Un schéma de l'appareil prototype SION-105 :Un flacon contenant une suspension luminescente rouge de cristaux SION-105 est placé à l'intérieur de l'appareil. Lorsque deux gouttes d'échantillon d'eau sont ajoutées au flacon, les changements résultants de la luminosité de SION-105 sont mesurés par la photodiode, et instantanément converti en une lecture quantitative précise de la concentration de fluorure dans l'échantillon. L'encart est un schéma de la façon dont la luminescence est éteinte au niveau moléculaire. Crédit :Mish Ebrahim
L'ajout de fluorure à l'eau est une pratique courante dans un certain nombre de pays, y compris les États-Unis, Australie, Brésil, Malaisie, Inde et Vietnam. En faibles concentrations (inférieures à 1,5 mg/L), il peut prévenir la carie dentaire et même renforcer les os, mais les niveaux supérieurs peuvent avoir l'effet inverse, provoquant de graves maladies dentaires et osseuses, surtout chez les enfants et les fœtus en développement.
Pour garder les choses sous contrôle, l'OMS a fixé à 1,5 mg/L la limite maximale de fluorure dans l'eau potable. "Pour déterminer si l'eau potable est salubre, nous devons détecter le fluorure dans l'eau au niveau de parties par million (ppm), " explique Kyriakos Stylianou au Laboratoire de simulation moléculaire de l'EPFL Valais Wallis. " Environ un à 1,5 ppm est bon pour les dents, mais dans de nombreux pays, les sources d'eau ont des concentrations supérieures à 2 ppm, ce qui peut causer de graves problèmes de santé."
Mais mesurer le fluorure à des concentrations aussi faibles avec une précision suffisante est coûteux et nécessite un laboratoire chimique bien équipé. À cause de ce, la contamination au fluorure de l'eau touche aujourd'hui un certain nombre de pays en développement, et même certaines parties des pays développés.
Dirigé par Stylianou, une équipe de scientifiques a maintenant construit un appareil capable de mesurer avec précision les concentrations de fluorure en utilisant seulement quelques gouttes d'eau, même avec une faible contamination, ce qui entraîne un simple changement de luminosité des couleurs. Publié dans le Journal de l'American Chemical Society ( JACS ), l'appareil est nommé SION-105. C'est portable, considérablement moins cher que les méthodes actuelles, et peut être utilisé sur place par pratiquement n'importe qui.
Une photographie de SION-105 en suspension dans des solvants avec (L) et sans (R) contamination par les ions fluorure. Crédit :Mish Ebrahim (EPFL)
La clé de l'appareil est la conception d'un nouveau matériau que les scientifiques ont synthétisé (et d'après lequel l'appareil est nommé). Le matériau appartient à la famille des « charpentes métallo-organiques » (MOF), composés constitués d'un ion métallique (ou d'un amas d'ions métalliques) relié à des ligands organiques, formant ainsi un-, deux-, ou des structures tridimensionnelles. En raison de leur polyvalence structurelle, Les MOF peuvent être utilisés dans une liste toujours croissante d'applications, y compris la séparation des produits pétrochimiques, eau détox, et en extraire de l'hydrogène ou même de l'or.
SION-105 est luminescent par défaut, mais s'assombrit lorsqu'il rencontre des ions fluorure. "Ajouter quelques gouttes d'eau et en surveillant le changement de couleur du MOF, nous pouvons déterminer s'il est sécuritaire de boire l'eau ou non, " explique Mish Ebrahim, le premier auteur de l'article. « Cela peut maintenant être fait sur place, sans aucune expertise chimique."
Les chercheurs ont utilisé l'appareil pour déterminer la teneur en fluorure dans des échantillons d'eau souterraine du Vietnam, les Émirats arabes unis, et l'Arabie Saoudite. Les données correspondent très bien par rapport aux mesures effectuées par chromatographie ionique, une méthode standard pour mesurer la concentration de fluorure dans l'eau.
L'appareil prototype utilisé avec SION-105 pour détecter les anions fluorure dans l'eau potable. Crédit :Marie-Thé et Etienne Roux
"Cette comparaison met en valeur les performances et la fiabilité du SION-105, lequel, couplée à la portabilité et à la facilité d'utilisation de l'appareil, en font une solution très conviviale pour l'échantillonnage de l'eau dans les zones reculées où une surveillance fréquente de la concentration de fluorure est primordiale, " dit Stylianou.
