La moitié de l'eau du robinet aux États-Unis contaminée par les "produits chimiques éternels" - Une méthode de détection révolutionnaire agit en quelques minutes.

Une nouvelle méthode de détection des composés PFAS en moins de trois minutes a été introduite par des chimistes, offrant une approche rapide et sensible pour la surveillance environnementale et pour faire face au problème généralisé de la contamination par les PFAS.

Les chercheurs rapportent l'une des approches les plus rapides et les plus sensibles à ce jour pour détecter les substances per- et poly-fluoroalkyles (PFAS) toxiques qui s'accumulent dans l'environnement et qui sont liées à des risques pour la santé allant du cancer aux malformations congénitales.

Les PFAS ont mérité le nom de "produits chimiques éternels" pour de bonnes raisons - ces composés synthétiques, qui peuvent mettre des milliers d'années à se dégrader et qui se retrouvent dans tout, des emballages alimentaires résistants à la graisse aux vêtements imperméables, ont fini par contaminer près de la moitié de l'eau du robinet aux États-Unis.

Maintenant, dans une étude présentée dans le Journal of Hazardous Materials d'Elsevier, des chimistes de l'Institut de technologie du New Jersey ont démontré une nouvelle méthode basée sur des laboratoires pour détecter des traces de PFAS provenant d'emballages alimentaires, d'échantillons d'eau et de sol en seulement trois minutes ou moins.

Les chercheurs affirment que leur approche pourrait accélérer considérablement les efforts visant à étudier et à remédier à la bioaccumulation des PFAS dans l'environnement, y compris les plus de 2 milliards de dollars de subventions de l'EPA provenant de la loi bipartite sur l'infrastructure du président Biden pour que les États effectuent des tests et un traitement de la qualité de l'eau pour ces contaminants émergents.

"Il existe des milliers d'espèces différentes de PFAS, mais nous n'avons pas encore compris l'étendue de leur répartition dans notre environnement car les méthodes de test actuelles sont coûteuses et prennent du temps, nécessitant des heures pour la préparation et l'analyse des échantillons dans certains cas ", a déclaré Hao Chen, auteur correspondant de l'étude et professeur de chimie au NJIT. "Ce que démontre notre étude, c'est une méthode bien plus rapide, sensible et polyvalente qui peut contrôler notre eau potable, nos terres et nos produits de consommation pour détecter une contamination en quelques minutes".

Chen et ses collègues affirment que la nouvelle méthode - mettant en jeu une technique d'ionisation pour analyser la composition moléculaire des échantillons appelée spectrométrie de masse par pulvérisation de papier (PS-MS) - est de 10 à 100 fois plus sensible que la technique standard actuelle pour les tests de PFAS, la chromatographie liquide / spectrométrie de masse.

"Les PFAS peuvent être ionisés et détectés rapidement par un spectromètre de masse à haute résolution, ce qui permet de voir clairement chaque espèce de PFAS présente et le degré de contamination jusqu'à un niveau de parties par billion (ppb)", a expliqué Chen. "Pour des matrices plus complexes comme le sol, nous avons appliqué une méthode connexe appelée spectrométrie de masse par pulvérisation de papier de désalage (DPS-MS) qui élimine les sels qui suppriment normalement le signal ionique des PFAS. Ensemble, ils améliorent considérablement notre capacité à détecter ces composés".

"Notre limite de détection des PFAS est d'environ 1 ppb. Pour mettre cela en contexte, on peut le comparer à une goutte d'eau dans 20 piscines olympiques", a ajouté Md Tanim-Al Hassan, premier auteur de l'article et étudiant en doctorat en chimie au NJIT.

Lors des tests, l'équipe a pu détecter des PFAS en une minute ou moins en analysant directement des morceaux de différents matériaux d'emballage alimentaire, notamment du papier à popcorn pour micro-ondes, des boîtes de nouilles instantanées, ainsi que des emballages de frites et de burgers provenant de deux chaînes de restauration rapide multinationales.

L'analyse a révélé des traces de 11 molécules de PFAS différentes - y compris des types courants liés à une augmentation du risque de cancer et à une suppression du système immunitaire, tels que le PFOA (acide perfluorooctanoïque) et le PFOS (acide perfluorooctanesulfonique).

Lors de leur analyse de l'eau, l'équipe a détecté des traces de PFOA dans des échantillons d'eau du robinet local en moins de deux minutes, tout en ne trouvant aucune trace de PFAS dans des échantillons prélevés dans l'eau filtrée de la fontaine de l'université.

"L'EPA a déjà proposé d'établir des niveaux de contamination maximum (MCL) pour six PFAS dans l'eau potable à l'échelle nationale, et le PFOA et le PFOS en font partie", a déclaré Mengyan Li, co-auteur de l'étude et professeur associé de sciences de l'environnement au NJIT. "Cette méthode analytique pourrait faciliter des dépistages plus intensifs des PFAS toxiques qui pourraient être nécessaires dans le cadre d'une telle proposition pour protéger la sécurité de notre approvisionnement en eau".

En utilisant DPS-MS, l'équipe a également identifié deux espèces de PFAS à partir de seulement 40 mg de sol en moins de trois minutes.

Déjà, la méthode de détection rapide de l'équipe est en cours de test pour être utilisée aux côtés des techniques de pointe de remédiation des PFAS qui sont en cours de développement au BioSMART Center du NJIT.

“Remarkably, in our lab, we were able to couple this analytical method to a novel degradation catalyst, which degrades 98.7% of PFAS in drinking water samples within three hours,” said Wunmi Sadik, study co-author and chair of NJIT’s Department of Chemistry and Environmental Sciences. “This work may have a national impact, but the immediate effect will be felt in the Northeast area. Roughly 10% of 9.2 million New Jersians have high levels of perfluorooctanoic acid in their drinking water compared to the national average of 1.9%.” 

Chen says the advance could also have a swift impact on the monitoring of consumer products, from cosmetics and medicine to fresh and processed foods. The team plans to demonstrate the method’s capabilities for air monitoring as well.

“Near term, this could be extremely useful for ensuring the safety of food products … it may allow farming produce to be more efficiently monitored for PFAS contamination for example,” explained Chen. “Our method may also advance the study of airborne PFAS in a similar way to what we’ve demonstrated in this study, which would further help us address this widespread environmental issue.”

Reference: “Rapid detection of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) using paper spray-based mass spectrometry” by Md. Tanim-Al Hassan, Xingzhi Chen, Praneeth Ivan Joel Fnu, Francis J. Osonga, Omowunmi A. Sadik, Mengyan Li and Hao Chen, 3 January 2024, Journal of Hazardous Materials. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.133366