Purification chimique

Avant toute mesure sur l’ICP-MS multicollecteur (MC-ICP-MS), le zinc et le cuivre des échantillons doivent être séparés l’un de l’autre mais aussi des autres éléments présents dans l’échantillon pour limiter les interférences et les effets de matrice lors de la mesure. Deux types d’échantillons ont été traités sur colonnes au cours de cette étude : des échantillons provenant d’expériences abiotiques (zinc et matière organique) où seul le zinc fut étudié, et des échantillons venant d’expériences avec des plantes où cuivre et zinc furent étudiés.

Pour éliminer la matière organique des échantillons, diverses techniques ont été mises en place. Tout d’abord, pour les expériences abiotiques, les échantillons ont subi une attaque UV. Malgré l’utilisation du digesteur UV, il restait couramment des agrégats de matière organique en suspension dans la solution. Les échantillons étaient donc ensuite attaqués à l’acide nitrique 16M à chaud (~120°C) pendant une nuit jusqu’à l’obtention d’une solution transparente. Pour les échantillons de plantes (Chapitre 4 et 5), ceux-ci ont été attaqués à l’acide nitrique 16 M dans un four à micro-onde Milestone Ethos Touch Control durant trente minutes à une température de 180°C et une pression de 2.106 Pa (20 bars).

Dans le cadre des expériences abiotiques d’interactions entre le zinc et la matière organique, le protocole de purification utilisé est simplifié par rapport à celui de Maréchal et al.13. En effet, puisque seule la mesure isotopique du zinc nous intéresse, il n’est pas nécessaire de séparer le cuivre et le fer qui peuvent donc sortir dans la même fraction que la matrice. Pour la séparation du zinc, nous utilisons une résine échangeuse d’anions AG MP 1 (1,6 mL de résine, Biorad 200-400 mesh) montée sur colonnes (Biorad Poly-prep columns, 0,8 cm ! " 4 cm de long avec un réservoir de 10 mL). Cette résine étant assez fragile, avant tout usage, il est nécessaire de retirer tous les grains abîmés ou de taille inférieure à la moyenne. Pour cela, la résine est mise en suspension dans l’eau une dizaine de fois et le surnageant, qui contient la résine défectueuse est jetée. Ensuite, la résine est nettoyée deux fois à l’acide nitrique 1 M

avant d’être installée sur la colonne. La Figure 13 représente les différentes étapes du protocole d’élution du zinc et la Figure 14 illustre le pic d’élution du zinc sur les 10 derniers millilitres.

Figure 13: Protocole d'élution du zinc selon le protocole adapté de Maréchal et al.13

Figure 14: Elution du zinc à partir d’un standard de zinc avec le protocole de Maréchal et al. 13 Pour les expériences nécessitant la séparation du cuivre, du zinc et de la matrice, les protocoles de Maréchal et al.13 et de Borrok et al.(2008)14 ont été utilisés. Borrok et

al.(2007)15 ont proposé un protocole précédant d’un an celui de Borrok et al.(2008)14 avec pour principale différence le volume de résine utilisé. Il sera démontré par la suite que c’est de grande importance. Le protocole de Maréchal a l’inconvénient de ne pas parfaitement séparer le cuivre et le zinc du reste de la matrice, en particulier le cobalt est élué avec le cuivre et le cadmium avec le zinc. Les premières mesures du chapitre 5 (plants de blé ayant poussé sur sols) ayant eu lieu avant la publication du protocole de Borrok et al.14_{, ces}

échantillons ont tous été purifiés selon le protocole de Maréchal et al.13_{. Les échantillons du}

chapitre 4 (plants de tomate et blé ayant poussés en hydroponie) ont quant à eux été purifiés selon le protocole de Borrok et al.(2008)14_.

Tableau 8: Protocole d'élution du cuivre, du fer et du zinc pour les méthodes de Maréchal et de Borrok

Les protocoles sont détaillés dans le Tableau 8. Pour le protocole de Maréchal et al.13, les colonnes utilisées sont les mêmes que celles décrites précédemment avec le même volume de résine. Pour le protocole de Borrok et al.(2008)14, les colonnes ont été fabriquées à l’aide de seringues en poly-propylène de 1 et 10 mL. Les colonnes de 1 mL contenaient la résine avec un fritté adapté à la taille des seringues et celles de 10 faisaient office de réservoir. Dans tous les cas, la résine utilisée est la même (AG MP 1 de Biorad) mais avec un volume de 0,85 mL pour Borrok et al.(2008)14. Le protocole de Borrok et al.(2008)14 utilise des volumes d’acide beaucoup plus faibles que celui de Maréchal et al.13, ce qui est un avantage pour une moindre consommation d’acides, mais rend le protocole beaucoup plus sensible aux différents volumes utilisés (acides, résine). Dans la Figure 15, le protocole de Borrok et al.(2007)15 a été appliqué. La seule différence entre les deux protocoles de Borrok14,15 est le volume de résine, qui passe de 0,65 mL dans le protocole de 2007 à 0,85 mL dans le protocole de 2008.

Avec le protocole de Borrok et al.(2007)15, environ 25% du cuivre est élué avec la matrice, ce qui provoque des fractionnements isotopiques dans la fraction récupérée par rapport à la solution initialement introduite dans la colonne. Rajouter de la résine (ici 0,2 mL) rallonge le temps de trajet du cuivre dans la colonne et permet son élution après la matrice.

Figure 15: Elution du cuivre avec le premier protocole de Borrok et al. (2007)

Tableau 9: Exemple de calibration des colonnes en cuivre et en zinc, sur des solutions standard de cuivre et zinc

Le Tableau 9 donne les résultats d’une calibration de colonnes (passage de standards sur les colonnes), les six premières avec le protocole de Maréchal et al.13 et les quatre suivantes avec le protocole de Borrok et al. 14_{. A l’exception de deux points, l’un en cuivre pour le protocole}

isotopiques de cuivre et de zinc des standards élués sur colonne sont indissociables des solutions standard initiales (non traitées avec les colonnes) ; en notation delta, ils sont inférieurs ou égaux à ± 0,07 ‰. Pour les deux points isotopiquement différents, cela signifie qu’il faut soit remesurer l’échantillon soit vérifier le volume de la résine pour cette colonne là.