Or colloïdal à 1000 ppm : définition, concentration, fabrication et conservation

L’or colloïdal fait l’objet de nombreuses études dans les domaines de la science des matériaux, de la physique et de la chimie de laboratoire. Lorsqu’on s’intéresse aux propriétés des dispersions de métaux précieux à forte concentration, plusieurs paramètres entrent en jeu, notamment la taille des particules, le degré de pureté, la concentration exprimée en ppm et le procédé de fabrication. Cet article technique présente les principes physico-chimiques de l’or colloïdal à 1000 ppm, ainsi que les critères de qualité à prendre en compte lors de sa production et de sa conservation.

1. Définition : qu’est-ce que l’or colloïdal et que signifie « 1000 ppm » ?

Principes physico-chimiques

L’or colloïdal, également appelé sol d’or dans la littérature spécialisée, est un système dispersé dans lequel de minuscules particules d’or élémentaire (nanoparticules) sont réparties dans de l’eau déminéralisée de haute pureté.

Dispersion plutôt que véritable solution : contrairement aux sels ioniques d’or, tels que le chlorure d’or, les atomes d’or présents dans un colloïde ne sont pas dissous sous forme ionique. Il s’agit de particules métalliques solides de très petite taille, en suspension dans l’eau, qui constitue le milieu de dispersion.

Taille des particules et potentiel zêta : dans les dispersions de haute qualité, les particules d’or présentent généralement un diamètre de quelques nanomètres, le plus souvent compris entre 1 et 20 nm. Dans certaines dispersions, les nanoparticules portent des charges électriques de même signe à leur surface, ce qui provoque leur répulsion mutuelle. Cette propriété, caractérisable notamment par le potentiel zêta, peut contribuer à la stabilité de la dispersion. Associée au mouvement brownien, elle peut limiter la sédimentation des particules, malgré la forte densité de l’or.

Propriétés optiques (résonance plasmonique de surface) : selon la taille et la concentration des particules, l’or colloïdal peut présenter une coloration allant du rouge rubis au violet profond, plutôt qu’une couleur jaune métallique. Ce phénomène est lié à la résonance plasmonique de surface, au cours de laquelle les électrons libres à la surface des nanoparticules d’or interagissent avec la lumière visible incidente. L’effet Tyndall permet également de rendre visible le trajet d’un faisceau lumineux traversant la dispersion, grâce à la diffusion de la lumière par les particules en suspension.

Que signifie la concentration « 1000 ppm » ?

L’unité ppm signifie parts per million, soit « parties par million ». Elle désigne une proportion qui, dans le cas d’une concentration massique, correspond au rapport entre la masse de métal dispersé et la masse totale de la dispersion.

• • 1 ppm correspond approximativement à 1 milligramme (mg) d’or par kilogramme de solution.

• • 1000 ppm correspondent à une fraction massique de 0,1 %, soit 1 gramme d’or par kilogramme de dispersion.

Pour une dispersion aqueuse dont la densité est proche de celle de l’eau, 1 litre correspond approximativement à 1 kilogramme. La quantité d’or par litre est donc proche de 1 gramme, selon la densité réelle et la convention utilisée pour exprimer la concentration.

Particularités techniques d’une concentration de 1000 ppm

Les colloïdes d’or classiques présentent souvent des concentrations comprises entre 1 et 50 ppm, tandis qu’une concentration de 1000 ppm constitue une dispersion fortement concentrée.

À une telle concentration, la distance moyenne entre les nanoparticules peut diminuer sensiblement. Les interactions entre particules deviennent alors particulièrement importantes et les exigences relatives au procédé de fabrication augmentent. Le maintien de la stabilité dépend notamment de la distribution des tailles, des interactions de surface, de la composition du milieu et des conditions de préparation. Une maîtrise insuffisante de ces paramètres peut favoriser l’agglomération des particules et leur sédimentation.

2. Fabrication : électrolyse haute tension et critères de pureté

La stabilité physique de l’or colloïdal dépend notamment du procédé de production choisi et de la pureté des matières premières utilisées.

Le procédé par arc électrique ou plasma (fabrication physique)

L’or étant un métal noble très peu réactif, sa dispersion dans l’eau pure ne s’obtient pas facilement par une simple électrolyse à basse tension. Certaines techniques de laboratoire et de génie des procédés font appel à des méthodes physiques, notamment à la vaporisation ou à l’ablation électrique, apparentées aux procédés historiques de dispersion des métaux décrits par Georg Bredig.

Utilisation d’électrodes en or fin : deux électrodes constituées d’or de haute pureté sont placées dans un récipient contenant de l’eau ultrapure.

Décharge électrique à haute tension : des impulsions électriques contrôlées peuvent générer, entre les électrodes et dans le milieu aqueux, une décharge localisée de forte énergie.

Vaporisation et formation des nanoparticules : l’énergie concentrée dans la zone de décharge provoque l’érosion ou la vaporisation de petites quantités d’or à la surface des électrodes. Le matériau ainsi libéré peut se condenser ou se fragmenter dans l’eau, formant des particules de taille nanométrique.

