Préparation des échantillons dans la matrice solide 1 Extraction

La première étape de la préparation d’échantillons solides est d’extraire les substances cibles contenues dans la matrice avec un solvant organique (ou mélange de plusieurs solvants organiques) adapté. Plusieurs méthodes d’extraction existent.

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40 Extraction liquide/solide sous agitation

Les antibiotiques peuvent être extraits par simple agitation dans un solvant adéquat suivi d’une centrifugation (Diaz-Cruz et Barcelo., 2005 et Hamscher et al., 2007).

L’avantage de cette technique est qu’elle est rapide. Cependant, elle nécessite la plupart du temps deux ou trois manipulations consécutives pour atteindre un taux d’extraction correct. De plus, cette technique est pénible car elle n’est pas automatisée (Zloaga et al., 2012). Extraction Soxhlet

Le principe de l’extraction de Soxhlet repose sur une extraction continue par un solvant à sa température d’ébullition (Figure I. 10).

Cette technique a été créée en 1979 par Soxhlet, il s’agit de la méthode considérée

comme référence pour l’extraction de substances organiques de matrices solides.

Figure I. 10. Principe de l’extraction Soxhlet

L’inconvénient de cette technique c’est qu’elle consomme une importante quantité de solvant (entre 100 et 500 mL) et nécessite beaucoup du temps (par exemple entre 16 et 24 heures pour extraire des antibiotiques du sol. Une extraction par Soxhlet pouvant durer jusqu’à 48 heures) (EPA, 2016). Cependant, cette procédure permet d’obtenir de bons rendements d’extraction (entre 60 -75 %) et a été largement employée pour extraire des composés organiques de matrices solides (Zuloaga et al., 2012).

En 1994, une extraction automatisée Soxhlet a été mise en place : le Soxtec. Cette technique présente de nombreux avantages. En effet, elle permet une extraction plus rapide (entre 1 à 4 heures), plus économique (meilleure récupération de solvant entre 50 et 100 mL

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41 de solvant) et plus sure (dissociation des unités de chauffage et d’extraction) et des rendements d’extraction élevés (entre 70 - 95%) (Zuloaga et al.,2012).

Extraction assistée par micro-onde (MAE)

L’extraction (MAE) a été déjà utilisée pour extraire certains antibiotiques essentiellement les fluoroquinolones et des estrogènes du sol ou de sédiments (Pavlovic et al., 2007 ; Pico et Andreu., 2007 ; Diaz-Cruz et Barcelo., 2005 et Liu et al., 2004). Un tube contenant l’échantillon et le solvant d’extraction est introduit dans une enceinte soumise à des micro-ondes émises par un générateur de micro-ondes aussi appelé magnétron. Deux types de MAE existent. En effet, l’irradiation micro-onde peut être réalisée avec un applicateur d’onde monomode ou avec un applicateur à cavité multimodes.

La technique MAE peut s’effectuer soit à pression atmosphérique (focused MAE) soit sous atmosphère pressurisée (Pressurized MAE) ce qui permet de travailler à des températures supérieures au point d’ébullition des solvants utilisés (Michel., 2011).

Une des limitations de cette technique est que seuls les solvants qui absorbent les micro-ondes peuvent être utilisés. Il sera alors difficile d’appliquer cette procédure d’extraction aux tétracyclines qui se dégradent à la chaleur.

Extraction assistée par ultrasons (UAE)

L’extraction assistée par ultrasons est utilisée pour extraire les antibiotiques des différents matrices solides (Glover et al., 1996 ; Pharmaceuticals. 2006 ; Karci et al., 2009 ; Kim et Carlson., 2005 et Rabolle et Spliid., 2000). Un tube contenant l’échantillon et le solvant d’extraction est immergé dans un bain à ultrasons.

