Détection des contaminants environnementaux - Applications EPR (ESR)

En tant que crise mondiale, la pollution de l'environnement affecte la vie et la santé humaines. Il existe une nouvelle classe de substances nocives pour l'environnement parmi les polluants de l'air, de l'eau et du sol : les radicaux libres persistants dans l'environnement (EPFR). Les EPFR sont omniprésents dans l'environnement et peuvent induire la génération d'espèces d'oxydes réactifs (ROS), qui provoquent des dommages aux cellules et à l'organisme, sont l'une des causes du cancer et ont de graves effets biologiques. La technologie de résonance paramagnétique électronique (EPR ou ESR) peut détecter les EPFR et les quantifier pour trouver la source du danger et résoudre le problème sous-jacent.

Que sont les EPFR

Les EPFR sont une nouvelle classe de substances à risque environnemental proposées par rapport à la préoccupation traditionnelle des radicaux libres à courte durée de vie. Ils peuvent exister dans l’environnement pendant des dizaines de minutes à des dizaines de jours, avoir une longue durée de vie et sont stables et persistants. Sa stabilité repose sur sa stabilité structurelle, difficile à décomposer et il est difficile de réagir les uns avec les autres pour éclater. Sa persistance est basée sur l'inertie qui fait qu'il n'est pas facile de réagir avec d'autres substances présentes dans l'environnement, il peut donc persister dans l'environnement. Les EPFR courants sont le cyclopentadiényle, la semiquinone, le phénoxy et d'autres radicaux.

EPFR courants

D’où viennent les EPFR ?

Les EPFR se trouvent dans un large éventail de milieux environnementaux, tels que les particules atmosphériques (par exemple PM 2,5), les émissions des usines, le tabac, le coke de pétrole, le bois et le plastique, les particules de combustion du charbon, les fractions solubles dans les plans d'eau et les sols contaminés par des matières organiques, etc. Les EPFR suivent un large éventail de voies de transport dans les milieux environnementaux et peuvent être transportés par ascension verticale, transport horizontal, dépôt vertical sur des plans d'eau, dépôt vertical sur terre et migration de plans d'eau vers la terre. Au cours du processus de migration, de nouveaux radicaux réactifs peuvent être générés, qui affectent directement l'environnement et contribuent aux sources naturelles de polluants.

Formation et transfert multimédia d'EPFR (Environmental Pollution 248 (2019) 320-331)

Application de la technique EPR pour la détection des EPFR

L'EPR (ESR) est la seule technique de spectroscopie d'ondes capable de détecter et d'étudier directement les substances contenant des électrons non appariés. Elle joue un rôle important dans la détection des EPFR en raison de ses avantages tels qu'une sensibilité élevée et une surveillance in situ en temps réel. Pour la détection des EPFR, la spectroscopie EPR (ESR) fournit des informations dans les dimensions spatiales et temporelles. La dimension spatiale fait référence aux spectres EPR qui peuvent prouver la présence de radicaux libres et obtenir des informations sur la structure moléculaire, etc. Le test EPR permet l'analyse d'espèces telles que les radicaux libres dans l'échantillon, où les spectres EPR à onde continue peuvent fournir des informations telles que comme le facteur g et la constante de couplage hyperfine A, ce qui permet aux chercheurs d'obtenir des informations telles que la structure électronique des radicaux libres. La dimension temporelle signifie que la demi-vie des EPFR peut être déduite en surveillant l’heure actuelle des signaux EPR.

Application de la technologie EPR à la détection des EPFR dans l'environnement du sol

Le traitement, le stockage, le transport du pétrole et les éventuelles fuites des réservoirs de stockage sont tous sensibles à la contamination des sols. Bien que les techniques de traitement thermique puissent être utilisées pour assainir les sols contaminés par divers pesticides et PCB volatils, semi-volatils, le chauffage peut modifier les propriétés physicochimiques du sol. L'effet du traitement thermique à basse température sur les PCP et les EPFR dans les sols peut être étudié à l'aide de techniques EPR.

