7.1. Introduction
Ce mémoire a jusqu’à maintenant présenté une méthode de dissolution de la chair et une méthode de séparation des analytes. Pour avoir une stratégie analytique qui fonctionne de la mise en solution à la détection, il est nécessaire d’élaborer une technique pour unir ces deux méthodes.
Pour ce faire, un passage direct de l’échantillon dans la résine ou le passage d’un échantillon acidifié ont été testés (Figure 51) et se sont avérés très peu concluant. La dissolution dans d’autres matrices que le TMAH, la séparation sur une autre résine et le changement de matrice des analytes par précipitation avec des groupements soufre ont été envisagées. Toutefois, ces méthodes se sont avérées également peu concluantes.
L’utilisation d’une seconde résine permettant le changement de matrice des analytes a été envisagée. Cette résine doit permettre la rétention des métaux à des pH basiques et leur élution en milieu acide. La stratégie développée sera décrite dans ce chapitre.
7.2. Méthodologie
7.2.1. Réactifs
Toutes les solutions utilisées ont été préparées avec les réactifs et les solutions étalon présentés dans les chapitres précédents. La résine Ambersep GT74 sous forme de particules entre 45 et 70 µm (DOW) a été assemblée en colonne dans des cartouches de Eichrom Technologies (Lisle, USA).
7.2.2. Instrumentation
Tout comme pour le chapitre précédent, les solutions ont été introduites sur les colonnes à l’aide d’une pompe péristaltique (Gilson minipuls 3) ajustée à 2 mL min-1.
7.2.3. Protocole
La résine Ambersep est une résine cationique qui est régénérée à l’aide de HClcc. Ce faisant,
les résines sont rincées avec 20 mL HClcc avant chacune des séparations. Pour éviter les
l’HClcc. Un blanc est effectué avant chacun des échantillons avec 5 mL d’une solution
semblable à la matrice de ce dernier (solution de conditionnement), puis l’échantillon de 5 mL contenant 400 µg L-1 de Hg et de Pb est chargé sur la résine. Les résines sont ensuite rincées avec 5 mL de la solution de conditionnement pour éluer les éléments étant peu retenus et rincées à l’eau pour l’éliminer la matrice avant l’élution des analytes. Les élutions sont effectuées en fractions de 10 mL à l’aide d’acide chlorhydrique.
7.3. Discussion et résultats
La résine Ambersept GT74 telle que présentée dans le chapitre 2 semble être en mesure de retenir le Hg et le Pb en milieu basique et permettre leur élution dans l’acide. Elle est connue pour avoir une bonne affinité pour ces deux éléments ciblés, mais les conditions d’élution rapportées dans la littérature sont agressives (acide chlorhydrique concentré).
La concentration d’acide nécessaire à l’élution a donc été le premier facteur évalué. Puisque cette résine a une meilleure capacité de rétention à des pH entre 4 et 8,[87] une solution de 400 µg L-1 de Hg et de Pb dans l’eau a d’abord été chargée dans la résine avant l’élution avec différentes solutions de 10 mL d’acide chlorhydrique à différentes concentrations (Tableau 31, Figure 52).
Tableau 31 :
Étapes d’élution du Hg et du Pb sur la résine Ambersep GT74.
Étapes d’élution Solutions Volume (mL)
1 Chargement H2O, Hg, Pb (échantillon) 10 2 Élution HCl 1 M 10 3 Élution HCl 1 M 10 4 Élution HCl 1 M 10 5 Élution HCl 2 M 10 6 Élution HCl 5 M 10 7 Élution HCl 10 M 10
Figure 52 : Élution du Hg et du Pb de la résine Ambersep GT74 à différentes concentrations d’HCl
L’élution du Pb s’effectue beaucoup plus facilement que celle du Hg. Le Pb est récupéré à 80 % avec 10 mL HCl 1 M, contrairement au Hg qui a été récupéré a moins 1% dans cette fraction. Après le passage de 80 mL HCl à différente concentration (1 M à 10 M) seulement 77 % du Hg est récupéré. D’autres solutions d’élution (Cys 0,05 M ou ME 0,05 M) ont été envisagées, toutefois des récupérations de moins de 1% ont été obtenues, confirmant la nécessité d’éluer le Hg avec du HCl concentré (12 M).
