Utilisation de la chromatographie pour la détermination de l'enthalpie d'adsorption de polluants atmosphériques à la surface de nanoparticules métalliques
Parmi les types de risques qui doivent faire l'objet d'études approfondies, il y a entre autre l'effet synergique des nanoparticules en présence de polluants atmosphériques reconnus pour leur potentiel cancérigène. Ces polluants risquent de s'adsorber à la surface des particules en suspension dans l'air et ainsi être transportés conjointement dans le corps humain suite à l'inhalation de ces particules. Un tel effet a été observé pour des fibres d'amiante en présence d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). C'est dans cette optique que nous avons entrepris le développement d'une nouvelle méthode analytique permettant la mesure du pouvoir d'adsorption des nanoparticules métalliques. En s'inspirant d'études d'adsorption réalisée antérieurement, nous avons entrepris d'utiliser la chromatographie liquide et gazeuse afin de mesurer les isothermes d'adsorption de polluants atmosphériques sur des nanoparticules métalliques. Afin de manipuler de façon sécuritaire les nanoparticules et de mesurer des isothermes d'adsorption, nous devions choisir une technique nous permettant de générer les nanoparticules voulues sur un support de silice micrométrique. La méthode de dépôt métallique par évaporation sous vide fut retenue à cet effet. Une caractérisation par microscopie électronique à balayage (MEB) et par microscopie électronique à transmission (MET) a permis de confirmer la présence du métal sous forme de nanoparticules à la surface de la poudre de silice. Une analyse par spectrométrie infrarouge a également démontré que la surface des nanoparticules d'or peut être modifiée par le greffage d'alcanethiols. Les isothermes d'adsorption de quelques molécules d'intérêt ont ensuite été mesurées par chromatographie liquide et par chromatographie gazeuse sur ces nanoparticules métalliques supportées. Les résultats découlant de ces mesures ainsi que les détails concernant la préparation et la caractérisation des nanoparticules métalliques ont été présentés lors d'une conférence donnée au premier congrès international sur l'ingénierie des risques industriels en 2007 et ont par la suite été publiés dans un article paru dans le Journal International sur l'Ingénierie des Risques Industriels. Cet article détaillait les différents effets qui influencent l'adsorption de molécules organiques à la surface des nanoparticules. La conclusion principale de cet article fut que la présence de nanoparticules métalliques greffées à la surface de la silice influence l'adsorption du phénol d'une manière significative et que cette adsorption s'intensifie lorsque la quantité de nanoparticules déposées augmente. Il a aussi été démontré dans cet article que l'ajout d'une monocouche auto-assemblée d'alcanethiols à la surface de l'or change son pouvoir adsorbant. Dans le but de faciliter l'interprétation des résultats de ces mesures d'adsorption, nous avons cherché à déterminer la surface spécifique des nanoparticules d'or greffées à la surface de la silice. Comme les méthodes courantes, telle que l'analyse BET, servant à mesurer la surface spécifique des matériaux ne donnent qu'une mesure de la surface totale, nous avons entrepris de développer une nouvelle technique qui nous permettrait de ne mesurer que la surface métallique en faisant abstraction de la surface de silice adjacente. Afin de mesurer la surface des nanoparticules d'or greffées sur la silice, il suffit d'abord de plonger ces particules dans une solution contenant un excès de thiols dont la concentration est connue. On laisse les thiols réagir, puis on retire les particules. On détermine ensuite l'excès de thiols présent dans la solution à l'aide d'une analyse quantitative par GC-MS afin de déterminer le nombre de molécules de thiol ayant réagi. À l'aide de cette donnée et de la densité théorique des thiols greffés sur une surface d'or, il est ensuite possible de déterminer la surface d'or totale disponible pour l'adsorption. Après avoir caractérisé la surface des nanoparticules d'or et compris les différents paramètres influençant l'adsorption, nous avons tenu à étudier l'adsorption d'un polluant atmosphérique reconnu pour son pouvoir cancérigène, le benzène. Nous avons également procédé à une série de mesures d'isothermes d'adsorption de cette molécule sur des nanoparticules d'or afin de déterminer si la présence et la nature de la surface de silice influençaient le processus d'adsorption. Les résultats de ces mesures d'adsorption ont été présentés dans notre troisième article paru également dans le journal Langmuir. Les résultats présentés dans cet article démontrent que la présence et la nature du support de silice n'a aucun effet sur l'enthalpie d'adsorption du benzène mesurée sur les nanoparticules d'or greffées sur la silice.--Résumé abrégé par UMI
