Extraction des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) 79

Les HAP, du fait de leur faible solubilité et de leur forte hydrophobie, auront pour la plupart une forte affinité avec la fraction organique. Dans l’eau, ils se retrouvent majoritairement

adsor-bés sur les particules (Delhomme et al.,2007;Geffard et al.,2003). La complexité des matrices

environnementales ainsi que les faibles concentrations des HAP nécéssitent une préparation de l’échantillon avant son analyse.

L’extraction des HAP dans les eaux a été une étape qui a nécessité une longue période de

développement. L’extraction des HAP en phase solide (SPE) est largement répandue :Delhomme

et al.(2007);EM et MS(1998);Becouze(2010);Bressy(2010). En effet, elle présente l’avantage par rapport à l’extraction liquide/liquide, de diminuer les volumes de solvants ainsi que le temps

de manipulation. Des cartouches d’extraction de la marque CHROMABOND®, modèle C₁₈PAH

de volume 6 mL et avec un poids d’adsorbant de 2 g sont utilisées. Il s’agit d’une colonne de base silicée, sur laquelle ont été greffés des groupes octadécyle (chaine carbonée de 18 atomes). C’est donc un matériau solide hydrophobe sur lequel vont s’adsorber les molécules de HAP. La phase d’adsorption constitue un enjeu car les HAP sont contenus dans de l’eau et l’adsorbant est hydrophobe et apolaire, le passage de l’eau va donc avoir tendance à regrouper la matrice solide sur elle même, et donc offrir une surface d’adsorption moindre. C’est pourquoi le conditionnement de la cartouche avant passage de l’échantillon est primordial. Les rendements d’extraction des HAP suivant les conseils du fournisseur donnant des résultats médiocres, il a fallu adapter le protocole.

Afin de tester chaque paramètre au cours de l’extraction sur phase solide, les conditions d’élution n’ont pas été changées pour pouvoir comparer. L’élution a seulement été améliorée à la fin.

Conditionnement de la cartouche

Dans le cas d’une cartouche en phase inverse il faut en premier lieu la conditionner avec un solvant apolaire afin de permettre aux groupements octadécyles d’occuper un maximum d’espace possible, et d’optimiser la surface de contact adsorbant. La cartouche est ensuite conditionnée avec de l’eau. L’ajout de méthanol (environ 10%) a également été étudié. Le rôle du modificateur

organique selon Delhomme et al. (2007) a deux fonctions. Tout d’abord, il accroît la solubilité

des composés les moins solubles limitant ainsi les pertes de rendement. Enfin, il favorise les

interactions entre la phase solide C₁₈et l’échantillon aqueux.

Toutefois, les résultats de Delhomme et al. (2007) montrent que l’ajout de ce composé n’est

pas nécessaire. Malgré tout, dans de nombreux protocoles, l’ajout est recommandé. Lors des extractions nous avons utilisé du méthanol avec une teneur de 1%. Nous avons fait varier cette teneur entre 1 et 5% sans avoir observé de différences notables des rendements. Il est a noter

également que dans l’étude de Delhomme et al. (2007) un stockage préalable de la cartouche

pendant 65 à 80 h dans un déssicateur a été proposé. L’équilibrage préalable a été testé 24 h au dessicateur sans que cela influe sur les rendements.

Injection de l’échantillon

Une fois le conditionnement de la cartouche effectué, l’échantillon est déposé sur la cartouche

avec un débit de 1 mL min-1. On a fait varier jusqu’à la valeur maximale de l’appareil (10 mL

min-1) afin de gagner du temps. Cela s’est traduit par de moins bons rendements. En effet, si le

Séchage de l’échantillon

Cette étape est très importante pour que l’élution soit la plus efficace possible. En effet, l’étape suivante d’élution va permettre de désorber les composés organiques de la cartouche. Il est donc important de libérer les sites occupés par les composés polaires (eau de l’échantillon). Si cette étape est négligée, les pores seront remplis d’eau, le solvant d’élution ne pourra donc pas ou peu pénétrer en raison de l’immiscibilité des deux composés.

Différentes techniques de séchage ont été étudiées (sous vide, flux d’azote, déssicateur, centrifu-gation). Le séchage sous vide (environ 15 inch) a été testé pour différentes durées (de 30 à 60 minutes). Les meilleurs résultats ont été obtenus pour des séchages de 30 minutes (environ 37% pour les 15 HAP). Le dessicateur quant à lui a permis d’obtenir moins de pertes de composés (en moyenne 45% de rendement maximum pour les 15 HAP). Malgré ces techniques de séchage, de l’eau reste toujours présente ce qui influe fortement sur la qualité des résultats.

