Détection des PFAS environnementaux par transfert d’énergie interrompu

Les PFAS, famille de substances hautement fluorées, représentent un danger pour l’homme et l’environnement. Les membres particulièrement problématiques de cette famille, tels que le sulfonate de perfluorooctane (PFOS) et l’acide perfluorooctanoïque (PFOA), semblent provoquer des lésions organiques et des cancers, ainsi que perturber le système endocrinien.

Dans la revue Chimie modifiéeles chercheurs ont maintenant introduit une nouvelle méthode pour un capteur de fluorescence économique et facile à utiliser pour les tests sensibles sur site pour les PFAS dans les échantillons d’eau.

Le terme substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS) fait référence à un groupe de composés organiques dans lesquels la plupart ou la totalité des atomes d’hydrogène liés aux atomes de carbone ont été remplacés par des atomes de fluor. Ils sont utilisés pour fournir une résistance à l’eau, à l’huile et à la saleté à une variété de produits, tels que les poêles antiadhésives, les vêtements d’extérieur et les emballages. Ils peuvent également être trouvés dans la mousse extinctrice, la peinture et le cirage automobile.

Ces composés sont très utiles – et très dangereux lorsqu’ils se retrouvent dans l’environnement : ils ne se décomposent pas et se concentrent donc dans les plantes, les animaux et les humains.

Des limites de 100 ng/l pour certaines substances PFAS spécifiques et de 500 ng/l pour l’ensemble de toutes les PFAS ont été fixées pour l’eau potable dans l’UE. En Allemagne, les fournisseurs d’eau doivent commencer à tester la présence de PFAS dans l’eau potable en 2026. L’Agence américaine de protection de l’environnement a fixé des limites plus strictes : pour les PFAS les plus répandus (PFOS et PFOA), la limite supérieure est fixée à 4 nm/l pour chaque substance.

La méthode habituelle utilisée pour détecter de telles traces fait appel à la chromatographie et à la spectrométrie de masse, prend du temps et est coûteuse, et nécessite un équipement complexe et un personnel expérimenté. Timothy M. Swager et Alberto Concellón du Massachusetts Institute of Technology (MIT) à Cambridge, aux États-Unis, ont introduit une technique permettant de réaliser un test portable et peu coûteux qui utilise des mesures de fluorescence pour détecter facilement et sélectivement les PFAS dans des échantillons d’eau.

Le test est basé sur un polymère – sous la forme d’un film mince ou de nanoparticules – avec des chaînes latérales fluorées contenant des molécules de colorant fluorées (dérivés de squaraine). Le squelette polymère spécial (polyphénylène éthynylène) absorbe la lumière violette et transfère l’énergie lumineuse au colorant par un échange d’électrons (mécanisme de Dexter).

Le colorant devient alors fluorescent en rouge. Si des PFAS sont présents dans l’échantillon, ils pénètrent dans le polymère et déplacent les molécules de colorant d’une fraction de nanomètre. Cela suffit à stopper l’échange électronique et donc le transfert d’énergie. La fluorescence rouge du colorant est « éteinte », tandis que la fluorescence bleue du polymère est « allumée ». Le degré de changement de fluorescence est proportionnel à la concentration de PFAS.

Cette nouvelle technique, qui a une limite de détection de l’ordre du µg/l pour le PFOA et le PFOS, est adaptée à la détection sur site dans les régions fortement contaminées. La détection de traces de ces contaminants dans l’eau potable peut être réalisée avec une précision suffisante après préconcentration des échantillons par extraction en phase solide.