Les sols ont été traités thermiquement et testés pour l'EPR (ESR) en utilisant deux types de chauffage : le chauffage fermé (conditions anoxiques) et le chauffage ouvert (conditions riches en oxygène). Les résultats des tests ont montré un signal radical EPR (ESR) légèrement plus large et plus faible dans les sols chauffés à l'air libre, indiquant que le chauffage à l'air libre entraînait la formation d'un radical PCP ou d'un autre radical similaire avec une structure centrée sur l'oxygène. La concentration d'EPFR la plus élevée était de 10 × 1018 spin/g sous chauffage ouvert à 100 °C et de 12 × 1018 spin/g sous chauffage fermé à 75 °C. Les résultats suggèrent que le traitement à basse température du sol contaminé par le PCP peut convertir le PCP en EPFR plus toxiques qui peuvent être présents dans l'environnement pendant une période suffisamment longue.

Spectres RPE des sols à chauffage fermé et à chauffage ouvert et concentrations correspondantes d'EPFR et de PCP (Environ Sci Technol, 2012, 46(11) : 5971-5978)

Application de la technologie EPR pour la détection des EPFR dans la fumée de tabac

La fumée de tabac est un aérosol composé de particules/gouttelettes (TPM, particules totales) et de produits chimiques en phase gazeuse (gaz toxiques, composés organiques volatils, radicaux à courte durée de vie, etc.). Le TPM contient de fortes concentrations d'EPFR à longue durée de vie, des radicaux stables. qui causent des dommages à l’ADN par la formation de radicaux hydroxyles (-OH), entraînant des effets négatifs à long terme sur la santé humaine.

Pour les cigarettes classiques, la présence de radicaux libres centrés sur le carbone les rend détectables par les techniques RPE. Pour les e-cigarettes modernes, la technique EPR permet respectivement le dosage des radicaux libres générés lors de l’inhalation de l’e-cigarette et la quantification de la génération d’EPFR et de la production de ROS dans le TPM.

La quantité de radicaux hydroxyles formés par la cigarette électronique TMP (Environmental Science and Technology 2020 54 (9), 5710-5718)

Application de la technologie EPR à la détection des EPFR dans les zones minières alimentées au charbon

Xuanwei, Yunnan, Chine, est une région où l'incidence du cancer du poumon est élevée. La région est riche en réserves de charbon bitumineux et les habitants utilisent le charbon bitumineux dans leur vie quotidienne et dans leur production industrielle. La combustion du charbon bitumineux produit des polluants contenant des substances telles que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), qui sont considérés comme la principale cause de l'incidence élevée du cancer du poumon. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont les polluants chimiques potentiellement cancérigènes et tératogènes les plus répandus dans l'environnement. Les molécules elles-mêmes ne sont pas paramagnétiques mais sont facilement oxydées en radicaux cationiques correspondants sous l'action de catalyseurs silice-aluminium. Ces radicaux cationiques adsorbés à la surface du catalyseur sont stables et peuvent être détectés par spectroscopie RPE. Pendant ce temps, l’intensité du signal de l’EPR est linéairement liée à la concentration de HAP, de sorte que la concentration totale de HAP peut être surveillée par spectroscopie EPR.

Spectroscopie de résonance paramagnétique électronique (RPE) CIQTEK

La spectroscopie CIQTEK EPR (ESR) fournit une méthode analytique non destructive pour la détection directe des matériaux paramagnétiques. Il peut étudier la composition, la structure et la dynamique des molécules magnétiques, des ions de métaux de transition, des ions de terres rares, des amas d'ions, des matériaux dopés, des matériaux défectueux, des radicaux libres, des métalloprotéines et d'autres substances contenant des électrons non appariés, et peut fournir des informations in situ et non. -des informations destructrices à l'échelle microscopique des spins, orbitales et noyaux des électrons. Ses applications sont nombreuses dans les domaines de la physique, de la chimie, de la biologie, des matériaux et de l'industrie.