Détermination du destin des nanoparticules d'argent dans les eaux usées et dans les biosolides en utilisant la microscopie en champ sombre et analyse hyperspectrale

Abstract

Les nanomatériaux sont une classe de produits contaminants émergents et qui sont présents en concentrations croissantes dans l’environnement. Dans les milieux environnementaux complexes, leur détection est souvent compliquée par les interférences provenant des matrices environnementales. L'objectif de ce travail était de voir si c’était possible de suivre et de comprendre le sort des nanoparticules d'argent dans les eaux usées à l'aide de microscopie améliorée en champ sombre (EDM) couplé à l’analyse/imagerie hyperspectrale (HSI). En effet, lorsqu'il est couplée à une analyse pixel par pixel, EDM peut être utilisée pour dépister la présence de nanoparticules, et pour localiser, identifier et suivre leur sort in situ. La transformation de plusieurs nanoparticules d'argent différentes (40, 80 et 100 nm) avec différents revêtements (citrate et polyvinylpyrrolidone) a été analysée dans des milieux complexes (eaux usées, biosolides). Les résultats ont montré que, lorsqu’ajouté dans des systèmes complexes contenant de la matière organique naturelle, certaines nanoparticules sont rapidement transformées (sur une période de 2 heures), comme indiqué par un changement de la longueur d'onde attribuée à leur résonance plasmonique (450-570 nm), conduisant à une diminution de l'intensité du signal de 95%. Sur la base de résultats complémentaires obtenus par diffusion de lumière dynamique (DLS) et de spectroscopie de masse à plasma à couplage inductif de particules uniques (SP-ICP-MS), il a été possible d'attribuer les changements non à l'agrégation des particules ou la dissolution, mais plutôt à une modification de la nature des particules en raison de l'adsorption de la matière organique sur leur surface. Ce travail montrera que les propriétés des nanoparticules dans les systèmes complexes sont très différentes de celles des systèmes simples.

Nanomaterials are a class of emerging and increasingly produced contaminants that are present in increasing concentrations. In complex environmental media, their detection is often complicated by interferences from environmental matrices. The objective of this work was to follow the fate of silver nanoparticles in the wastewaters using enhanced darkfield microscopy (EDM) coupled with hyperspectral imaging (HIS). When coupled with a pixel by pixel analysis, EDM can be used to screen for the presence of nanoparticles, and to locate, identify, and follow their fate in situ. Transformation kinetics of several different silver nanoparticles (40, 80 and 100 nm) with different coatings (citrate and polyvinylpyrrolidone) were analysed in complex media (wastewater, biosolids). Results demonstrated that when spiked into complex systems containing natural organic matter, certain nanoparticles were rapidly transformed (over a period of 2 hours), as shown by a shift in the wavelength attributed to their plasmonic resonance (450 to 570 nm) leading to a decrease in signal intensity of 95%. Based upon complementary results obtained by dynamic light scattering (DLS) and single particle inductively coupled plasma-mass spectrometry (SP-ICP-MS), it was possible to attribute the changes not to particle aggregation or dissolution as much as a change in the nature of the particles due to the adsorption of organic matter on their surface. This memoir will show that the properties of the nanoparticles in complex systems are very different from those in simple systems.