Les concentrations de microplastiques sont-elles élevées dans notre environnement, notre eau potable ou notre nourriture ? Une équipe de chercheurs de l’Université Technique de Munich (TUM) vient de mettre au point une méthode automatisée d’identification et de quantification des particules de plastique.
Les microplastiques, minuscules particules de moins de 5 millimètres de diamètre, sont omniprésents dans notre environnement. Ils sont capables d’absorber et de transporter des polluants et des toxines. « Nous avons un besoin urgent de techniques analytiques pour en savoir plus sur la taille, la concentration et la composition de ces particules« , souligne Dr. Natalia Ivleva, à la Chaire de Chimie Analytique et de Chimie de l’Eau à l’Université Technique de Munich.
Pour détecter les microplastiques, les chercheurs ont dû surmonter plusieurs obstacles. D’abord, la question des faibles concentrations. Par exemple, l’eau de rivière contient de grandes quantités de matières en suspension et de sable fin, le plastique représentant moins de 1% de ces particules. Ces particules doivent d’abord être isolées avant de déterminer leur concentration et finalement leur composition chimique.
Les méthodes précédentes se basaient sur l’analyse des résidus libérés lors du chauffage des échantillons. Cependant, cette approche ne permet pas de déterminer le nombre, la taille et la forme des particules de plastique.
Identification des plastiques par diffusion de la lumière
« Notre approche est fondamentalement différente, » déclare Dr. Ivleva. « Elle est basée sur les particules. Cela signifie qu’au lieu de détruire les particules, nous les analysons directement. » Les chercheurs utilisent une méthode connue sous le nom de microspectroscopie Raman.
Il s’agit d’un procédé qui consiste à éclairer un échantillon avec une source laser monochromatique et à détecter la lumière diffusée par les molécules. La comparaison de la lumière diffusée avec la source laser fournit des informations sur la substance examinée. Pour analyser les particules de plastique d’un diamètre supérieur à 1 µm (micromètre), elles doivent d’abord être filtrées de la solution aqueuse, détectées sous le microscope, puis éclairées avec la lumière laser.
Les plastiques tels que le polyéthylène, le polystyrène et le chlorure de polyvinyle diffusent les photons de manière caractéristique, générant ainsi des signaux aussi uniques qu’une empreinte digitale.
Automatisation des mesures manuelles
Il a fallu des années pour développer ce processus de traçage. « Quand nous avons commencé, nous devions encore effectuer des mesures manuelles« , se souvient la chimiste. « Il nous a fallu des mois pour examiner quelques milliers de particules. » L’équipe a depuis réussi à automatiser la détection des microplastiques. Une seule analyse ne prend plus des semaines, mais seulement quelques heures.
Les minuscules particules doivent toujours être filtrées de la solution aqueuse, puis le filtre est placé sous le microspectroscope Raman, mais toutes les étapes suivantes 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 un résultat statistiquement significatif dans la spectroscopie Raman subséquente.
La détection des nanoplastiques : un défi en cours
Pour enquêter sur les nanoparticules de diamètres inférieurs à 1 µm, l’équipe de Dr. Ivleva travaille déjà sur un processus modifié. « Il est difficile, voire impossible, de discerner les nanoparticules sous un microscope optique. Pour les détecter, nous devons d’abord effectuer une fractionnement de taille, puis les identifier », explique la chercheuse.
Pour cela, un système de fractionnement par flux de champ (FFF) est utilisé. Ce système 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 appareil spécialement développé, combiné à la spectroscopie Raman, permet la caractérisation chimique de différents types de nanoplastiques.
En synthèse
« Les nouveaux processus analytiques permettent une investigation rapide et précise de la concentration, de la taille et de la composition des micro- et nanoplastiques« , résume Dr. Ivleva. « Il est maintenant possible d’étudier l’influence de ces particules sur l’environnement et la santé humaine. »
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 / Voir
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 / Voir
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