Identification des intermédiaires

Lors des traitements des contaminants par photocatalyse, la disparition ou la minéralisation des composés implique la formation d’espèces intermédiaires. Pour la compréhension des mécanismes et pour établir des schémas réactionnels, il est nécessaire de connaitre la structure de ces intermédiaires réactionnels.

Dans ce travail de thèse, deux méthodes d’analyse sont utilisées pour identifier les produits de transformation des composés modèles. Ces méthodes d’analyse sont la chromatographie liquide haute performance couplée au détecteur UV (HPLC/UV) et la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (CL-SM/SM). Les analyses par HPLC/UV ont été réalisées à l’Ecole des Mines de Nantes et les analyses par CL-SM/SM ont été réalisées à l’Institut d’Analyse Départemental d’Analyse et de Conseil de de Loire Atlantique. Ces deux méthodes sont décrites ci-après.

VI.2.1 Identification des intermédiaires par HPLC/UV

L’examen de la littérature a permis d’établir une liste des intermédiaires formés au cours du traitement des composés modèles par les procédés d’oxydation avancés. Les standards commercialisés de ces intermédiaires sont analysés dans les mêmes conditions que celles utilisées lors du suivi de la dégradation photocatalytique des composés modèles. Il s’agit par la suite de comparer les temps de rétention obtenus avec les composés standards à ceux obtenus lors de la dégradation photocatalytique des composés modèles. Cette méthode permet de poser des hypothèses d’identification, elle ne permet pas une identification de façon certaine.

VI.2.2 Identification des intermédiaires par CL-SM/SM V.2.2.1 Matériel

L’identification des composés est effectuée sur un système Thermo Electron (Figure II. 13) comprenant :

- un chromatographe liquide haute performance muni d’une pompe quaternaire pouvant travailler à faible débit, LC PumpSurveyor ;

100 - un spectromètre de masse avec source d’ionisation de type électrospray (ESI), un analyseur triple quadripolaire et un détecteur photomultiplicateur d’électrons, TSQ

Quantum DiscoveryFinnigan.

Figure II. 12 : Photographie du système CL-SM/SM (IDAC)

V.2.2.2 Méthodologie expérimentale pour l’identification des intermédiaires par CL-SM/SM

Le protocole expérimental est présenté Figure II. 13. Tout d’abord, les paramètres de spectrométrie de masse sont déterminés puis optimisés. Les conditions chromatographiques sont ensuite optimisées à partir de la colonne choisie.

Figure II. 13 : Schéma présentant les étapes du développement de la méthode d’analyse par CL-SM/SM

1- Spectrométrie de masse (optimisation en infusion)

- Détermination des transitions de confirmation - Réglage des énergies et pression de collision - Réglage des paramètres de nébulisation et désolvatation

-Optimisation de la sensibilité

2- Chromatographie liquide - Choix de la colonne

- Détermination de la phase mobile - Détermination du solvant d’injection

101 V.2.2.2.1 Optimisation du spectromètre de mass

- La calibration

La calibration est effectuée afin de régler l’appareil de façon très précise en termes de résolution et de repérage des masses. Elle se fait en injectant un composé connu : la 1,3,6- polytyrosine. Lorsque la polytyrosine est injectée, trois ions caractéristiques sont repérés et le rapport signal sur bruit doit être suffisamment intense pour assurer une bonne calibration. Une fois les ions repérés, la calibration est automatique et de nombreux réglages sont effectués au niveau des lentilles pour permettre la focalisation des ions dans le spectromètre de masse.

- Optimisation en infusion

L’optimisation est réalisée après le choix du mode d’ionisation. Pour les composés modèles, les deux modes d’ionisation (positif et négatif) ont été testés afin de déterminer le plus adéquat. Le choix du mode d’ionisation est surtout fonction des molécules d’intérêt et de leur capacité à céder (mode négatif) ou accepter (mode positif) un atome d’hydrogène : la molécule est alors déprotonée ou protonée. La tétracycline pouvant facilement être protonée, le mode positif a alors été choisi. Pour le bisphénol A et la 17β-œstradiol, c’est le mode négatif qui a été retenu.

Pour réaliser l’optimisation, une solution concentrée en produit pur (100 µg.L-1) est directement infusée dans le spectromètre de masse (pour les intermédiaires réactionnels, les échantillons prélevés pendant le traitement photocatalytique sont dilués puis infusés). L’influence de différents paramètres est alors observée sur le courant ionique total (celui-ci permettant d’apprécier la sensibilité de l’appareil vis-à-vis des molécules étudiées), soit en optimisation manuelle, soit en optimisation automatique. Il convient ainsi de déterminer les valeurs optimales des :

- transitions et énergies de collision associées, - paramètres de nébulisation/désolvatation, - paramètres d’affinement de la sensibilité.

Pour déterminer les transitions, un spectre de masse des échantillons prélevés aux différents intervalles de temps pendant le traitement photocatalytique des composés modèles est réalisé puis la masse des composés présents est déterminée. Une fois les masses connues, les transitions sont déterminées. Ceci se fait par filiation sur le spectromètre de masse. Le premier quadripôle permet de sélectionner l’ion parent, le deuxième quadripôle fragmente cet ion et ainsi le spectre de fragmentation de l’ion parent est disponible grâce au balayage du troisième quadripôle. Cette étude de filiation permet dans un même temps de déterminer les énergies de

102 collision spécifiques à chaque molécule pour sa fragmentation ainsi que la pression de collision qui elle est fixée pour la méthode et est appliquée à toutes les molécules.

Les paramètres de nébulisation/désolvatation ainsi que leur fonction sont présentés dans le Tableau II. 7. Ces paramètres ont un impact direct sur la qualité du nébulisât (spray) formé et donc sur la sensibilité du signal obtenu. Ils sont optimisés pour les composés modèles et pour leurs intermédiaires réactionnels.

Tableau II. 7 : Paramètres de nébulisation/désolvatation optimisés en infusion

Paramètres de

nébulisation/désolvatation Fonction

Tension électrique du spray (V) Ionisation des molécules, dépend surtout du débit de la phase mobile

Pression en azote (unité arbitraire) Formation du spray, dépend également du débit de la phase mobile

Pression auxiliaire en azote (unité arbitraire)

Désolvatation des molécules, dépend exclusivement du débit et de la qualité de phase mobile