Extraction et filtration

IV.2.5.a. Extraction

Une fois les réactions stoppées, les pesticides sont extraits des réacteurs (A et B) à l’aide de 50 mL de solvant pour chacun. Ce volume a été ajusté pour obtenir une extraction efficace dans un volume le plus réduit possible, car nous souhaitons éviter une étape de préconcentration avant analyse. D’autre part, comme l’efficacité d’extraction est améliorée en multipliant l’opération, 2 × 25 mL de dichlorométhane ont été utilisés. L’extraction (par équilibre solide/liquide) est faite par agitation manuelle (2 x 5 min). En effet, compte-tenu des dimensions, il est impossible de plonger le réacteur dans un bain à ultrasons, par exemple. Notons que le cœur du réacteur (cylindre interne) est retiré avant d’entreprendre l’extraction afin d’uniquement prendre en compte les pesticides déposés sur les particules présentes sur les parois externes.

Le dichlorométhane a été, d’une part, sélectionné par rapport aux informations trouvées dans la littérature. En effet, ce solvant est souvent utilisé seul ou en mélange pour extraire les pesticides de diverses matrices comme les sols, les sédiments marins ou encore certains aliments [Shen et al., 2006 ; Martinez et al., 2007 ; Vagi et al., 2007 ; Sanchez-Brunete et al., 2008]. La solubilité des composés dans un solvant organique peut être représentée par le coefficient de partition P entre l’octanol et l’eau (Cf. Tab. IV.5). Il s’agit du rapport des concentrations d’équilibre d’une substance X dissoute dans un système à deux phases constitué de deux solvants qui ne se mélangent pas, en l’occurrence, l’octanol (apolaire) et l’eau (polaire).

Log P = [X]octanol/[X]eau

Molécules Dichlorométhane Alachlore Terbuthylazine Trifluraline Naphtalène

Log P ^* 1,25 3,52 3,21 5,34 3,30

* SYRRES, 2008

Tableau IV.5 : Coefficient de partition entre octanol et eau des pesticides et du

Nous sommes en présence de pesticides moyennement polaires, leur solubilité sera d’autant meilleure que le solvant utilisé a une polarité proche de la leur, comme le dichlorométhane.

L’efficacité d’extraction a été évaluée pour les composés étudiés par deux extractions consécutives. Aucune trace de composé n’a été retrouvée dans la seconde extraction qui a été réalisée dans 1 x 25 mL de dichlorométhane. Si toutefois une fraction des pesticides adsorbés était extraite dans un deuxième temps, leur quantité serait inférieure à la limite de détection du système analytique (Cf. Section suivante). Par conséquent, le rendement d’extraction est supérieur à 98%.

IV.2.5.b. Filtration

Afin d’éliminer les particules de silice, l’extrait (silice, pesticides, solvant) doit être filtré avant analyse. Cette étape a posé de nombreuses difficultés notamment liées à la silice. Au départ, une filtration sous vide a été envisagée, mais il s’est avéré impossible de trouver un filtre adéquat. Si le diamètre des pores est trop grand, la silice traverse le filtre, et si le diamètre est trop petit, le filtre se colmate instantanément. Or, comme la silice reste à l’état particulaire et forme, dans le dichlorométhane, des petits agglomérats, aucun filtre ne peut convenir. Une seconde alternative a été la centrifugation, mais la silice n’est pas assez dense et le dichlorométhane s’échauffe. Au final, la solution réside dans l’utilisation de cartouche filtrante. Avec la pression générée par une seringue, on peut récupérer suffisamment de filtrat (10 mL) pour l’analyse avant que le filtre ne se colmate totalement. Afin d’éliminer les contaminations induites par la cartouche, celle-ci est préalablement rincée avec 5 x 10 mL de dichlorométhane.

Remarque :

Ces deux opérations (extraction et filtration) peuvent être réalisées immédiatement après le dépôt des pesticides sur les particules. Il s’agit des expériences de comparaisons du dépôt entre les deux réacteurs. Ces tests sont effectués pour tous les composés étudiés afin de prendre en compte la différence de dépôt dans le calcul final de la réactivité (Cf. Annexe V). Ces tests ont été également réalisés après le passage d’un flux afin de vérifier si celui-ci a une influence sur les dépôts. Aucun impact significatif de la présence d’un flux n’a été observé sur la différence de dépôt entre les deux réacteurs.

