Détecter les métaux lourds dans le sol et l'eau : nouvelle méthode d'analyse sur site

Tous les arsenics ne se valent pas

L'arsenic est un métal lourd dangereux qui peut être présent dans les sols et les eaux. Outre la quantité, la toxicité dépend fortement de la forme chimique sous laquelle l'arsenic est présent. Les chercheurs* doivent donc distinguer précisément s'il s'agit d'arsenic (III) ou d'arsenic (V). "Ces deux formes se comportent de manière totalement différente dans l'environnement et ont également des effets différents sur la santé. Mais jusqu'à présent, les mesures à ce niveau élevé étaient très coûteuses et compliquées", explique le professeur Thomas Zentgraf du département de physique de l'université de Paderborn.

Actuellement, on utilise généralement la méthode dite SERS (SERS = "Surface-Enhanced Raman Scattering") pour détecter des traces d'arsenic. Il s'agit d'une technique analytique très sensible qui combine la spectroscopie Raman conventionnelle avec des surfaces métalliques nanostructurées. Le signal Raman des molécules est ainsi multiplié par un million, ce qui permet d'identifier clairement même les plus petites traces de substances chimiques ou biologiques. Cette méthode est toutefois précédée de processus de fabrication complexes, qui nécessitent souvent des machines spéciales et des matériaux coûteux. De plus, les capteurs doivent souvent être traités avec des produits chimiques pour fonctionner de manière fiable. "L'analyse des données nécessite également souvent des ordinateurs puissants et des appareils de mesure coûteux qui ne peuvent pas être facilement utilisés sur place", ajoute le professeur Zentgraf.

Rapide, bon marché et utilisable sur place

Les chercheurs* ont développé une nouvelle solution. Ils utilisent une structure spéciale, la "plateforme nanogap de la sphère de trous". Pour cela, ils utilisent des nanoparticules d'or qui s'organisent de manière autonome sur une surface en or. Ils traitent ensuite la surface avec de la chaleur et la gravent légèrement. Cette étape remplace la lithographie compliquée, c'est-à-dire la structuration par exposition à la lumière. Le résultat est une plateforme qui fonctionne de manière extrêmement fiable. Les chercheurs* ont montré que les résultats de mesure ne varient pratiquement pas. La méthode amplifie le signal lumineux d'un facteur 100 millions. Cela signifie que même les plus petites quantités d'arsenic sont clairement visibles. Comme la structure est entièrement constituée de métal, aucun autre signal provenant du matériau ne vient perturber la mesure. Cela rend les résultats très fiables.

Le principal avantage de cette nouvelle méthode est sa simplicité. Elle ne nécessite pas de machines coûteuses ni de produits chimiques spéciaux. La plateforme fonctionne de manière fiable même si les appareils de mesure n'ont pas la plus grande précision. Les chercheurs* ont par exemple montré qu'ils pouvaient détecter les variantes d'arsenic même avec de simples filtres ou des smartphones. Cela rend la méthode idéale pour une utilisation sur le terrain, par exemple sur les chantiers ou dans l'agriculture.