Application de la technique de spectroscopie de fluorescence à la caractérisation de la matière organique. naturelles

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1 Application de la technique de spectroscopie de fluorescence à la caractérisation de la matière organique dissoute (MOD) dans les eaux naturelles E. Parlanti (LPTC) des systèmes naturels UMR 5472 CNRS - Université Bordeaux

2 Rappels sur la fluorescence vibration ( er état excité S2) État excité conversion interne vibration (état excité S) Absorption de photons absorption Absorption fluorescence retour non radiatif Fluorescence transfert d énergie à une autre molécule rotation Diagramme de Perrin-Jablonski vibration (état fondamental S0) Passage à un état excité Retour à l état fondamental par émission de FLUORESCENCE

3 Fluorescence des eaux naturelles MOD colorée absorption lumineuse Propriétés remarquables de la MOD : émission de fluorescence 70% de la MOD Technique largement appliquée à l étude de la MOD

4 Fluorescence des eaux naturelles Larges bandes de fluorescence contribution simultanée des spectres discrets de plusieurs fluorophores λ exc = nm 000 β α Eau continentale Fluo.Int.(a.u.) Eau marine Wavelength (nm) Spectrofluorimétrie 3D : technique de choix pour l étude de la MOD

5 Fluorescence des eaux naturelles POURQUOI LA FLUORESCENCE? Avantages: Technique sensible et rapide Pas de préparation de l échantillon Plus spécifique que l UV Désavantages Dépend du ph Non spécifique comparée à la RMN, IR, etc. Seuls les composés fluorescents peuvent être mesurés

6 Fluorescence des eaux naturelles POURQUOI LA FLUORESCENCE? Avantages: Technique sensible et rapide Pas de préparation de l échantillon Plus spécifique que l UV Signature caractéristique de la MOD Différenciation des eaux en fonction de leur nature et de leur origine Estimation de l activité biologique Suivi des variations saisonnières Variations dans un gradient de salinité

7 Caractérisation par fluorescence 3D excitati Intensité de fluorescence (u.a.) β α 280 α α : matériel humique + matériel plus récent α : matériel humique β : matériel d origine biologique : matériel type protéinique + activité bactérienne

8 Caractérisation par fluorescence 3D EAU DOUCE EAU COTIERE EAU MARINE INTENSITE EXCITATION EMISSION

9 salinité salinité Toulon 9/0 octobre E. Parlanti Variation des intensités de fluorescence en fonction de la salinité ité 4 Intensité de fluorescence en fonction de la salinité Ia/Ia' (I.max/I.max) MO juvénile/mo mature 3,5 2,85 Int.Fluo. (u.a.) 3 2,5 2,5 0,5 0 Ia' Ig Ib Ia rapport d'intensité 2,75 2,65 2,55 2,45 2,35 2,25 janvier 200 avril 200 août PM 200 septembre salinité salinité rapport d'intensité,5,45,4,35,3,25,2,5,,05 0,95 Ib/Ia' (I /I.max) MO biologique/mo mature rapport d'intensité,4,2 0,8 0,6 0,4 0,2 Ig/Ia' (I.280-/I.max) MO protéinique/mo mature

10 Toulon 9/0 octobre E. Laboratoire de Physico E. Parlanti Physico-ToxicoChimie Variation des rapports d intensités de fluorescence dans un estuaire 3 MO juvénile/mo mature Forte variabilité de la composition de la matière organique dans l espace et dans le temps. 2,5 2,5 Poses 0,5 La Bouille Caudebec 0,6,4,2 Ia/Ia' (Excnm/Excnm) 0,8 0,6 Tancarville Honfleur 2/03/2002 7/04/2002 0,4 5/05/2002 2/06/2002 /07/ /09/ /0/2002 /2/2002 Poses La Bouille 0,2 MO biologique/mo mature Caudebec 0 MO protéinique/mo mature 2,5 2 Ib/Ia' (Excnm/Excnm),5 Tancarville Honfleur 2/03/2002 7/04/2002 5/05/2002 2/06/2002 /07/ /09/ /0/2002 /2/2002 Poses 0,5 Ig/Ia' (Exc280nm/Excnm) La Bouille Caudebec 0 Tancarville Honfleur 2/03/2002 7/04/2002 5/05/2002 2/06/2002 /07/ /09/ /0/2002 /2/2002 Phases successives de production et de consommation de matière organique dissoute.

11 Variation des rapports d intensités de fluorescence dans un estuaire Iβ/Iα (I.-400/I.max) SEINE AVRIL 200 GIRONDE JUIN 200,39,38,37,36,35,34,33,32,3,3,29 Aval BV Amont,05 0,95 0,9 0,85 0,8 Aval BV Amont Surface Mi-fond Fond

12 Toulon 9/0 octobre E. Parlanti Modélisation in vitro du fonctionnement du bouchon vaseux Culture d algues BV + CDV + culture d algues BV filtré + culture d algues BV + culture d algues Incubation à 20 C dans l obscurité pendant 28 jours

13 Modélisation in vitro du fonctionnement du bouchon vaseux 6 5 MO protéinique/mo mature,3,25 MO biologique/mo mature 4,2 Rapport Ig/Ia' 3 2 Rapport Ib/Ia',5,, Temps (jours) Temps (jours) BV filtré + algues BV + algues BV + CDV + algues Augmentation des particules production plus rapide des composés de types protéiniques (bande ) Fluorophores bande β produits de dégradation des algues indépendamment de la teneur en particules

14 Dégradation d algues in vitro Jour Jour 2 Jour 3 Jour 8 α β β α β α β β α β α α 2 mois α

15 Extraction sur résines Fraction hydrophobe Eau filtrée, concentrée par osmose inverse, acidifiée Fraction transphilique Eluat acétonitrile/eau XAD4 excitation (nm) Eluat acétonitrile/eau XAD8 α XAD 8 XAD 4 excitation (nm) Eluat sodique XAD4 β Eluat sodique XAD8 Fraction hydrophile Sortie XAD4 excitation (nm) excitation (nm) excitation (nm)

16 Fractionnement par Ultrafiltration Tangentielle excitation échantillon YM3 YM Rétentat YM3 0kD>Mw>3kD Rétentat YM 3kD>Mw>kD YC05 Rétentat YC05 kd>mw>500d Filtrat YC05 Mw<500D

17 Fractionnement par Ultrafiltration Tangentielle Intensité de fluorescence normalisée (u.a.),2 0,8 0,6 0,4 0,2 Mw λ exc = 320nm ret YM0 ret YM3 ret YM ret YC05 fil YC Longueur d'onde d'

18 Conclusion Spectroscopie de fluorescence: méthode non invasive Informations globales sur les caractéristiques moléculaires de la MOD et sur les concentrations relatives des fluorophores. Etude des phénomènes de transformation, dégradation ou interaction dans les eaux naturelles. Déconvolution de la matrice de fluorescence 3D modéliser le comportement de la MOD

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