IV.2.6. Analyse

La dernière étape consiste à analyser les échantillons obtenus. Ces derniers sont injectés deux fois dans le PTV-LVI-GC-FID grâce à un passeur automatique directement après filtration (sauf exception). Comme la reproductibilité du système est bonne et que chaque composé est traité séparément, aucun étalon interne n’a été ajouté à l’échantillon. L’ordre d’injection est invariable, d’abord le filtrat du réacteur B puis celui du réacteur A. Les échantillons sont conservés (si nécessaire) au réfrigérateur dans le noir. L’éventuelle évaporation du solvant est suivie par pesée des échantillons.

Le système analytique présenté précédemment (Cf. Section IV.1.3) a été optimisé pour chaque substance. Les résultats de cette opération sont disponibles en Annexe IV. Notons que l’utilisation du PTV, bien qu’idéale dans ce contexte, requiert une longue optimisation du fait des très nombreux paramètres à ajuster pour l’ensemble des phases d’injection. Quelques éléments d’optimisation sont présentés :

Injection : La température initiale doit être impérativement inférieure à la température d’ébullition du solvant à la pression régnant dans l’injecteur [Grob and Li, 1988 ; Mol et al., 1995 ; Engewald et al., 1999 ; Stan and Linkerhägner, 1996a].

Evaporation : Il faut trouver le bon compromis entre le débit d’évacuation du solvant (vent flow) et le temps d’évaporation. Le débit doit être suffisamment élevé pour éliminer rapidement le solvant et éviter un refoulement de vapeur par l’entrée. Mais un débit trop élevé engendre une perte de matière par entraînement de vapeur. La période d’évaporation doit être minutieusement paramétrée. Le vent flow doit être stoppé quelques secondes avant l’élimination totale du solvant sans quoi d’importantes pertes de composés peuvent également avoir lieu [Mol et al., 1995 ; Engewald et al., 1999]. La mise au point de ces deux paramètres est très longue mais primordiale pour l’optimisation du PTV.

Transfert : Il faut que le transfert soit le plus rapide possible pour que la recondensation des composés se fasse en tête de colonne sur une bande fine. L’élution des composés se traduit alors en pics chromatographiques fins et symétriques. Autrement, les pics sont déformés et élargis et on peut même voir apparaître plusieurs pics pour un seul produit [Grob and Li, 1988].

Nettoyage : Cette phase facultative permet de nettoyer l’injecteur dans le cas où des impuretés à haut point d’ébullition s’y seraient fixées. Puisque le détecteur est sensible à presque tous les composés organiques et donc pour une meilleure lisibilité des chromatogrammes, il est préférable d’anticiper sur d’éventuelles contaminations.

y = 143x + 26 R² = 0,99 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 20 40 60 80 100 120 Volume injecté (µL) A ir e d u p ic

Enfin, un dernier point à paramétrer est le choix du volume d’injection. En mode d’injection PTV-LVI « at once », le fournisseur préconise un volume maximum de 80 µ L. Au-delà, l’élimination du solvant devient difficile sans perdre de composés ou encore saturer le liner et la colonne. Après vérification sur l’alachlore, c’est effectivement ce volume qui a été retenu (Cf. Fig. IV.13).

Figure IV.13 : Evolution de l’aire du pic chromatographique d’alachlore en fonction du

volume injecté (2 injections par volume).

Ajoutons que la température initiale du four doit être inférieure à la température initiale du PTV (environ 50°C) pour des résultats optimums et ce, jusqu’à la fin du transfert des composés de l’injecteur à la colonne afin que ces derniers puissent se recondenser en tête de colonne. Puis, la température est augmentée très rapidement afin d’atteindre la température d’élution du composé cible et donc d’écourter le temps d’analyse. En plus des contraintes liées à l’utilisation du PTV, l’optimisation prend aussi en compte les recommandations classiques pour une analyse en GC-FID (ne pas excéder la température maximale tolérée par la colonne…).

Suite à l’ensemble des optimisations effectuées, nous disposons d’un système reproductible avec une limite de quantification permettant de mesurer les quantités de pesticides restants même après une importante dégradation.