Absence éventuelle d’additifs chimiques : contrairement à certaines méthodes de réduction chimique, notamment celles utilisant des citrates comme agents réducteurs ou stabilisants, les procédés physiques peuvent permettre de produire des dispersions sans ajout intentionnel de réactifs chimiques. Toutefois, l’absence d’additifs ne garantit pas, à elle seule, la pureté absolue du produit ni sa stabilité à long terme. Ces propriétés doivent être vérifiées analytiquement.

Les trois principales exigences de pureté

Afin de limiter les contaminations et les phénomènes d’instabilité, la fabrication doit respecter des critères de qualité rigoureux.

1. Pureté de l’or d’au moins 99,99 % (24 carats)

Les électrodes utilisées doivent présenter une pureté élevée et documentée. Le standard « Four Nines Fine », correspondant à 999,9 millièmes, désigne un or d’une pureté de 99,99 %. Cette exigence contribue à limiter l’introduction d’ions métalliques étrangers, tels que le cuivre ou l’argent, dans la dispersion.

2. Eau ultrapure de type 1

Le milieu de dispersion doit être constitué d’une eau de laboratoire de très haute pureté, obtenue par des procédés appropriés de purification, tels que la distillation et la déionisation. Une conductivité résiduelle très faible, par exemple inférieure à 0,1 µS/cm, peut constituer un objectif de qualité adapté à certaines applications.

La présence de minéraux ou d’électrolytes peut modifier les interactions électrostatiques entre les nanoparticules et réduire la stabilité de la dispersion. Selon leur nature et leur concentration, ces substances peuvent favoriser l’agrégation ou la floculation.

3. Matériaux de récipient inertes

La production doit être réalisée dans des récipients compatibles avec le produit, par exemple en verre borosilicaté de qualité laboratoire. Le choix du matériau vise à limiter le relargage de substances étrangères et les interactions indésirables entre le contenant et la dispersion.

3. Conservation appropriée et durée de stabilité

L’or colloïdal est un système dispersé dont la stabilité dépend de plusieurs paramètres physico-chimiques. Les conditions de stockage peuvent donc influencer son évolution au cours du temps.

Protection contre la lumière (verre violet ou brun) : une exposition prolongée à la lumière, notamment aux rayonnements UV, peut affecter certaines dispersions selon leur composition et leurs propriétés de surface. Il est généralement préférable de conserver le produit dans un récipient opaque ou en verre teinté, par exemple en verre brun. Le verre violet, notamment de type Miron, peut également être utilisé selon les exigences de protection lumineuse du produit.

Température ambiante stable : il est conseillé de conserver la dispersion dans un endroit frais, sec et à température relativement constante. Une plage comprise entre 15 °C et 22 °C peut convenir à certains produits, sous réserve des recommandations spécifiques du fabricant. La réfrigération ou la congélation ne doivent pas être considérées comme systématiquement inadaptées ou bénéfiques : leur pertinence dépend de la formulation, de la stabilité démontrée et des conditions de stockage validées.

Éloignement des sources de perturbation : il convient d’éviter les conditions susceptibles de modifier la composition ou la stabilité de la dispersion. L’influence des champs électromagnétiques ordinaires, par exemple ceux produits par les routeurs Wi-Fi, les micro-ondes, les alimentations électriques ou les haut-parleurs, ne peut toutefois pas être considérée comme une cause générale établie de déstabilisation de tous les colloïdes d’or.

Prévention des contaminations : lors de l’ouverture du flacon, il faut éviter tout contact avec des métaux, des substances organiques, de l’eau du robinet ou d’autres sources de contamination. Même de faibles apports d’électrolytes peuvent modifier les propriétés de surface et affecter la stabilité de certaines dispersions fortement concentrées.

La durée de conservation ne peut pas être déterminée uniquement à partir de la concentration annoncée ou de la couleur du produit. Elle doit être établie à partir de données de stabilité propres à la formulation, idéalement accompagnées de contrôles analytiques portant notamment sur la taille des particules, leur distribution et l’apparition éventuelle d’agrégats.

4. Mention légale et classification

L’or colloïdal peut être commercialisé comme matière première technique ou comme produit destiné à la recherche et aux analyses de laboratoire, selon sa composition, sa présentation et son usage prévu.

Dans l’Union européenne, le statut réglementaire d’un produit dépend notamment de sa destination et des allégations associées à sa commercialisation. Le règlement (UE) 2015/2283 relatif aux nouveaux aliments (Novel Food) encadre les aliments qui entrent dans son champ d’application. Il ne constitue toutefois pas, à lui seul, une classification générale de toutes les préparations d’or colloïdal.

L’autorisation d’un produit en tant que denrée alimentaire ou complément alimentaire ne peut donc pas être déduite de sa seule composition chimique. Elle doit être évaluée au regard de la réglementation applicable et de l’usage revendiqué. La commercialisation à des fins techniques, scientifiques, analytiques ou de transformation doit également respecter les exigences réglementaires pertinentes pour le produit concerné.