Thèse soutenue

Etude de l'ablation-ionisation résonante des oxydes de fer : spéciation et analyse in situ : application à l'étude des interactions biologiques en présence ou non d'hydrocarbures aromatiques polycycliques

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Auteur / Autrice : Benoît Maunit
Direction : Jean-François Muller
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie-Physique
Date : Soutenance en 1996
Etablissement(s) : Metz

Mots clés

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Résumé

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Le premier objectif de ce travail est d'établir une caractérisation physique des oxydes de fer Fe1-[delta]O, Fe3O4 et Fe2O3 (microphotographies meb, surface spécifique, granulométrie). Par la suite, ces mêmes oxydes ont été étudiés par spectrométrie de masse à ionisation laser (LMMS) afin de les différencier par leur empreinte spectrale. L'utilisation de l'ionisation multiphotonique est à proscrire ; il faut lui préférer l'ionisation en mode résonant (RELAI: résonant laser ablation ionisation) qui a pour effet d'augmenter la sensibilité de la détection et d'améliorer les écarts entre les empreintes spectrales des trois oxydes de fer étudiés. Parallèlement, les oxydes de fer Fe1-[delta]O, Fe3O4 et Fe2O3 à base de fer 54 sont synthétisés et caractérisés par diffraction des rayons X et par LMMS en mode RELAI. La différenciation de ces trois oxydes est confortée par une étude statistique en analyse en composantes principales (ACP) des données LMMS. Le second objectif consiste en l'étude des mécanismes de formation des ions Fe2+ et Fe2O+ dont les intensités varient sensiblement en fonction de l'espèce étudiée. Sur la base des observations effectuées par microsonde laser LMMS et FT/ICR/MS, il s'avère que, d'une part, le dimère Fe2+ provient de la réaction entre l'ion précurseur Fe+ et le neutre FeO et que, d'autre part, Fe2O+ est issue d'une réaction entre le dimère Fe2+ et l'oxygène à l'état moléculaire singulet 1O2. Ces réactions existent bien au sein même du nuage gazeux généré par l'impact laser et ne sont en aucun cas des réactions ion/molécules réalisées en cellule FT/ICR/MS. Suite à cette étude, nous mettons à profit notre protocole pour examiner les caractéristiques physico-chimiques de particules émises dans l'atmosphère d'une aciérie donnée, d'un haut-fourneau et au niveau d'un site d'agglomération de minerai. Les oxydes de fer Fe3O4 et Fe2O3 sont détectés contrairement à Fe1-[delta]O qui n'a jamais été observé. Ces travaux sont suivis par une mise à profit des potentialités des microsondes laser LMMS et FT/ICR/MS pour l'analyse des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) in situ (sans traitement préalable des particules) sur des poussières prélevées dans une aciérie. La présence de benzoapyrène (BaP) est confirmée sur des poussières de fine granulométrie (0,7-1,1 m) ayant une concentration non négligeable en oxyde de fer. La présence et l'identification des HAP sont confirmées par chromatographie en phase gazeuse GC/FID. Enfin, les transformations éventuelles in vitro (cellules embryonnaires L 132 et macrophages) des oxydes de fer standard 56Fe3O4, 56Fe2O3, des oxydes de fer synthétisés 54Fe3O4, 54Fe2O3 et de poussières industrielles sont examinées par LMMS en mode RELAI. Il en découle que les oxydes de fer Fe2O3 sont réduits car seul l'ion Fe+ est détectée dans le milieu cellulaire ainsi que les oxydes Fe3O4 qui, selon les particules est soit totalement réduit soit partiellement réduit en oxyde de fer Fe1-[delta]O. Une ionisation à faible longueur d'onde permet également la détection du BaP dans le milieu intracellulaire