Elution de la cartouche

Vu les faibles rendements obtenus en essayant de modifier les étapes précédentes, et au vu de la persistance des composés dans la cartouche lors des deuxièmes élutions, il est apparu évident que le problème était principalement lié à une mauvaise désorption des composés. Lors de cette étape il a fallu trouver un solvant d’élution suffisamment apolaire pour désorber efficacement les HAP présents dans la cartouche SPE. Il fallait aussi un volume suffisamment important pour désorber, mais suffisamment faible pour pouvoir reconcentrer au maximum les composés

et abaisser au maximum les limites de détection. Oleszczuk et Baran (2004) ont montré qu’une

augmentation du volume d’éluant de 2 à 3 mL permet d’augmenter de 10 % les rendements de certains HAP. En premier lieu un volume d’élution de 5 mL a été testé, une deuxième élution sur la même cartouche a été réalisée afin de vérifier si la totalité des composés avait été désorbée. Selon les instructions du constructeur un mélange Acétonitrile/ Toluène en rapport de volume 3 :1 était recommandé. Au vu des nombreux tests réalisés, le mélange donnant les meilleurs résultats est un rapport Acétonitrile/ Toluène 50 :50. Malgré tout, les rendements restent en moyenne médiocres, et la présence dans la cartouche de certains HAP (notamment les plus lourds), ont conduit à tester un volume plus important (environ 10 mL).

Au cours de cette thèse, un passeur automatique SPE (cf : fig2.12) a été mis à disposition. Le reste des manipulations a été réalisé sur cet appareil, ce qui à permis une meilleure répétabilité et un certain nombre de réglages automatisés très utiles pour l’élution difficile à réaliser sur le passeur manuel. Notamment l’option "elute to soak", qui permet de charger la cartouche en solvant d’élution pendant un certain moment puis enfin vide totalement la cartouche du solvant. Cette option permet d’augmenter le temps de contact entre le sorbant et le solvant d’élution.

Il est à noter que faute de temps je n’ai pu réaliser les expériences par la suite sur des matrices environnementales. Toutefois sur les études précédentes réalisés au laboratoire, aucun effet matrice pouvant modifier les rendements des HAP n’avait été observé.

Finalement les paramètres retenus pour l’extraction des HAP sont résumés dans le tableau2.6 Les limites de détection et de quantification des HAP extraits par SPE sont données dans le tableau 2.7.

Figure 2.12: Passeur automatique SPE

Tableau 2.6: Récapitulatif des étapes d’extraction des HAP en phase solide

étapes détails

Modificateur initial 1 % de méthanol

Conditionnement de la cartouche 5 mL de méthanol + 5 mL d’eau distillée

Passage de l’échantillon débit 15 mL min-1

Séchage de la cartouche centrifugation 40 min, 2500 tours min-1

Élution Acétonitrile/Toluène (3 :1), débit 5 mL min-1

Tableau 2.7: Paramètres d’analyses des HAP dans l’eau

Composés temps de rétention (min) R2 LD (µg L−1) LQ (µg L−1)

Naphtalène 9,41 0,98 0,10 0,53 Acénaphtène 14,70 0,99 0,01 0,09 Fluorène 15,98 0,98 0,18 0,56 Fluoranthène 19,21 0,90 0,30 1,25 Pyrène 21,79 0,95 0,19 0,83 Benzo[a]antracène 26,00 0,99 0,003 0,01 Chrysène 27,48 0,98 0,12 0,48 Benzo[b]fluoranthène 31,04 0,98 0,19 0,57 Benzo[k]fluoranthène 34,76 0,97 0,32 1,15 Benzo[a]pyrène 36,87 0,98 0,17 0,61 Benzo[g,i,h]pérylène 44,32 0,98 0,19 0,59 Dibenzo[a,h]antracène 46,71 0,99 0,06 0,22 Phénanthrène 17,88 0,99 0,01 0,13 Anthracène 20,22 0,99 0,08 0,17 Benzo[e]pyrène 28,88 0,98 0,20 0,58 Coronène 54,46 0,75 0,85 2,53

2.4.3 Extraction des éléments traces métalliques

Le dosage des Éléments Traces Métalliques a été réalisé dans la phase dissoute et dans la phase particulaire de l’échantillon. La distinction dissous/ particulaire a été fixée à 0,45 µm. Pour les analyses 100 mL, de l’échantillon sont filtrés à vide à travers un filtre en microcéllulose

de pores 0,45 µm. Le filtrat est ensuite récupéré puis acidifié à pH < 2 avec HNO₃. Ce filtrat va

servir au dosage de la fraction dissoute. Le filtre est quant à lui récupéré et acidifié avec 4 mL

de HNO₃ et chauffé sur plaque à 105℃ pendant deux heures, puis à 140℃ pendant trois heures.

Un millilitre d’acide nitrique est ajouté, à froid puis la solution est filtrée sur un papier filtre de pores de diamètres 40 µm et récupérée dans une fiole de 100 mL qui sera complétée avec de l’eau ultrapure. Cette solution servira à doser les métaux en phase particulaire.