II. Chapitre 2 : Matériels et méthodes
4. Dosage des composés organiques
L’identification et la quantification des composés organiques HAP, PCDD, PCDF et PCB présents dans les particules collectées ont été réalisées par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de Masse (Gaz Chromatography Mass Spectrometry, GC-MS). Notons que les analyses des HAP ont été réalisées aux Centre Commun de Mesure et micropolluant alors que les analyses des PCDD, PCDF et PCB ont été réalisées chez micropolluant.
115 Tout d’abord, une étape de préparation des échantillons est indispensable. Un schéma résumant les traitements qu’ont subi les PF et les PUF pour déterminer leur composition en composés organiques est présenté sur la Figure II-10.
Figure II-10 : Schéma récapitulatif des analyses des composés organiques des PF et des PUF.
4.1. Préparation des échantillons
4.1.1. Extraction des particules pour les analyses des HAP
Cas des particules fines : 10 mg de PF sont extraits dans du dichlorométhane aux ultrasons pendant 1 h après addition d’une solution de standard interne (mélange de HAP deutérés). Les extraits sont ensuite concentrés jusqu’à 20 mL. 1 mL de toluène est ajouté avant de concentrer sous flux d’azote jusqu’à 1 mL environ.
Cas des particules ultrafines : 1/8 des filtres d’arrêt retenant les PUFsont extraits dans du dichlorométhane au soxhlet pendant 16 h après addition d’une solution de standard interne (mélange de HAP deutérés). Les extraits sont ensuite concentrés jusqu’à 20 mL. 1 mL de toluène est ajouté avant de concentrer sous flux d’azote jusqu’à 1 mL environ.
Composés organiques
Analyse des PCDD, PCDF et PCB Analyse des HAP
PF PUF PF PUF
Extraction
Ultrasons Soxhlet ASE
Concentration sous flux d’azote
Analyse GC/MS Analyse GC/MS haute résolution
Soxhlet Analyse des PCDD, PCDF et PCB Analyse des HAP
PF
116
4.1.2. Extraction des particules pour l’analyse des PCDD, PCDF et PCB Cas des particules fines : 10 mg de PF sont agités magnétiquement pendant 2h dans 4 mL de
HCl M/10 puis filtrés sur un filtre en fibre de verre. Après séchage, les marqueurs d’extraction (mélanges de dioxines, furanes et PCB-C13) sont ajoutés et le filtre retenant les PF est extrait à l’ASE avec du toluène. L’extrait est ensuite concentré, sous flux d’azote, jusqu’à environ 20 mL, puis purifiée sur une première colonne de silice en éluant à l’hexane. L’éluat est à nouveau concentré à environ 20 mL avant qu’il ne soit purifié et séparé sur une colonne d’alumine : les PCBs sont élués avec du toluène et concentrés jusqu’à 100 µL, alors que les PCCDs et PCDFs sont élués avec un mélange de dichlorométhane/hexane et concentrés jusqu’à 10 µL.
Cas des particules ultrafines : Le filtre est imbibé avec 1 mL de HCl 12N puis laissé à sécher
pendant une nuit. Ensuite, les marqueurs d’extractions (mélanges de dioxines, furannes et PCB-C13) sont ajoutés et les composés sont extraits du filtre en présence de toluène ausoxhlet pendant 24h. Les étapes de purification et de séparation sont identiques à celles décrites pour les PF. Les extraits obtenus sont ensuite analysés par GC-MS pour identifier et quantifier leurs contenus en composés organiques.
4.2. Dosage par GC-MS
4.2.1. Principe
L’analyse chromatographique permet de séparer les analytes suivant leurs caractéristiques physico-chimiques en jouant sur leur différence de partage entre une phase stationnaire et une phase mobile et en appliquant un gradient de température au niveau de la colonne chromatographique. Les composés sont portés à l’état gazeux au niveau du système d’injection et sont transportés par un gaz vecteur inerte (l’hélium dans notre cas) dans la colonne chromatographique où ils sont retenus par la phase stationnaire. Le temps de rétention des composés est plus ou moins long suivant leurs affinités pour celle-ci et dépend aussi de la température de la colonne ; ce temps de rétention est ainsi caractéristique d’un composé, et est répétable et fiable au cours d’une série d’analyse.
Les composés sont ensuite identifiés grâce à un spectromètre de masse, détecteur universel et très sensible. Son principe réside dans l’ionisation des composés sous vide, par
117 impact électronique émis par un filament. Les ions formés sont ensuite séparés suivant leurs rapports m/z dans un champ électrique quadripolaire, puis, détectés par un multiplicateur d’électron qui permet la conversion du courant ionique en signal électrique. Un chromatogramme, représentant l’abondance du courant ionique total en fonction des temps de rétention chromatographique, est obtenu à l’issu de l’analyse. Les ions de rapport m/z caractéristiques des composés recherchés peuvent ensuite être extraits du signal total, et l’identification du pic du composé se fait sur la base du temps de rétention.
4.2.2. Conditions opératoires
-Analyse des HAP : les analyses ont été réalisées avec un chromatographe Agilent Technologies 6890, équipé d’une colonne capillaire Rxi®-XLB Agilent Technologies (longueur 30 m, diamètre interne 0,25 mm, épaisseur de film 0,25 μm) et couplé à un spectromètre de masse Agilent Technologies 5973 dans le cas des HAP.
-Analyse des extraits organiques des échantillons composites des PUF : les extraits organiques ont été analysés à l’aide d’un chromatographe Varian 3400 équipé d’une colonne capillaire FactorFour™ Varian, VF-5ms (longueur 30 m, diamètre interne 0,25 mm, épaisseur de film 25 μm) et couplé à un spectromètre de masse 1200 Triple Quad, Varian.
-Analyse des PCDD, PCDF et des PCB : un chromatographe Agilent Technologies 7890A, équipé d’une colonne capillaire DB 5MS Agilent Technologies (longueur 40 m, diamètre interne 0,18 mm, épaisseur de film 0,18 μm) et couplé à un spectromètre de masse à haute résolution Agilent Technologies P800 est utilisé.
Pour une analyse, 1µL d'échantillon est injecté. La quantification des analytes est basée sur le principe de l’étalonnage interne. Des étalons internes, mélange de HAP deutérés ou des mélanges de dioxines, furanes et PCB-C13 sont ajoutés en quantité connue dans l’échantillon en début de manipulation afin de quantifier respectivement les teneurs en HAP ou en dioxines, furanes et PCB extraits des particules. Les étalons internes doivent avoir un comportement similaire aux composés natifs qu’ils servent à quantifier. Ainsi toute perte d’un composé natif est compensée par une perte équivalente en son étalon interne, et la quantification du composé natif est juste. Lors de chaque série d’analyse, des solutions standards de composés natifs mélangés
118 aux solutions de standards internes sont analysés afin de pouvoir déterminer les teneurs en composés organiques cherchés.
Dans le cas des extraits organiques qui ont servi pour les tests de toxicologie, les solutions de standards internes n’ont pas été ajoutées pour ne pas contaminer nos extraits. La quantification est donc réalisée par étalonnage externe par l’injection d’un mélange de standards certifiés.