Une fois les conditions d’élution déterminées, différentes matrices de chargement ont été testées. Puisque la dissolution de la chair de poisson s’effectue dans le TMAH avec la méthode de mise en solution développée, la capacité de la résine à effectuer une séparation dans le TMAH 10 % a été évaluée (Tableau 31, Figure 53).
Tableau 32 :
Étapes d’élution du Hg et du Pb sur la résine Ambersep GT74.
Étape d’élution Solution Volume (mL)
1 Chargement TMAH 10%, Hg, Pb (échantillon) 10
2 Rince H2O 10 3 Élution Pb HCl 3 M 10 4 Élution Pb,Hg HCl 12 M 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Échantillon HCl 1 M HCl 1 M HCl 1 M HCl 2 M HCl 5 M HCl 10 M Ré cup ératio n (% ) Hg Pb
Figure 53 : Séparation du Hg et du Pb dans du TMAH 10% sur la résine Ambersep GT74
Le chargement de l’échantillon dans le TMAH 10% entraine une légère sortie du Hg, toutefois il est récupéré à 80 % lors de l’élution avec 10 mL HCl 12M. Pour le Pb, comme il est moins bien retenu sur la résine, près de 25 % sont libérés lors du rinçage et plus de 70 % lors de la phase d’élution. Pour améliorer la rétention du Hg lors du chargement de l’échantillon, différentes formes de colonnes ont été envisagées.
La première colonne testée (colonne courte) est une colonne de résines Sr vidée et lavée. Cette colonne d’un volume de 2 mL a un diamètre de 0,9 cm et une longueur de3,1 cm. La seconde (colonne longue) est une colonne commercialement disponible vide pour résine jusqu’à 2 mL avec un diamètre de 0,8 cm et une longueur de 4 cm (Figure 54). Malheureusement, puisque la résine Ambersep GT74 prend de l’expansion en milieu basique, il n’est pas possible de remplir la colonne longue à 2 mL. Elle a donc été remplie à
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Échantillon H2O HCl 3M HCl 12M Ré cu p éra tio n (% ) Hg Pb Échantillon H2O HCl 3 M HCl 12 M
Figure 54 : Différentes colonnes pour la résine Ambersep GT74 a) colonne de résine Sr 0,9 x 3 cm (courte) b) colonne vide de 2 mL 0,8 x 4 cm (longue)
Les deux types de colonnes ont été comparés pour la séparation du Hg et du Pb d’une matrice de TMAH 10% avec le même protocole que précédemment (Tableau 32) avec un rinçage de 3 mL de TMAH 10% avant le rinçage à l’eau (Figure 55).
Figure 55 : Comparaison de la taille de la colonne sur la récupération du Pb et du Hg En comparant les différents types de colonnes (Figure 54), on remarque que malgré son volume plus petit (1,5 mL > 2 mL), la colonne longue (4 cm > 3 cm) permet une meilleure rétention du Pb lors de la phase de rinçage et une meilleure récupération du Pb et du Hg dans les fractions d’élution (HCl 3 M et HCl 12 M). Les colonnes longues seront utilisées pour les prochains tests. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Échantillon TMAH H2O HCl 3M HCl 12M
Ré cup ératio n (% ) courte Hg courte Pb longue Hg longue Pb Échantillon TMAH H2O HCl 3 M HCl 12 M a) b)
La séparation fonctionne bien dans le TMAH 10%. Toutefois, la dissolution à l’aide de la nouvelle sonde à ultrasons permet des récupérations du Hg et du Pb optimales dans le TMAH 20 % ; la séparation dans cette matrice a donc été testée (Figure 56).
Figure 56 : Séparation du Hg et du Pb d’une matrice de TMAH 20 % sur la résine Ambersep GT74
L’augmentation de la concentration de la matrice en TMAH a peu d’impact sur la rétention du Hg. Toutefois, une plus grande quantité de Pb est sortie dans la fraction de rinçage à l’eau (environ 20 % de perte lors d’un chargement dans le TMAH 10 % à près de 40 % de perte lors de chargement dans le TMAH 20 %).
