Des chimistes de l'Université du Texas à Austin ont mis au point un matériau qui détient la clé du bon marché, de nouveaux capteurs rapides et portables pour une large gamme de produits chimiques dont la détection coûte actuellement des sommes importantes aux gouvernements et aux industries. L'innovation pourrait conduire à des gains majeurs de santé publique, car il a le potentiel de réduire considérablement les coûts associés au nettoyage des déversements accidentels de produits chimiques, la réhabilitation d'anciens sites industriels, détecter la contamination radioactive dans l'eau potable, et l'utilisation d'appareils d'imagerie médicale et de recherche.

"Une entreprise avec une usine chimique abandonnée qui a des barils de solvants non étiquetés ou un service public craignant que son approvisionnement en eau ait été contaminé aujourd'hui est confronté à un processus fastidieux d'identification des produits chimiques avant de pouvoir commencer le nettoyage, " dit Simon Humphrey, professeur agrégé de chimie qui a dirigé la recherche. "C'est coûteux et peut prendre deux ou trois jours. Nous pouvons maintenant le faire avec un rapide, méthode sur site et cette différence pourrait améliorer la santé des personnes et réduire la pollution beaucoup plus efficacement. »

Humphrey envisage des jauges en papier jetables recouvertes du nouveau matériau. Un utilisateur en tremperait un dans une substance non caractérisée et le collerait dans un lecteur ultraviolet (UV). Sur la base des couleurs de la lumière émise, l'appareil indiquerait quels composants, tels que les solvants organiques, fluorure, mercure et métaux lourds, sont dans la substance.

Le matériel, appelé PCM-22 et décrit dans un article publié aujourd'hui dans la revue Chimie , est un cristal composé d'ions lanthanides et de triphénylphosphine. Lorsqu'un produit chimique se lie au matériau et qu'une lumière UV l'éclaire, le matériau émet des couleurs spécifiques de lumière visible. Chaque produit chimique produit une signature unique à huit facteurs de couleur et de luminosité qui peut être utilisée pour l'identifier et le quantifier dans un échantillon non caractérisé.

Une fois que les scientifiques ont étalonné le capteur sur des échantillons connus pour créer un catalogue d'empreintes digitales pouvant être utilisé pour identifier les composants d'échantillons non caractérisés, les capteurs de type jauge seraient relativement simples à réaliser, dit Humphrey. Lui et UT Austin partagent des brevets communs sur le matériau du capteur et sur le processus d'analyse des résultats, et le bureau de commercialisation de la technologie de l'UT Austin a déjà commencé à travailler pour licencier la technologie aux entreprises.

Une autre caractéristique bénéfique du PCM-22 est qu'il peut distinguer deux types d'eau - l'eau ordinaire (H2O) que nous connaissons dans la vie quotidienne et l'eau dite lourde (D2O), utilisé dans le fonctionnement de l'imagerie médicale et de recherche.

Avec D2O, les atomes d'hydrogène sont remplacés par des atomes de deutérium, mais les deux types d'eau sont notoirement difficiles à distinguer parce qu'ils ont l'air et, dans la plupart des cas, se comportent de la même manière chimiquement. Cela nécessite normalement un test coûteux avec un équipement de laboratoire sophistiqué appelé spectromètre laser pour distinguer les deux.

Parce que le nouveau matériau rend plus simple la distinction entre les deux types d'eau, il pourrait devenir beaucoup plus facile pour les agences gouvernementales de détecter la présence de contamination radioactive dans l'eau potable ou d'autres plans d'eau tels que les lacs et les rivières. Lorsque l'eau ordinaire interagit avec des matières radioactives, comme l'uranium, une partie est convertie en eau lourde, des niveaux élevés d'eau lourde donnent donc un avertissement précoce de contamination par des matières radioactives.

La capacité de détecter et de quantifier rapidement les deux formes d'eau, à moindre coût et là où on en a besoin ouvrirait également la voie à une imagerie médicale et de recherche plus abordable et plus fiable, comme la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN), qui nécessite de l'eau lourde pour fonctionner. Pour que la RMN fonctionne correctement, cette eau lourde doit être très pure, mais il est facilement contaminé par l'eau ordinaire provenant de l'humidité de l'atmosphère.

"Lorsque vous achetez de l'eau lourde à un fabricant, elle est au départ ultrapure, " dit Humphrey. " Mais dès que vous dévissez la bouteille, les atomes d'hydrogène de l'air commencent à s'échanger avec des atomes de deutérium. Une semaine plus tard, tous les H se sont brouillés avec les D et cela ruine efficacement l'eau lourde. C'est un échange que vous ne pouvez pas arrêter."

Le nouveau matériel, qui est suffisamment sensible pour détecter des concentrations d'eau ordinaire aussi faibles que 10 parties par million dans une solution d'eau lourde, pourrait rendre moins coûteux et plus rapide la vérification de la pureté de cet important réactif.