Utilisation complémentaire des techniques de fractionnement flux-force asymétrique et en colonne tournante pour la caractérisation d'échantillons environnementaux de particules

Complementary use of asymmetrical flow and coiled tube field-flow fractionation techniques in the analysis of environmental particulate samples

• Auteur / Autrice : Aleksandr Ivaneev
• Direction : Gaëtane Lespes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique et environnement
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fractionnement par couplage flux-force

Environnement

Nanoparticules

Mots clés libres

Fractionnement flux-force en colonne tournante

Fractionnement flux-force asymétrique

Particules environnementales

Nanoparticules environnementales

Cendres volcaniques

Coiled tube field-flow fractionation techniques

Asymmetrical flow field-flow fractionation

Environmental particles

Environmental nanoparticles

Volcanic ashes

Résumé

Les particules environnementales, particulièrement nanoparticules (NP), présentent un risque potentiel pour la santé humaine et les écosystèmes en raison de leur ubiquité, de leurs caractéristiques et de leurs propriétés spécifiques. Plus particulièrement les NP ont une mobilité extrêmement élevée dans l'environnement, une capacité à associer, voire à concentrer des éléments toxiques et à pénétrer dans les organismes vivants. Les nanoparticules doivent donc être considérées avec une attention particulière dans les études environnementales. Néanmoins, l'étude des NP dans l'environnement demeure un défi pour la chimie analytique. En effet, les nanoparticules dans un échantillon environnemental polydispersé peuvent représenter seulement un millième ou moins de la masse de l'échantillon global. Par conséquent, une masse d'échantillon considérable doit être manipulé pour séparer une quantité de nanoparticules suffisante pour leur caractérisation dimensionnelle et leur quantification. L’ensemble des techniques de fractionnement par flux−force (FFF) peut servir de base pertinente pour le développement d'une méthodologie applicable à l'étude des NP environnementales.Cette thèse de doctorat se concentre sur l'utilisation des techniques de fractionnement flux-force asymétrique et en colonne tournante (A4F et CTFFF, respectivement) dans l’étude d’échantillons environnementaux de particules. Les résultats obtenus mettent en évidence les avantages de l'utilisation de ces techniques appliquées à des nanoparticules de cendres volcaniques. Il convient de souligner que la technique de CTFFF a une capacité de séparation accrue par rapport à l’A4F, tandis que l’A4F a une grande résolution. La CTFFF a été utilisée pour la séparation de NP d’échantillons de cendres volacniques. Une nouvelle procédure de fractionnement en colonne tournante a également été proposée. La caractérisation dimensionnelle et élémentaire de ces NP a été réalisée en utilisant le couplage entre l'A4F, la diffusion de la lumière multi-angle et l'ICP-MS. Complémentairement, la stabilité de ces nanoparticules y est abordée.

Environmental particles, especially nanoparticles (NPs), have a potential risk for human health and ecosystems due to their ubiquity, specific characteristics and properties (extremely high mobility in the environment, abilities of accumulation of toxic elements and penetration in living organisms) and, hence, should be scrutinized. The study of environmental NPs remains a challenge for analytical chemistry. In fact, NPs in a polydisperse environmental sample may represent only one thousandth or less of the bulk sample. Consequently, a considerable sample weight must be handled to separate amount of NP fraction sufficient for their dimensional and quantitative characterization. The group of field-flow fractionation (FFF) techniques can serve as a relevant basis for the development of methodology applicable to the study of environmental NPs.This doctoral thesis focuses on the use of asymmetrical flow and coiled tube field-flow fractionation techniques (A4F and CTFFF, respectively) in the investigation of environmental particulate samples. The results obtained demonstrate the advantages of these techniques applied to the study of volcanic ash nanoparticles. It should be highlighted that CTFFF technique has an increased separation capacity as compared to A4F, while A4F has an increased resolution. CTFFF was applied to the separation of NPs from environmental samples and a new coiled tube field-flow fractionation procedure was proposed. Dimensional and elemental characterization was carried out using A4F coupled to laser light scattering and ICP-MS. Furthermore, the results related to the investigation of stability of environmental nanoparticles are also given.