Diamètre de particule (µm)
III.2.3. Méthodes de couplage plus récemment développées
III.2.3.1. La GC-MS-MS (GC-spectrométrie de masse en tandem)
Cette méthode combine deux analyseurs. Le dispositif permet de sélectionner dans un premier analyseur, un ou quelques ions caractéristiques de l’espèce étudiée, incluant généralement l’ion moléculaire. Ces ions sont ensuite fragmentés par collision avec des molécules de gaz (argon, azote) dans une chambre de collision. Les fragments obtenus, appelés «ions fils» sont alors introduits dans un deuxième analyseur, qui détecte leur masse afin de constituer le spectre MS2. Comparé à la GC-MS simple, le couplage de la GC avec la spectrométrie de masse en tandem améliore la sélectivité et la sensibilité de l’analyse. En effet, seule les molécules conduisant à la formation d’ions fils sont détectées, ce qui conduit à une forte diminution (facteur 50 à 500) du bruit de fond. Ainsi, le rapport signal/bruit, et donc la sensibilité augmente avec la GC-MS-MS. L’utilisation des spectromètres de masse en tandem a été longtemps limitée en raison de la complexité du dispositif nécessaire et de son coût. Cette méthode est devenue plus abordable avec l’apparition des pièges d’ions, qui permettent d’obtenir les spectres MS et MSn (Wang et al., 1996). Toutes les étapes citées précédemment (sélection de l’ion moléculaire, fragmentation et détection des ions fils) sont effectuées dans une même enceinte, mais sont fractionnées dans le temps.
L’intérêt de cette méthode pour l’analyse des HAP est qu’elle permet de distinguer les différents isomères (Pyle et al., 1997). La principale limite est le coût plus élevé du matériel et la complexité de la mise au point de la méthode d’analyse. De plus, contrairement au couplage GC-MS, il n’y a pas de bibliothèque de spectre disponible sur le marché, ce qui peut être une difficulté lorsque les composés étudiés ne sont pas disponibles dans le commerce.
III.2.3.2. La LC-MS et la LC-MS-MS
Parmi les méthodes plus récemment développées, l’HPLC couplée à un spectromètre de masse paraît intéressante pour l’identification et la quantification des HAP, et de ses dérivés polaires (HAP nitrés et oxygénés). Cette méthode combine les avantages de la séparation par chromatographie liquide (permettant l’analyse des composés non volatiles et thermolabiles) et ceux de la détection par spectrométrie de masse (identification absolue des composés). Toutefois, le couplage de la chromatographie en phase liquide avec la spectrométrie de masse est beaucoup plus délicat que le couplage GC-MS. En effet, la pression du liquide vecteur est difficilement compatible avec le vide poussé régnant dans la source du spectromètre de masse. Pour éliminer les problèmes d'interface, des sources fonctionnant à pression atmosphérique ont été développées (Galceran et Moyano, 1996 ; Sakairi et Kato, 1998).
Parmi elles, la source à pression atmosphérique fonctionnant en ionisation chimique (APCI) semble la plus adaptée pour l’analyse des HAP, en terme d’optimisation de la limite de détection et de la linéarité de la réponse (Marvin et al., 1999). Cette interface est compatible avec les débits conventionnels de chromatographie liquide (0,5 à 1 ml.min-1). Toutefois, l’utilisation de l’eau dans la phase mobile est à proscrire, parce qu’elle provoque une augmentation de la limite de détection (augmentation d’un facteur 10 lorsque l’on passe d’une phase mobile constituée à 100% d’acétonitrile à une phase mobile composée d’acétonitrile et d’eau). Ainsi, les HAP de masse molaire inférieure à 300 g.mol-1 ne sont pas quantifiable par cette méthode, car leur bonne séparation nécessite l’ajout d’eau dans la phase mobile (Marvin et al., 1999).
D’autres interfaces autorisent le couplage LC-MS et ont permis d’analyser des HAP nitrés (Bonfanti et al., 1996), hydroxylés (Galceran et Moyano, 1996).
La chromatographie liquide couplée à un spectromètre de masse en tandem est une technique encore peu répandue, mais représente un outil très prometteur pour l’identification de composés organiques de masse molaire élevée dans une matrice environnementale très complexe (Williams et Burinski, 2001). Les applications de la LC-MS pour l’analyse des HAP sont toutefois encore très limitées, en raison de son coût d’achat et de fonctionnement.
III.2.4. Récapitulatif
Le tableau III.2. présente les différentes méthodes couplées, pour l’analyse des HAP et les principaux critères à prendre en compte lors du choix.
Tableau III.2. Principales caractéristiques des méthodes couplées pour l’analyse de HAP. Méthode Evolution Sélectivité Identification absolue des
composés Limite de détection(g injecté) Coût
HPLC-UV Routine + temps de rétention 10-9-10-10 Moyen
HPLC-FLUO Routine ++ temps de rétention +
longueurs d’onde
10-11-10-13 Moyen
HPLC-PDA Routine ++ temps de rétention +
spectre d’absorption
10-8-10-9 Moyen
GC-FID Routine ++ temps de rétention 10-9-10-11 Moyen
GC-MS Routine ++ temps de rétention +
spectre de masse 10-10-10-12 10-11-10-12 (piège à ions) Moyen à Elevé
GC- MS2 Recheche +++ temps de rétention +
spectre de masse MS/MS 10 -11-10-12 Elevé LC-MS LC-MS2 Recherche Recherche +++ temps de rétention + spectre de masse MS/MS _ Elevé
Il ressort de ce tableau que :
- L’excellente sélectivité des colonnes de chromatographie liquide associée au détecteur fluorimétrique font de l’HPLC-FLUO une des méthodes les plus performantes pour l’analyse des HAP et de ses dérivés alkylés dans les matrices environnementales (Gundel et al., 1995a ; Mahanama et al., 1994 ; Masclet et al., 1998 ; Zhu et al., 1997). De plus, en raison de la grande sélectivité de la méthode de détection, elle peut permettre d’éviter l’étape de purification (Chiu et al., 1997 ; Masclet et al., 1998),
- Combinés à une colonne capillaire à forte résolution, les spectromètres de masse représentent une bonne alternative à l’HPLC en phase inversée couplée à un fluorimètre. Toutefois, les limites de détection atteintes sont souvent moins bonnes que celles obtenues avec un détecteur fluorimétrique. Les systèmes utilisant un piège à ion comme analyseur permettent d’atteindre des limites de détection plus proches de la fluorimétrie, puisque comprises entre 5 et 50 picogrammes injectés (Chiu et al., 1997),
- La GC-MS-MS et le couplage de la chromatographie liquide au spectromètre de masse sont des méthodes prometteuses pour l’identification des HAP présents dans des matrices environnementales très complexes. Ces méthodes ne peuvent actuellement pas être considérées comme des méthodes de routine.
I
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IV.1. PRESENTATION DU PROTOCOLE ANALYTIQUE
L’analyse intervient pour déterminer les quantités de HAP piégées par les différents supports de prélèvement (filtre, XAD-2, XAD-4). La figure IV.1. décrit le protocole analytique utilisé.
Figure IV.1. Diagramme du protocole analytique utilisé pour quantifier les HAP.
Quantification par HPLC/ FLUORIMETRIE
Tube denuder (XAD-4) Filtre PTFE + XAD-2
Extraction aux Ultrasons (30 min)
Dichlorométhane
Ajout de 1-2 ml d’acétonitrile et concentration sous flux d’azote. Volume final = 1-2 ml
Filtration sous vide, sur membrane en PTFE,
(0,45 µm)
Concentration à T°C et P contrôlées