Détection du radical hydroxyle

 Détection directe

Les méthodes d’observation directes du radical hydroxyle exigent des conditions particulières. Ceci est dû principalement à sa forte réactivité qui entraîne une faible durée de vie, souvent accompagnée par de faibles concentrations. Ainsi, il est nécessaire d’avoir une méthode sensible, rapide et sélective.

Comme il l’a été mentionné auparavant, l’absorption dans l’eau est la plus importante dans le domaine de l’UV lointain. Le maximum de la bande d’absorption se trouve vers 235 nm et est

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relativement faible. En pratique, il est souvent observé par spectrophotométrie d’absorption bien au-dessus de 240 nm.

 Détection indirecte : sondes du radical hydroxyle

Dans la majorité des cas, aucune méthode directe d’observation de HO• ne peut être utilisée, notamment à cause d’une mauvaise résolution temporelle, du manque de sensibilité et des perturbations induites par les milieux plus complexes. Ainsi, sa détection fait souvent appel à des méthodes indirectes, basées sur la détection d’une espèce ayant réagi avec lui (déclin de sa concentration), ou comme c’est plus souvent le cas, à la détection de l’apparition d’un ou plusieurs produits de réaction de HO• avec une molécule cible. Les molécules formées sont susceptibles d’être analysées par des techniques analytiques variées, mais avec plus de sensibilité et/ou de sélectivité.

Une bonne sonde doit répondre à certaines conditions. Tout d’abord la concentration en produit final doit être proportionnelle à la quantité de HO• formée. Ce produit final doit bien entendu être stable chimiquement pour pouvoir être observé sur des temps longs. De plus, la sélectivité vis-à-vis de HO• doit être la plus grande possible, et l'ensemble des réactions avec les autres espèces réactives susceptibles d’accompagner HO• doit être bien établi.

Différentes sondes ont été utilisées jusqu’à maintenant :

- Sondes par Résonance Paramagnétique Electronique (RPE)

La détection par RPE paraît a priori très bien adaptée puisqu’elle est sensible aux espèces ayant des électrons non appariés. Différentes sondes ont été développées et réagissent avec HO• pour donner un nouveau composé qui lui est visible et stable57. Le composé de type nitrone 5,5-dimethylpyrroline N-oxyde (ou DMPO) constitue l’exemple le plus répandu de ce type de sonde :

- Sondes par absorption

L’obtention d’un produit de réaction du radical hydroxyle détectable par spectroscopie d’absorption nécessite un appareillage qui égale la sélectivité obtenue avec la RPE, technique

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difficile à mettre en place. De plus, lors d’une utilisation en milieu complexe, il est nécessaire de pouvoir distinguer l’absorption du composé obtenu par réaction avec la sonde de celle des autres composés présents. Ainsi, il existe finalement un nombre relativement restreint de méthodes reposant sur l’absorption.

Une méthode met en jeu l’acide salicylique58. Après réaction avec le radical hydroxyle, les acides 2,3-dihydroxybenzoique (2,3-DHAB) et 2,5-dihydroxybenzoiques (2,5-DHAB) sont les produits majoritaires59, et peuvent être identifiés et quantifiés par absorption en chromatographie HPLC ou après une microdialyse.

- Sondes par fluorescence

La détection par fluorescence est particulièrement intéressante car elle constitue une technique plus sensible que la spectrophotométrie d’absorption. Elle est davantage adaptée à la détection de faibles concentrations (jusqu’à 10-9

mol dm-3 avec le spectrofluorimètre du laboratoire). Différentes sondes de fluorescence ont été testées dans le cadre de ce travail. Premièrement, nous pouvons citer l’acide benzoïque (ou le benzoate de sodium) qui réagit avec le radical hydroxyle pour former l’acide salicylique (λexc = 2λ0 nm et λem = 400 nm).

Ce composé a une bonne sensibilité car il permet de mesurer des doses faibles en solution aqueuse, l’inconvénient majeur étant la sélectivité car les produits formés peuvent aussi réagir avec le radical hydroxyle60.

Nous avons également utilisé l’acide téréphtalique, pour lequel l’addition de HO• sur l’une des quatre positions aromatiques non substituées conduit au 2-hydroxytérephtalate fluorescent61(λexc = 315 nm et λem = 425 nm).

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Il constitue une bonne sonde du radical hydroxyle62. Cependant, cette sonde n’est pas sélective car elle réagit également avec le radical superoxyde63.

Enfin, nous avons travaillé avec la coumarine qui réagit avec le radical hydroxyle pour donner des dérivés hydroxylés. Parmi ces composés, on peut citer la 7-hydroxycoumarine dont les propriétés de fluorescence (λexc = 332 nm et λem = 456 nm) permettent de remonter au rendement radiolytique de HO•.64

- Sondes par chimiluminescence

Les sondes utilisant la chimiluminescence présentent l’avantage important de ne pas nécessiter de lumière d’excitation, contrairement au cas de la fluorescence qui nécessite alors l’élimination de cette dernière. Cette approche n’a été appliquée au radical hydroxyle que récemment, notamment au laboratoire de radiolyse avec l’utilisation de luminol pour la détermination des rendements de HO• et HO2• à TEL élevé65, ainsi que par Tsai et al.66,avec l’utilisation de l’indoxyl- glucoronide :

Une limitation de la méthode est que l’observation doit être effectuée rapidement après la réaction avec le radical hydroxyle.

IV.

Diversité des paramètres physicochimiques

Plusieurs types de rayonnement sont envisageables pour irradier le système chimique choisi. Comme nous l’avons vu auparavant, l’énergie se répartit en grande partie sous forme de

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grappes. La répartition de l’énergie étant inhomogène, les réactions chimiques ne peuvent pas être traitées de façon homogène : depuis la création des grappes jusqu’à un temps caractéristique de l’ordre de la microseconde dans l’eau, où les espèces ont eu le temps de diffuser dans la solution, il s’agit de chimie hétérogène. Et les proportions relatives des espèces issues de cette phase de la radiolyse dépendent des caractéristiques du rayonnement (notamment le débit de dose et le TEL), des caractéristiques des solutions aqueuses (pH, présence de capteurs d’espèces radiolytiques) et de la température.