Résumé de la thèse
Le dioxyde de titane (TiO2) est l'un des pigments les plus utilisés dans l'industrie grâce à ses propriétés structurelles, optiques, électroniques et photocatalytiques. Il s’agit d’une substance solide, cristalline, blanche et brillante, inodore, sous la forme d'une poudre dont la taille des particules varient de quelques nanomètres (nm) jusqu’au micromètres (µm). Le TiO2 est utilisé comme colorant dans l'alimentation depuis des décennies (additif E171), en particulier dans les bonbons, les chewing-gums et les glaçages. Cependant, depuis que la présence de particules de TiO2 d'une taille < 100 nm (NPs) dans les aliments a été signalée pour la première fois, les inquiétudes concernant la toxicité du E171 ont augmenté, ce qui a conduit récemment (2022) à un Règlement Européen interdisant l'utilisation de cet additif dans les aliments au sein de l'Union Européenne (UE). Le TiO2 de qualité alimentaire est cependant toujours utilisé dans l'industrie alimentaire en dehors de l'UE et dans les emballages alimentaires, ce qui soulève la question de la migration des particules de TiO2 dans les aliments. Des méthodes analytiques fiables pour la caractérisation du TiO2 sont toujours nécessaires pour évaluer l'exposition humaine par ingestion d'aliments contaminés de E171 et d'emballages alimentaires à base de TiO2.
Ce projet de thèse portait principalement sur le développement et l’application d'une nouvelle approche pour la caractérisation (détection et quantification) des NPs dans des matrices complexes telles que des denrées alimentaires et des simulants alimentaires par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif en combinaison avec l'approche « single particle » (spICP-MS). Parmi le panel relativement large de techniques disponibles pour la caractérisation des (nano)matériaux, l’approche spICP-MS présente des caractéristiques prometteuses puisqu'elle permet le criblage rapide et l'analyse des particules individuelles de l'échantillon, en termes de concentration (jusqu'à ng/L) et de taille (de ~ 30 à 900 nm).
La première partie de la thèse décrit le développement et la validation d'une nouvelle méthode basée sur la spICP-MS/MS utilisant un système d'introduction d'échantillons à haute efficacité (APEX™) pour la caractérisation des NPs de TiO2 dans les simulants alimentaires. La fiabilité de la méthode a été démontrée tant pour la détermination de la taille des particules que pour les mesures quantitatives; l’incertitude de la méthode a également été calculée. L'APEX™ s'est avéré être une excellente approche pour éviter les effets de matrice et augmenter la sensibilité de la méthode permettant la détection de particules aussi petites que 12 nm.
La deuxième partie de la thèse a consisté à appliquer la nouvelle méthode développée à deux études différentes. D'une part, la méthode APEX™-spICP-MS/MS a été utilisée pour évaluer la migration des NPs TiO2 depuis des emballages alimentaires vers les simulants alimentaires lors du stockage, montrant un très faible rendement de migration des NPs TiO2 dans des conditions de contact standard. D’autre part, la méthode a été appliquée à la caractérisation des NPs de TiO2 provenant du E171 dans des échantillons alimentaires, dans l'objectif d'évaluer la faisabilité de la méthode pour l'analyse de matrices alimentaires réelles, notamment en ce qui concerne la détection et la quantification de la fraction nanoparticulaire (% de particules ayant un diamètre < 100 nm). Par ailleurs, une étude pilote d’essai inter-laboratoire sur la caractérisation de l'additif E171 a été réalisée en utilisant différentes techniques dans différents laboratoires en France et à l'étranger.
La dernière partie de la thèse a consisté au développement d'une approche interne (basée sur le langage python) de traitement des données spICP-MS afin d'évaluer les principaux paramètres influençant l'incertitude de la méthode liée à la caractérisation des NPs TiO2 par spICP-MS.
Mots clés
spectrométrie de masse à plasma induit par haute fréquence, oxyde de titane, nanoparticules de TiO2, single particle ICP-MS/MS, système d'introduction d'échantillon à haute performance, additif E171, denrées alimentaires, migration et emballages alimentaires
Texte intégral
Consulter la thèse (EN) : TEL-04678080