Influence de l’origine et de la nature des substances humiques

Il a été montré dans la deuxième partie de ce manuscrit la très forte influence de l’origine d’un échantillon de matière organique sur sa composition. Il a également été montré que l’influence de la nature de la matière organique, humique ou fulvique, semble être un facteur moins déterminant que l’origine sur la composition des échantillons.

Dans ce chapitre, le faible nombre de molécules complexantes déterminées ne permet pas de conclure de façon statistique sur l’influence de l’origine et de la nature de la matière organique sur la complexation des métaux. En effet, pour chaque échantillon dopé, une quinzaine de molécules portent un atome métallique. Parmi ces molécules, approximativement la moitié des molécules n’ont pu être identifiées, un tiers résulte de la formation de clusters et la dernière portion des molécules est présentée plus haut.

Certaines molécules complexantes ont été identifiées dans plusieurs échantillons, c’est le cas de l’acide méthacrylique complexant le thorium et l’uranium qui est identifié dans les échantillons NAFA, NAHA, SRHA. L’acide nicotinique, ou un de ces isomères, complexe également l’uranium et le thorium dans les deux échantillons (humiques et fulviques) de Nordic Aquatic.

6. Conclusion du chapitre

Dans un premier temps, ce chapitre décrit la pertinence du couplage ESI-FT-MS. En effet, les résultats de caractérisation de la matière organique avec le FT-MS montrent qu’il est un outil adapté à ce type

des résultats obtenus avec différentes sources d’ionisation montre que la source ESI offre les meilleures performances notamment pour l’ionisation des molécules les plus polaires (les plus réactives vis-à-vis des métaux).

Ensuite, ce chapitre décrit le développement d’une méthode permettant de déterminer les molécules responsables de la complexation des actinides dans un échantillon de matière organique. Cette méthode repose sur deux axes : l’identification de complexes dans un premier temps et la caractérisation des molécules dans un second temps. La méthode développée est validée par l’utilisation d’un marqueur isotopique naturel : l’europium.

Dans ce chapitre, la méthode développée est appliquée à l’analyse de quatre échantillons de substances humiques naturelles dopés en trois métaux : l’europium, le thorium et l’uranium. Cette partie décrit la formation de clusters à partir des métaux introduits. Les résultats montrent le comportement acide de Lewis des métaux analysés : ils forment des clusters avec des espèces nucléophiles lors de l’ionisation malgré l’optimisation des conditions chimiques d’analyses. L’impact de l’effet de matrice persiste malgré l’optimisation des conditions opératoires. L’effet de matrice est responsable de la non-identification de certaines molécules. L’augmentation du nombre de propositions ainsi que la diminution de la résolution avec l’augmentation du rapport m/z rendent également difficile l’identification des ions présentant un rapport m/z élevé.

Cette partie de l’étude propose également quelques isomères responsables de la complexation du thorium et de l’europium. Les formules élémentaires de ces molécules ont été déterminées mais leur fragmentation étant impossible, la structure de ces molécules n’a pas pu être déterminée.

Cette partie du manuscrit présente, pour la première fois, certaines molécules responsables de la complexation des actinides par un échantillon de substances humiques et prouve l’existence d’un site de complexation particulièrement fort qui n’est pas encore mentionné dans la littérature : les acides amino-carboxyliques.

Pour conclure, ce chapitre donne de nouvelles informations sur la complexation des actinides par la matière organique naturelle. Cette vision valide l’approche continue appliquée dans certains modèles macroscopiques utilisés actuellement pour la prédiction des interactions entre les métaux et la matière organique. En effet, dans chaque échantillon, plus d’une dizaine de molécules différentes sont responsables de la complexation des métaux.

Cependant, la complexité des spectres de masse est responsable d’une exploitation incomplète des résultats. En effet, l’intensité particulièrement élevée de certains pics masque les ions présentant les intensités les plus faibles. Ainsi, il est fortement probable que de nombreuses molécules responsables de la complexation des actinides ne soient pas détectées.

Pour les raisons mentionnées plus haut et afin d’obtenir une information plus fine, il est indispensable de simplifier les spectres de masse. Le chapitre suivant est consacré à la séparation des substances humiques par électrophorèse capillaire dans le but de simplifier les spectres de masse. Cette technique, non intrusive, ne modifie pas la spéciation des espèces analysées et permet de garantir l’intégrité de l’analyte.

CHAPITRE IV :

LA SEPARATION ELECTROPHORETIQUE POUR LA

SIMPLIFICATION DES ETUDES A L’ECHELLE MOLECULAIRE

DE LA MATIERE ORGANIQUE

Sommaire

1. Stratégie analytique ... 145 2. La séparation électrophorétique : principes et instrumentation ... 146 2.1. Principe ... 147 2.2. Principe de migration des ions ... 147 2.3. Vitesse et mobilité électrophorétique ... 150 2.4. Méthodologie ... 151 3.4. Corrections en température ... 153 3. Développement d’une méthode de séparation de la matière organique ... 155 3.1. Conditions opératoires ... 155 3.2. Résolution des problèmes de sorption et de détection ... 156 3.3. Choix de l’électrolyte de séparation ... 158 3.4. Influence de la température de séparation ... 159 3.5. Choix de la tension de séparation : ... 161 3.6. Conclusion ... 162 4. Développement d’un couplage EC-FT-MS ... 163 4.1. Caractéristiques de l’interface ... 163 4.2. Interphase et paramètres instrumentaux ... 165 4.3. Résultats et interprétations ... 166 4.4. Conclusion ... 167 5. Conclusion du chapitre ... 168

1. Stratégie analytique

La troisième partie de ce manuscrit décrit le développement d’une méthode permettant de mettre en évidence et de caractériser les molécules responsables de la complexation des métaux, et notamment des actinides, dans un échantillon de matière organique naturelle. Cette méthode permet de valider certains modèles de migration hydrogéochimiques utilisés actuellement. Elle propose également un nouveau site

réactif porté par la matière organique particulièrement affin des actinides. Cette information constitue une donnée fondamentale pour ces thématiques de recherche. Néanmoins, la complexité des échantillons analysés est un frein aux potentielles informations accessibles. En effet, le nombre d’ions d’intensité particulièrement élevée est responsable de l’impossibilité de fragmenter la plupart des molécules responsables de la complexation des métaux. De plus, ces ions masquent potentiellement la présence d’autres complexes d’intensités plus faibles.

La séparation électrophorétique revêt un intérêt tout particulier pour la simplification des spectres de masse. En effet, cette méthode est l’une des rares techniques chromatographiques non intrusives. Elle permet la séparation d’espèces chargées en solution avec une résolution particulièrement élevée sans modifier la spéciation des analytes. Cette méthode est décrite dans la deuxième partie de ce chapitre. Le développement de la séparation électrophorétique des substances humiques permet d’obtenir des résultats satisfaisants avec un temps de récolte des fractions supérieur à 20 minutes. Le développement de la méthode de séparation est présenté dans la troisième partie de ce chapitre.

La séparation électrophorétique de la matière organique peut être mise à profit selon deux voies. D’un côté, la collecte de plusieurs fractions de substances humiques simplifierait l’étude de la complexation des actinides par une diminution du nombre de molécules analysées par fraction. On parle alors de couplage offline. D’autre part, la séparation électrophorétique peut permettre une séparation et une analyse en direct par spectrométrie de masse grâce à une interface permettant le couplage « online » de ces deux instruments. La quatrième partie de ce chapitre décrit le développement et la validation de cette interface.