Utilisation de la technique SP-ICP-ToF-MS pour l’étude du destin des nanoparticules de dioxyde de titane et d’oxyde de zinc en provenance de crèmes solaires commerciales dans des matrices aqueuses naturelles

Abstract

D’un point de vue de risque écologique, il est important de différencier les nanoparticules manufacturées (ENP) des nanoparticules d’origine naturelle (NNP). L’objectif de cette recherche était de caractériser et de quantifier les nanoparticules de dioxyde de titane et d’oxyde de zinc (NPs) libérées par deux écrans solaires commerciaux dans trois matrices aqueuses (eau ultra-pure, eau dure et eau douce naturelle) après deux expositions de courte durée : environ 15 minutes et environ 60 minutes. Un spectromètre de masse à plasma inductif couplé avec un détecteur à temps de vol (ICP-ToF-MS) a été utilisé pour détecter les éléments dont les rapports masse/charge (m/z) allaient de 26 à 210 u.m.a. dans des particules individuelles (SP). La composition élémentaire, la distribution de masse et les rapports isotopiques (47Ti/49Ti et 66Zn/68Zn) des NP individuelles ont été étudiés afin de déterminer dans quelle mesure il était possible de différencier les NP naturelles des NP manufacturées. Le couplage d’une résine échangeuse d’ions avec l’ICP-ToF-MS a permis de réduire le signal de fond pour le zinc, ce qui a conduit à la détection de nanoparticules d’oxyde de zinc relativement petites (limite de détection de taille d’environ 53 nm avec l’ICP-ToF-MS). Pour les deux écrans solaires commerciaux, le zinc a été libéré principalement sous forme dissoute, avec presque toute la masse particulaire dans l’eau retrouvée sous forme de zinc dissous après 60 minutes. La libération des particules de TiO₂ par les écrans solaires était également minimale, avec des masses allant de 150 ng après 10 minutes à 860 ng après 60 minutes, soit environ (10 ± 3) % de la masse totale de particules appliquée. D’après les résultats du SP-ICP-ToF-MS, les NP détectées dans les écrans solaires contenaient principalement des éléments uniques, contrairement aux NP naturelles. Les rapports élémentaires ont permis de différencier les ENP des NP naturelles, mais les rapports isotopiques (Ti ou Zn) ne se sont pas révélés discriminants dans ce cas. L’analyse par corrélation Spearman a fourni des critères supplémentaires pour distinguer les différents types de particules. From an ecological risk perspective, it is important to differentiate engineered nanoparticles (ENPs) from naturally occurring nanoparticles (NNPs). The aim of this research was to characterize and quantify titanium dioxide and zinc oxides nanoparticles (NPs) that were released from two commercial sunscreens into three aqueous matrices (ultra-pure, hard and soft natural waters) after two short term exposures: 15 min and 60 min. An inductively coupled plasma time-of-flight mass spectrometer (ICP-ToF-MS) was used to detect elements with mass to charge (m/z) ratios ranging from 26 to 210 amu within single particles (SP). The elemental compositions, mass distributions and isotopic ratios (47Ti/49Ti and 66Zn/68Zn) of the individual NPs were investigated in order to determine to what extent it was possible to differentiate the natural and engineered NPs. The coupling of an ion-exchange resin to the ICP-ToF-MS resulted in a reduced background signal for zinc, leading to the detection of reasonably small zinc oxide nanoparticles (size detection limit of 53 nm on the ICP-ToF-MS). For both commercial sunscreens, the release of Zn occurred primarily as dissolved Zn, with nearly all of the Zn being found either as dissolved Zn or as Zn adsorbed to NNP after 60 minutes. Based upon the SP-ICP-ToF-MS results, the detected NPs in the sunscreens mainly contained single elements, in contrast with the natural NPs. Elemental ratios, were helpful to distinguish the ENP from NP, but isotopic ratios (Ti or Zn) were not a distinguishing factor for the NP, in this case. Cosine correlation analysis provided an additional index to distinguish the different particle types.