Spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS), Nanoparticules, Microfluidique, Dureté de l'eau, Environnements aquatiques

Dans le contexte de la pollution environnementale mondiale, l'eau est l'un des principaux vecteurs qui stocke et transmet les contaminants entre les régions et vers la vie humaine. Par conséquent, l'identification des sources de polluants et l'évaluation de l'état de la pollution nécessitent des mesures de la qualité de l'eau à une fréquence et à une résolution spatiale pertinentes. Cette collecte de données peut aider à appliquer de meilleures politiques de gestion et des actions de prévention. Cependant, les méthodes de surveillance actuelles sont coûteuses et nécessitent une intervention humaine, ce qui les rend inappropriées pour des mesures sur le terrain à grande échelle et à haute fréquence. Pour cette raison et l'aggravation du statut de polluant, les agences internationales telles que l'ONU, l'Unicef et l'OMS appellent à développer de nouveaux outils de surveillance de la qualité de l'eau. Dans ce travail, nous avons développé une plateforme microfluidique automatisée intégrant la spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS) pour la surveillance des ions métalliques dans les eaux douces. Dans la première partie, nous avons examiné une stratégie pour effectuer une analyse quantitative basée sur SERS sans avoir besoin d'étalonnage. La méthode réinvestit une procédure de titrage volumétrique colorimétrique pour déterminer la dureté de l'eau mais implique de surveiller la progression du titrage à travers le signal SERS d'un indicateur complexométrique. Trois eaux minérales couvrant des concentrations en métaux divalents variant d'un facteur 25 ont ainsi été titrées avec succès, avec une justesse de 85% à 106% et une précision de 5%. Dans la deuxième partie, nous avons développé une plateforme microfluidique qui automatise le précédent titrage complexométrique basé sur SERS. La plateforme a généré une chaîne de gouttelettes SERS actives avec des conditions de titrage bien contrôlées et a collecté les signaux SERS. En utilisant les trois mêmes eaux minérales qu'auparavant, la plateforme a fourni des résultats comparables au protocole manuel précédent avec une justesse accrue de 69 % à 107 % et une plus large précision de 6 % à 17 %. En échange, cette plateforme a réduit le travail humain grâce à l'automatisation, a divisé par huit le temps d'acquisition des données, a un coût instrumental modéré, un débit élevé et a consommé cent fois moins de volume matériel. En conclusion, ce travail a établi une base solide pour une station de surveillance environnementale automatisée.