existe dans l'eau sous différentes formes, il est donc important de pouvoir quantifier les espèces, en plus de la teneur globale", a déclaré l'auteur Dominique Vouagner. "En utilisant SERS, nous pouvons détecter et spécier les polluants, même à la plus faible concentration. Cela inclut l'arsenic, qui ne devrait pas dépasser 10 ppb, conformément aux recommandations de l'Organisation mondiale de la santé."

L'équipe a comparé les performances de détection et de spéciation de deux substrats SERS. L'un a été préparé par évaporation thermique classique, où le matériau est chauffé jusqu'à ce qu'il se vaporise. L'autre a été créé par un procédé sans courant, dans lequel un revêtement est déposé sur un matériau en le plongeant dans un liquide et en déclenchant une réaction chimique. Ce dernier s'est révélé beaucoup plus sensible et sa production est relativement facile et sûre, selon M. Vouagner.

"Notre technique de développement de ce substrat SERS est simple à fabriquer, car les films sans courant peuvent être facilement déposés sur divers substrats", a-t-elle déclaré. "De plus, les composés de départ sont peu toxiques pour l'environnement, ce qui constitue un avantage pour les mesures de détection dans l'eau naturelle et l'eau potable."

Cette technique s'écarte des méthodes de référence existantes pour la spéciation de l'arsenic à l'état de traces, qui sont longues et coûteuses. Les méthodes conventionnelles nécessitent également un prétraitement des échantillons en laboratoire et ne sont donc pas idéalement adaptées aux analyses sur le terrain.

En outre, la nouvelle méthode fait appel à un substrat solide, qui permet une interrogation optique.

Parce qu'ils sont moins "bruyants", les systèmes de détection optiques sont beaucoup plus sensibles que les systèmes électroniques", a déclaré l'auteur Bernard Dussardier. "En même temps, ils sont moins sensibles aux champs électromagnétiques parasites. De plus, la technique SERS permet de mesurer directement les propriétés physico-chimiques, alors que les systèmes électroniques, et certains autres systèmes optiques, sont indirects."

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