ANALYSE INSTRUMENTALE ET QUANTIFICATION

II.5.a. Désorption thermique par diode laser couplée à la spectrométrie de masse La technique d’introduction de l’échantillon par désorption thermique par diode laser (LDTD) proposée par Phytronix Technologies (Québec, Canada) est relativement récente (Picard et al., 2008). Couplée à une source d’ionisation chimique à pression atmosphérique (LDTD/APCI) et à la spectrométrie de masse, elle s’est révélée compatible avec l’analyse quantitative de composés présents à l’état de traces, pour des applications notamment dans le domaine environnemental ou biomédical (Fayad et al., 2010 ; Segura et al., 2010 ; Heudi et al., 2011 ; Boisvert et al., 2012 ; Jourdil et al., 2013 ; Roy-Lachapelle et al., 2014 ; Solliec et al., 2014). Lors de l’analyse par LDTD, quelques microlitres d’extrait (1–10 μL) sont déposés dans l’un des 96 puits de la plaque analytique (Figure 2.20). Après évaporation du solvant, la plaque analytique est chargée dans l’échantillonneur. La plaque est identifiée (lecture du code-barres) et positionnée automatiquement devant le laser (un cadre mobile selon l’axe X-Y déplace la plaque entre chaque analyse). A l’inverse de la technique de MALDI (désorption-ionisation laser assistée par matrice), le laser n’entre jamais en contact direct avec l’échantillon. Un cylindre en quartz (tube de transfert) vient sceller le puits et le laser infra-rouge (980 nm, 20 W) impacte l’arrière du puits, provoquant la désorption rapide des analytes sous l’effet de la chaleur. Le gaz vecteur (air) entraîne les analytes gazeux à travers le tube de transfert vers l’aiguille corona de la source APCI où ils seront ionisés avant leur transfert vers l’entrée du spectromètre de masse (Figure 2.20).

118  Figure 2.20. Désorption thermique par diode laser couplée à une source d’ionisation chimique à pression atmosphérique et à un spectromètre de masse (LDTD/APCI-MS). 20.a : plaque analytique 96 puits ; 20.b : Interface LDTD/APCI connectée à un spectromètre de masse Q-Exactive Orbitrap ; 20.c : Schéma de fonctionnement de l’interface LDTD/APCI (d’après Lemoine, 2010).

Parmi les principaux paramètres LDTD à optimiser figurent donc la nature du solvant contenant les analytes solubilisés, le volume d’échantillon déposé, le débit de gaz vecteur, et les paramètres du laser, dont la puissance maximale appliquée et la forme du patron laser (rampe d’élévation de la puissance, durée de maintien à puissance constante, rampe de diminution de la puissance). Concernant l’analyse des PFAS par LDTD/APCI-MS, l’optimisation de ces paramètres est discutée au chapitre III.3 ; nous détaillons ci-après la méthode finalement retenue. Après extraction et purification (Cf. § II.4.a), les échantillons sont évaporés à sec et reconstitués dans 250 μL d’EtOAc. Les échantillons sont déposés dans les puits de la plaque analytique (volume de dépôt : 7 μL) et celle-ci est placée dans un four (40°C) pendant quelques minutes afin d’éliminer le solvant. Après chargement de la plaque dans l’échantillonneur (position verticale) et positionnement de celle-ci devant le laser, le programme suivant est appliqué : rampe de montée en puissance du laser de 0 à 70 % (2 secondes), maintien de la puissance de 70 % pendant 0,1 seconde et retour à 0 % (0,2 seconde). Le débit de gaz vecteur a été fixé à 2 L min^-1.

Avec cette méthode, le temps d’analyse par échantillon est de 9 secondes et le temps total entre deux analyses consécutives d’environ 20 secondes, soit cinquante à cent fois plus rapide que

les techniques d’introduction de l’échantillon par chromatographie liquide (en couplage avec une ionisation électrospray) qui sont traditionnellement employées pour l’analyse des PFAS. Autre avantage de taille de la LDTD, le fait de contourner l’étape de chromatographie permet des économies de solvant non-négligeables (phases mobiles) et diminue le risque de contamination lors de l’introduction de l’échantillon (PFAS provenant des phases mobiles ou des tubulures du système LC par relargage).

Par contre, l’absence de séparation chromatographique implique des risques d’effets matriciels accrus même avec la source d’ionisation APCI, ce que nous avons pu constater pour des matrices liquides complexes (ex : eau brute en entrée de STEP) et qui nous a conduit à modifier le protocole de préparation des échantillons (Cf. § II.4.a et chapitre III.3). En outre, comparée à une méthode d’analyse par LC-ESI-Orbitrap (méthode LC adaptée de Labadie et Chevreuil, 2011a,b), la méthode LDTD/APCI-Orbitrap-MS optimisée est moins sensible (limites de détection ~ 10–100 fois plus hautes) et ne permet pas de séparer les isomères. Dans le cas du PFOS par exemple, c’est donc la somme des isomères ramifiés (Br-PFOS) et de l’isomère linéaire (L-PFOS) qui a été analysée.

Au cours de tests préliminaires, l’interface LDTD/APCI a été couplée d’une part à un spectromètre de masse triple quadripôle (QqQ) (Thermo Finnigan TSQ Quantum Ultra) et d’autre part à un spectromètre de masse haute résolution (Thermo Q-Exactive Orbitrap). Un des inconvénients du couplage LDTD/APCI avec le QqQ réside dans le fait que seul un nombre limité de transitions peut être suivi simultanément afin de garantir un nombre minimum de points par pic, problème qui ne se posait pas lors du couplage avec le Q-Exactive Orbitrap (en mode full scan MS) (Figure 2.21). Par ailleurs, le mode full scan MS simple sur QqQ n’est pas assez spécifique pour analyser les PFAS avec la LDTD, raison ayant conduit au choix du couplage avec le Q-Exactive Orbitrap. Toutefois, les deux appareils étant de générations différentes, il est difficile d’en tirer des conclusions générales, et la méthode d’analyse des PFAS par LDTD/APCI serait probablement également transposable à des technologies de QqQ plus récentes.

Figure 2.21. Signal du PFOS (m/z théorique = 498.93126 ; m/z observé à 0.08 min = 498.93106) par LDTD/APCI-Orbitrap-MS (mode full scan MS) pour un échantillon d’eau de surface du Parc de la Pointe-aux-Trembles (île de Montréal, Québec, Canada).

120  Au sortir de l’interface LDTD/APCI, les analytes ionisés sont accélérés et focalisés après le capillaire de transfert au niveau des lentilles de focalisation (S-lens) puis filtrés en masse par le quadripôle. En mode full scan MS, la plage qui a été retenue pour l’analyse des PFAS par LDTD/APCI est de 210–915 m/z (rapport masse sur charge). Les analytes pénètrent dans un piège (C-trap) dont nous pouvons contrôler le temps d’ouverture maximum et la capacité, puis envoyés dans l’analyseur Orbitrap, électrode creuse qui en contient une autre en forme de fuseau, et qui va permettre la séparation des ions (oscillation et rotation autour de l’électrode centrale). Le signal est enregistré sous la forme d’un courant induit ; la somme des différents ions présents dans l’Orbitrap générant un signal complexe, une opération de transformée de Fourier permet de remonter aux fréquences et, in fine, aux valeurs de m/z. Pour l’analyse des PFAS, l’optimisation des paramètres de masse a conduit au choix d’une résolution de 70 000, d’un temps maximum d’ouverture de la trappe de 50 ms, et d’une capacité maximale (AGC : automatic gain control) de 5 10⁶ (chapitre III.3).