Les analytes extraits sont ensuite séparés de la matrice soit par filtration sous vide, soit par centrifugation. Cette procédure est alternative à l’extraction Soxhlet, l’utilisation des ultrasons permettant de réduire le temps d’extraction (10 - 30 minutes) et le volume de solvant utilisé. Cependant, son inconvénient principal c’est que cette technique est peu reproductible (Backwell et al., 2004 et Zuloaga et al., 2012). Elle a été utilisée, par exemple, pour extraire plusieurs antibiotiques comme l’oxytétracycline et la tylosine du sol (Backwell et al., 2004).

Extraction par liquide pressurisé (PLE)

La PLE est une extraction à haute température et à haute pression. Elle est utilisée pour l’analyse des composés en matrice solide. La température élevée permet une meilleure solubilisation des solutés dans le solvant alors que la haute pression permet de maintenir le solvant au-dessus de son point d’ébullition. Dans ces conditions, le solvant pénètre mieux à l’intérieur de l’échantillon permettant une extraction plus efficace en utilisant un volume

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42 minimal. Cinq facteurs sont généralement a optimisé afin d’obtenir les meilleurs rendements d’extraction :

1- La température 2- La pression 3- Le temps statique 4- Le nombre de cycle

5- Le ou les solvants d’extraction

Cette méthode est, depuis de nombreuses années, très largement employée pour extraire des polluants organiques persistants (non dégradables) tels que les PCB (polychlorobiphényles) ou le DDT (dichlorodiphényltrichloroéthane) contenus dans des matrices environnementales.

Au cours de la dernière décennie, cette technique a été utilisée pour extraire des contaminants émergents essentiellement les médicaments, de sols, de sédiments, de boues de station d’épuration et de fumier. Elle est largement utilisée pour l’extraction de différentes familles d’antibiotiques tétracyclines, sulfonilamides, macrolides, fluoroquinolones du sol (Barcellos-Hoff et al., 2015 ; Schlusener et al., 2003 ; Jacobsen et al., 2004 ; Schlusener et Bester, 2006 ; Runnqvist et al., 2010; Ferrer et Furlong., 2002 et Armenta et al., 2008).

Le tableau I.14 présente quelques avantages et inconvénients des principales techniques utilisées pour l’extraction des médicaments des matrices solides.

Tableau I. 14.Avantages et inconvénients des techniques d’extraction des médicaments

des matrices solides

Techniques Avantages Inconvénients

Agitation

-Rapide -Facile

-Méthode peu efficace : plusieurs extractions successives sont nécessaires, plus de

consommation de solvant Soxhlet

-Méthode de référence -Très bons rendements

d’extraction

- Temps d’extraction long (4 à 48 heures) - Volume de solvant consommé important

(100 à 500 mL) Soxtec

-Soxhlet automatisé -Temps d’extraction long (1 à 4 h) -Volume de solvant utilisé encore important

(50 à 150 mL) MAE -Temps d’extraction relativement court (2 à 35 minutes) -Peu de consommation de solvant (5 à 50 mL)

-Le solvant doit être polaire

-Les composés à extraire doivent être stables thermiquement

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Techniques Avantages Inconvénients

UAE -Extraction rapide (10 à 30 minutes) -Volume de solvant consommé raisonnable (4 à 60 mL)

-Moins reproductible que les autres techniques -Contrôle continue de la stabilité de la température

PLE

-Extraction assez rapide (environ 30 minutes) -Consommation de solvant

réduite -Très reproductible

-Automatisée

-Préparation manuelle des cellules PLE -Les composés à extraire doivent être stables

thermiquement

III.1.4.2. Purification

Après l’étape d’extraction, une étape supplémentaire est souvent nécessaire pour purifier et concentrer un extrait de sol.

La SPE est la méthode la plus souvent utilisée, cependant, d’autres chercheurs utilisent aussi l’extraction liquide-liquide ou encore la chromatographie par perméation du gel (GPC) (Alda et al., 2003), qui permettent de séparer les analytes par rapport à leur taille mais leur emploi est assez rare. Pour l’extraction en phase solide, les cartouches (généralement OASIS HLB) sont utilisés pour extraire, purifier et concentrer des échantillons.