Puisque le TMAH est une base organique, effectuer des rinçages avec ce dernier ne diminue pas beaucoup la quantité de matière organique ou la complexité de la matrice dans la colonne. Pour ce faire, la possibilité d’effectuer les rinçages avec une base inorganique a été envisagée. Des rinçages au NaOH 2,74 M (une molarité équivalente à celle du TMAH 25 %) ont été effectués. 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0
Échantillon TMAH H2O HCl 3M HCl 12M
Ré cup ératio n (% ) Hg Pb Échantillon TMAH H2O HCl 3 M HCl 12 M
Tableau 33 :
Séparation d’échantillon de dissolution de poisson dans TMAH 20 % sur résine Ambersep GT74
Étapes d’élution Solutions Volume (mL)
1 Chargement TMAH 20%, Hg, Pb (échantillon) 5
2 Rince NaOH 5
3 Rince H2O 10
4 Élution Pb HCl 3 M 5
5 Élution Pb, Hg HCl 12 M 10
6 Élution Pb, Hg HCl 12 M 10
Figure 57 : Séparation Hg, Pb sur la résine Ambersep GT74 avec des rinçages au NaOH 2,74 M
Les rinçages au NaOH n’entrainent pas la libération des analytes plus importante que les rinçages au TMAH. Toutefois, près de 25 % du Hg a été élué avec 5 mL de HCl 3 M comparativement à moins de 10 % avec 10 mL de HCl 3 M lorsque le rinçage était effectué au TMAH 20 %, laissant penser que ces rinçages pourraient diminuer la stabilité du Hg dans la résine. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Échantillon NaOH H2O HCl 3M HCl 12M HCl 12M
5 mL 5 mL 10 mL 5 mL 5 mL 5 mL Ré cup ératio n (% ) Hg Pb H2O HCl 3 M HCl 12 M HCl 12 M
La séparation a ensuite été testée sur un échantillon de digestion de chair de poisson. Pour ce faire, un échantillon de poisson enrichi en Hg et en Pb a été mis en solution dans 5 mL de TMAH 20% tel que présenté dans le chapitre 6. Un aliquote de cet échantillon a été utilisé pour déterminer le maximum de récupération pour la séparation.
Figure 58 : Séparation d’un échantillon de dissolution de chair de poisson sur la résine Ambersep GT74
En chargeant un échantillon de chair de poisson mis en solution, une grande proportion du Hg et du Pb ne sont pas bien retenus sur la résine et sont élués avant la phase d’élution au HCl. Toutefois, les 50 % de Hg retenus sont élués lors des phases d’élution. Ceci laisse croire que la faible séparation serait causée par la saturation de la résine par les autres cations présents en plus grande concentration dans la chair tels que le Fe et le Ca. Pour évaluer cette hypothèse, un plus petit volume d’échantillon a été chargé sur la colonne, réduisant le nombre total de mEq chargés sur la résine.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Échantillon (5mL) TMAH (2mL) + H2O (8mL) H2O (2mL) HCl 3M(5mL) HCl 12M (5mL) HCl 12M (5mL) Ré cup ératio n (% ) Pb Hg Échantillon TMAH (2 mL) H2O HCl 3 M HCl 12 M HCl 12 M (5 mL) + H2O (8 mL) (2 mL) (5 mL) (5 mL) (5 mL)
Tableau 34 :
Séparation d’échantillon de dissolution de poisson dans TMAH 20 % sur résine Ambersep GT74
Étapes d’élution Solutions Volume (mL)
1 Chargement TMAH 20%, Hg, Pb (échantillon) 5
2 Rince NaOH 2
3 Rince H2O 5
4 Élution Pb HCl 3 M 5
5 Élution Pb, Hg HCl 12 M 5
6 Élution Pb, Hg HCl 12 M 5
Figure 59 : Séparationd’un mL d’échantillon de dissolution de chair de poisson de résine Ambersep GT74
Bien que la séparation ne soit pas parfaite, on observe tout de même une amélioration de la rétention du Hg sur la résine passant de 50 % à 70 % de rétention. Continuant dans cette voie, un plus grand volume de résine a été utilisé pour effectuer la séparation. Pour ce faire, une résine d’un diamètre de 1,5 cm et de 3 cm de long, donnant un volume de résine 5,3 mL pour un échantillon de 5 mL. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Échantillon (1mL) NaOH (2mL) H2O (5mL) HCl 3M(5mL) HCl 12M (5mL) HCl 12M (5mL) R écu p éra tio n (% ) Hg Pb Échantillon NaOH H2O HCl 3 M HCl 12 M HCl 12 M (1 mL) (2 mL) (5 mL) (5 mL) (5 mL) (5 mL)
Figure 60 : Séparation d’un échantillon de dissolution de chair de poisson sur une résine Ambersep GT74 de 5,3 mL
L’utilisation d’un plus grand volume de résine a permis de bien retenir le Hg et le Pb. Toutefois, seulement 30 % de Hg et 60 % du Pb sont récupérés en effectuant les différentes phases de l’élution avec des solutions de 5 mL. Ces résultats sont probablement dus au faible volume d’acide utilisé pour la taille de la résine, soit deux fois 5 mL d’HClcc. Une
augmentation de volume des différentes phases de rinçages pourrait permettre la récupération des éléments cibles.
