La présence de fullerènes vierges et fonctionnalisés en tant que constituants des aérosols aéroportés

Sep 02, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4248 (2023) Citer cet article

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Nous avons étudié si les fullerènes purs et fonctionnalisés pouvaient être de véritables constituants d'aérosols atmosphériques fins. Des profils complets de fullerènes à partir d’extraits de 1 µL ont été réalisés par spectrométrie de masse à temps de vol (MALDI-MS) par désorption laser matricielle en quelques minutes. L'ion avec m/z 720, correspondant à [C60]−•, a été identifié comme étant du fullerène après que 1 µL de solution matricielle d'acide α-cyano-4-hydroxycinnamique ait été déposé sur les extraits séchés. Les ions dont le m/z correspond à C70, C76, C84, C100, C118, C128 et C130 ont également été attribués à d'autres espèces de fullerènes détectées dans les échantillons. L’ion m/z 878 s’est avéré être le dérivé du fullerène, le diéthylméthano[60]fullerène dicarboxylate. Étant donné que les ions des molécules de fullerène fragmentées n'ont pas été détectés même à des énergies laser élevées, nous avons considéré que les fullerènes étaient des constituants originaux de véritables matrices de particules atmosphériques au lieu d'être formés comme des artefacts de l'action du laser sur des échantillons. Par conséquent, ce protocole serait utile pour comprendre la distribution des fullerènes vierges ou fonctionnalisés dans l’environnement et leur participation à la chimie atmosphérique dans des conditions typiques, ainsi que son application in vitro et in vivo (éco)études de toxicité.

Les fullerènes vierges ou non substitués (tels que C60 et C70, entre autres) et leurs dérivés (fullerènes fonctionnalisés) sont des composés formés principalement d'atomes de carbone disposés en forme sphérique sous forme de buckyballs1,2,3,4,5. La polyvalence chimique des fullerènes et de leurs dérivés les rend utiles pour un large éventail d’applications, notamment l’électronique de production d’énergie6, l’optique, le photovoltaïque, la (bio)médecine et les produits de soins personnels, entre autres7,8,9. En effet, jusqu'en 2012, on estimait la production de fullerènes à environ plusieurs dizaines de milliers de tonnes par an7,10. Même si de 2014 à 2019, la production de fullerènes n’a augmenté que d’environ 6 %11, sa production augmentera probablement sous peu.

La présence réelle de fullerènes dans l'environnement ne fait toujours pas l'objet d'un consensus dans la littérature3,12, malgré le fait qu'ils ont été trouvés dans les eaux usées et les eaux de surface13, les sédiments14,15,16, les sols7,14, la suie de moteur17, les particules en suspension dans l'air rejetées par le charbon18. ,19, et des incendies de diesel20, et des météorites2. La présence de fullerènes dans l'environnement a été proposée soit comme un phénomène réel, soit attribuée à leur formation d'artefacts laser lors d'analyses par spectrométrie de masse (MS) par désorption-ionisation laser (LDI) ou par désorption-ionisation laser assistée par matrice (MALDI).

Les fullerènes et leurs dérivés ont été associés dans quelques études, probablement parce que leur présence dans des échantillons environnementaux ou biologiques est difficile à détecter4,12. Une autre raison est que les fullerènes peuvent subir une transformation atmosphérique sous plusieurs processus, notamment l’agrégation, l’enrobage et des réactions telles que l’oxydation21 et la photooxydation22. Certaines études ont mené une recherche exploratoire sur la composition chimique des métaux et la fraction organique hydrosoluble des aérosols fins (PM2,5), retrouvant principalement des métaux provenant de l'industrie (Cu, Cd et Pb) et du trafic (Cr, Mn, Ni, V et Zn) ainsi que celles provenant des émissions naturelles (Na, K, Ca, Ti, Al, Mg et Fe)23. Cependant, cela n’a été associé à aucune influence de la teneur en métaux sur la formation des dérivés fullerènes. Les fullerènes sont généralement présents à l’état de traces ou d’ultra-traces, ce qui les rend difficiles à extraire quantitativement par les méthodes conventionnelles. En conséquence, ils peuvent également être difficiles à détecter et à quantifier dans des matrices environnementales si l’on considère des centaines, voire des milliers d’autres composants d’échantillons, qui peuvent agir comme des interférents, selon la technique d’extraction et d’analyse des échantillons utilisée.