Biosorption de l'antimoine par la levure de boulanger Saccharomyces cerevisiae : étude cinétique et thermodynamique en solution et développement de supports pour la spéciation et la préconcentration dans les eaux

Biosorption of antimony by Saccharomyces cerevisiae : kinetics and thermodynamics in solution and development of supports for antimony speciation and preconcentration in water

• Auteur / Autrice : Sébastien Marcellino
• Direction : Florence Lagarde
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences Analytiques. Lsa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie d'émission atomique à plasma induit par haute fréquence

Saccharomyces cerevisiae

Spéciation (chimie)

Antimoine

Mots clés libres

Spéciation

Préconcentration

Prétraitement thermique

Modélisation

Immobilisation

Icp-aes

Résumé

L'application de la biosorption à l’analyse inorganique est un sujet en plein essor. Dans cette étude, un support à base de cellules de boulanger Saccharomyces cerevisiae a été développé pour la spéciation et la préconcentration des espèces inorganiques de l’antimoine Sb(III) et Sb(V). Nous avons tout d’abord montré qu’il était possible de fixer de manière sélective Sb(III) en présence de Sb(V) sur les cellules dans une large gamme de pH (5-9) et de force ionique (0-0,1M). Un prétraitement thermique de la biomasse (80°C, 30min) permet d’augmenter significativement la cinétique de fixation de Sb(III) sans nuire à la séparation. L’élution de Sb(III) par l’acide thioglycolique à pH 10 est rapide et quantitative, permettant d’obtenir un facteur de préconcentration proche de 9. Nous avons mis en évidence que la rétention de Sb(V) observée à bas pH était due à des complexation avec les groupements sulfhydryle de la paroi cellulaire. La modélisation des isotherme de sorption de Sb(III) (qmax = 450µg. G-1) ont permis de définir 3 types de sites d’affinité et de coordination différentes. Parmi les matrices testées pour l’immobilisation des cellules, le polysulfone s’avère être le plus performant, alliant perméabilité, faible affinité vis-à-vis de l’antimoine et préservation des sites de fixation. Des colonnes remplies de levures immobilisées ont été couplées à un spectromètre ICP-AES et appliquées avec succès à la spéciation de l’antimoine dans l’eau minérale dopée à faible concentration. Les limites de quantification de Sb(III) ont été améliorées d’un facteur 5 par préconcentration.

The application of biosorption to inorganic analysis is an expanding research area. In this study, an analytical support based on baker’s yeast Saccharomyces cerevisiae was developed for the speciation and the preconcentration of inorganic antimony species Sb(III) and Sb(V). It was shown that Sb(III) can be retained selectively by the cells in the presence of Sb(V) in a wide range of pH (5-9) and ionic strength (0-0,1M). Heat pretreatment of the biomass (80°C, 30min) significantly increased the kinetics of Sb(III) uptake without degrading the separation. The elution of Sb(III) by thioglycolic acid at pH 10 was rapid and quantitative, allowing to achieve a preconcentration factor close to 9. Interactions between Sb(V) and the cells, as observed at lower pH, were found to be purely electrostatic, while Sb(III) retention was attributed to the complexation of the species with sulfhydryl groups of the cell walls. Three kinds of sites with different affinities and coordinations were identified by modeling Sb(III) sorption isotherms (qmax = 450µg. G-1). Among the different materials tested, polysulfone was found to be the most suitable matrix for yeast immobilization, combining a good permeability to a low affinity for antimony species and preservation of the sorption sites. Columns filled with immobilized cells were coupled with ICP-AES and successfully applied to antimony speciation in mineral waters samples spiked at low concentration level. The limit of quantification was improved by a factor of 5 by preconcentration