Extractions des matrices naturelles

Matrices Liquides

Extraction en Phase Solide (EPS)

L’EPS permet la concentration des échantillons avant analyse. C’est une méthode très couramment utilisée pour la concentration de polluants organiques et notamment les principes actifs pharmaceutiques (Zuloaga et al., 2012). Du fait des faibles concentrations rencontrées en produits pharmaceutiques dans l’environnement, une étape de concentration est en effet nécessaire. L’EPS est souvent considérée comme ayant de meilleurs rendements que les extractions liquide/liquide. Elle s’effectue par quatre étapes distinctes présentées en Figure II.1.

Tout d’abord le conditionnement de la cartouche, qui a pour objectif d’optimiser les propriétés physico-chimiques de la résine pour favoriser l’extraction, suivi par la percolation de l’échantillon à proprement parlé. Cette étape est souvent suivie d’un rinçage qui permet d’éluer des composés faiblement liées à la phase, idéalement des composés qui ne sont pas d’intérêt. Puis, l’élution, qui doit permettre de désolidariser la totalité des composés d’intérêt de la phase.

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Différentes améliorations peuvent être apportées dans le but d’optimiser le procédé d’extraction dont trois majeures : le volume d’échantillon, la phase utilisée ainsi que les différents solvants utilisés à chaque étape. Chacune des étapes va nécessiter des optimisations propres, c’est pourquoi les solvants utilisés seront caractéristiques pour chacune des phases sélectionnées.

Deux phases ont été testées, une phase apolaire Envi-18 et HRX. Les cartouches utilisées dans le cadre de ces travaux ont toujours été des cartouches de 6mL avec une masse de phase d’environ 500 milligrammes. Les protocoles sont décrits dans le Tableau II-2. L’optimisation de l’extraction sur la phase Envi-18 (phase en C18) a été réalisée dans le cadre du stage de Master 1 de Sébastien Vacher. Les valeurs qui en sont issues seront utilisées à des fins de comparaisons.

Tableau II-2 Protocole de l'EPS pour les deux phases sélectionnées

Phase Conditionnement Rinçage Elution

Envi-18 2 x 5 mL MeOH 2 x 5 mL Eau Pure 5 mL Eau Pure 2 x 5 mL Acétone 2 x 5 mL Acétone Eau (1-1) HRX 5 mL MeOH 5 mL Eau Pure

5 mL Eau Pure 3 x 5 mL MeOH Figure II-1 : Schéma conceptuel de l’Extraction en Phase Solide (EPS)

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Ces deux phases ont été testées dans le but de mesurer les taux de récupération associés à chacune des phases. Ces taux de récupération sont calculés en comparant les résultats d’une solution concentrée par SPE avec l’analyse d’une solution concentrée avec la même quantité de molécule.

Figure II-2 : Taux de récupération des molécules après EPS sur les phases Envi-18 et HRX Les taux de récupération, correspondant au rendement de l’extraction, sont présentés dans la Figure II.2. Les taux de récupération de chacun des produits pharmaceutiques sont assez variables avec des molécules mal extraites comme l’aténolol ou le métoprolol, contrairement à d’autres pour lesquelles on atteint, voir excède, les 100%. La différence entre les deux phases n’est pas très significative, si ce n’est pour quelques composés comme les hormones, (e.g. progestérone et testostérone) mieux récupérées sur la C18, ou les bêta-bloquants (e.g. métoprolol, aténolol), très mal récupérés sur le C18 mais avec une amélioration significative sur la HRX.

Dans le cadre de ce travail, c’est la phase HRX qui a été utilisée. Au-delà de la meilleure récupération de certains composés, c’est principalement la meilleure sélectivité de la phase qui nous a fait pencher en sa faveur. En effet, la phase HRX, même dans des eaux usées brutes, nous permet d’avoir une meilleure résolution des pics en diminuant fortement le nombre de composés autres que pharmaceutiques dans la solution.

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Un autre paramètre important à optimiser dans le cadre de cette étape de concentration est le volume d’échantillon à faire percoler sur la cartouche. D’après les résultats de Master 2 de Lucie Monnin (2014), le volume idéal est 100 millilitres. En effet par rapport au volume de 50 millilitres, la récupération s’effectue de manière plus complète (Figure II.3) et l’on se rapproche progressivement de la situation idéale de la concentration sans SPE.

Figure II-3 : Optimisation du volume percolant sur la cartouche SPE

Lyophilisation

La lyophilisation a été utilisée pour les expérimentations pour lesquelles le volume de prélèvement (5-50 mL) ne permettait pas de réaliser une EPS. Ce protocole permet des taux de récupération équivalents voir supérieurs à ceux de l’EPS au prix toutefois d’un temps de réalisation nettement plus long. La lyophilisation nous a toutefois été utile pour traiter un grand nombre d’échantillons de concert. Le principe consiste à congeler l’échantillon, avant de réaliser une aspiration sous vide permettant d’ôter la phase aqueuse. Si cette méthode permet de gagner du temps, elle ne comprend pas de rinçage permettant de désaler l’échantillon, ce qui sur les échantillons les plus riches a nécessité un premier traitement de l’échantillon à l’acétate d’éthyl, moins polaire.

Matrices Solides

Une méthode d’extraction a été utilisée dans ces travaux et provient d’une adaptation du protocole utilisé dans l’étude de Stein et al. (2008). Le solvant d’extraction utilisé est le même à savoir méthanol : H2O (1:1). y = 33261x R² = 0,9992 y = 164003x R² = 0,9967 y = 3E+06x R² = 0,9996 0,0E+00 2,0E+05 4,0E+05 6,0E+05 8,0E+05 1,0E+06 1,2E+06 1,4E+06 1,6E+06 1,8E+06 0 10 20 30 40 50 60 A ir e de s pi cs Concentration (mg/L)

Aténolol

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Environ 2 grammes de sédiments ou boues sont séchés à 80°C durant 24 heures. Le solvant est par la suite mis en contact avec le sédiment sec dans des tubes de 15 mL pendant 15 minutes aux ultra-sons à une température fixée à 25°C. Les tubes sont centrifugés à 4000 tours/minutes pendant 10 minutes avant récupération du surnageant et répétition de l’opération une deuxième fois dans les mêmes conditions.

Les 25~30 mL de solution de MeOH:H₂O (1:1) sont séchés par évaporation rotative avant récupération avec du méthanol puis séchage sous flux d’azote.