7.4. Conclusion
Ce dernier chapitre a présenté une nouvelle méthode de séparation du Hg et du Pb de la matrice de l’échantillon en milieu basique à l’aide de la résine Ambersep GT74. Bien que l’optimisation de volume d’éluant et du volume de la résine reste à optimiser, cette résine pourrait permettre de lier la séparation en milieu basique discutée dans le chapitre 6 à la séparation sur résine Sr en milieu acide présenté dans le chapitre 7. Cette nouvelle stratégie
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Échantillon NaoH Eau HCl 3M HCl 12M HCl 12M
Ré cup ératio n (% ) Hg Pb Échantillon NaOH H2O HCl 3 M HCl 12 M HCl 12 M
Conclusion
Dans le cadre de l’élaboration d’un dispositif portatif pour permettre le suivi de la qualité des aliments traditionnels nordiques, cette maîtrise avait pour objectif de développer une stratégie analytique pour la quantification d’éléments cibles sur le terrain.
La méthode développée se veut relativement simple et accessible. Un échantillon d’environ 100 mg de chair de poisson est tout d’abord prélevé à l’aide d’un poinçon commercial EMS de 7 mm. Cet échantillon est ensuite passé en solution en 5 minutes sans chauffage dans une solution de TMAH 20% à l’aide d’ultrasons produits par une nouvelle sonde développée par des partenaires du département de génie mécanique. La solution est ensuite introduite dans une colonne de résine Ambersep GT74 qui permet d’effectuer un changement de matrice du TMAH au HClcc. Les analytes sont maintenant dans une matrice acide qui suite à une dilution peuvent être introduit dans la résine Sr, ce qui va permettre à l’aide d’éluant spécifique la séparation du Pb et du Hg. Les solutions mono-élémentaires peuvent alors être analysées. Au cours de cette maîtrise, les analyses ont été réalisées par ICP-MS/MS.
En conclusion, une stratégie analytique permettant la dissolution d’un filet de chair de poisson et la séparation du Pb et du Hg, de la matrice a été développée. La méthode est pour le moment effectuée en laboratoire, toutefois le système d’ajout des réactifs est opérationnel et permettrait d’avoir un protocole très simple en deux étapes (mettre le poisson dans le tube et appuyer sur « start ») pour effectuer la dissolution de la chair. Avec le système de quantification qui est présentement en développement, il serait possible d’avoir un module automatisé permettant de déterminer rapidement des ordres de grandeur en concentration de Hg et de Pb dans la chair de poisson.
Cette méthode a été développée pour l’analyse du Hg et du Pb. Toutefois, elle pourrait être adaptée pour d’autres éléments. Le sélénium (Se), par exemple, est un élément qui a une plage de non-toxicité sans carence petite, donc l’analyse du Se apporterait des informations intéressantes pour le suivi de la qualité alimentaire. D’autres éléments dont la toxicité est préoccupante pourraient être analysés tel que l'As, le Sn ou le Cd. L’appareil pourrait aussi permettre de mettre de l’avant les nutriments et élément essentiels présents dans la nourriture traditionnelle, tels que le Fe, le Mg, le Ca. De plus, cette méthode a été développée pour la
chair d’omble chevalier : toutefois la méthode de dissolution pourrait être adaptée pour d’autres types de chair animale (i.e. oiseau, bélouga, caribou).
Finalement, la méthode a été effectuée jusqu’à maintenant dans un laboratoire par du personnel qualifié. L’automatisation et la reproductibilité des résultats obtenus lors de la dissolution effectuée par des non-scientifiques devront être évaluées avant d’apporter l’appareil dans les communautés nordiques pour être testées.
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