Stratégie adoptée pour la mise en place du protocole
2- Séparation et mesure
La stratégie établie pour minimiser le temps d’analyse de chaque échantillon consiste en la mise en place d’un protocole de séparation unique pour tous les éléments d’intérêt.
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Un autre moyen d’être plus rapide consiste en l’automatisation de l’étape de séparation chimique et en son couplage en ligne à la mesure. La séparation sera automatisée grâce à un module de chromatographie liquide et emploiera des résines d’extraction. La mesure sera effectuée par ICP-MS.
La chromatographie liquide a été choisie car ses modules, contrairement à ceux de l’HPLC
(chromatographie liquide à hautes performances), sont en grande partie en PEEK (polyéther éther cétone), polymère extrêmement résistant aux acides. Afin de protéger les
autres modules, les solutions acides utilisées ne doivent cependant pas être très concentrées (< 40 % (m/m)).
Le protocole qui sera mis en place nécessitera plusieurs colonnes de séparation. Le montage de ces colonnes et des différents circuits des solutions sera donc conséquent et complétement personnalisé. Dans un premier temps, les différents essais pour la mise en place du protocole seront réalisés sur paillasse, les fractions seront collectées et enfin mesurées. Le protocole final sera automatisé en le transposant sur la chromatographie liquide pour les étapes d’optimisation finale et de validation.
Le protocole de séparation automatisée sera couplé à l’ICP-MS grâce au module de chromatographie liquide. L’ICP-MS a été sélectionné car c’est une technique isotopique qui permet de mesurer plusieurs isotopes dans un échantillon en quelques minutes. L’automatisation et le couplage avec l’ICP-MS permettront de minimiser les manipulations et de gagner un temps significatif. En effet, l’objectif, à terme, sera d’abaisser la durée totale de la séparation et de la mesure de tous les éléments étudiés, dans un échantillon, à quelques minutes. En outre, ce protocole permettra d’augmenter la sensibilité de la mesure des radionucléides artificiels car des pics chromatographiques seront obtenus et non plus un signal continu. Cette augmentation de la sensibilité induira une baisse de la limite de détection, ce qui permettra de pallier, en partie, à son augmentation due à la prise d’essai réduite (Fajardo et al., 2010).
L’inconvénient majeur du couplage de l’étape de séparation à l’ICP-MS est la compatibilité des milieux d’élution avec les milieux préconisés de mesure. En effet, la concentration en acide des milieux de mesure ne doit pas dépasser 10 %, pour éviter de corroder le système d’introduction. La concentration en sel, quant à elle, ne doit pas dépasser 0,2 % pour éviter de former des dépôts dans le système d’introduction (Steward et Olesik, 1998).
Afin de pallier à cette contrainte, des résines d’extraction seront utilisées. En effet, outre la sélectivité considérable de ces résines pour les actinides et le strontium, l’élution sélective de chaque élément peut être réalisée avec des solutions de différentes natures. Cette large gamme
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d’éluants permettra l’utilisation de solutions diluées en acide ou en sel. Par ailleurs, l’élution en chromatographie d’extraction, contrairement à celle en chromatographie ionique, ne dépend pas du volume de l’éluant mais de sa nature. Pour passer de l’élution d’un élément (ou d’un groupe d’éléments) à un autre, le changement de la nature ou de la concentration de l’éluant est donc nécessaire. Cette spécificité de la chromatographie d’extraction permettra de minimiser l’effet de la matrice sur le temps de rétention des éléments et d’éviter donc le décalage des pics ou, le cas échéant, la superposition des pics de deux interférents.
La fixation des actinides et du strontium sur les résines d’extraction peut généralement être réalisée dans des milieux modérément acides (~ 3 M), ce qui augmentera la durée de vie des modules de chromatographie liquide.
Les résines d’extraction ne sont, néanmoins, pas disponibles sous la forme de colonnes chromatographique pré-remplies. En effet, ces résines sont vendues en vrac ou sous forme de cartouches pré-remplies qui ne sont pas adaptées pour un raccordement au module de la chromatographie. Dans le cadre de cette étude, des colonnes de chromatographie liquide seront choisies et remplies avec les résines sélectionnées. Une attention particulière sera portée au choix de ces colonnes. Une facilité de remplissage, un matériau résistant et un petit diamètre, pour augmenter l’efficacité, seront privilégiés.
Le choix de l’ICP-MS comme technique de mesure a imposé la liste des radionucléides étudiés. Cette liste se compose de 233, 234, 235, 236, 238U, 229, 230, 232Th, 239, 240, 242Pu, 237Np,
241, 243Am, 244Cm et 90Sr.
Le couplage de la séparation automatisée à la mesure ne permettra tout de même pas de quantifier de faibles activités en 244Cm. La récupération de sa fraction d’élution en vue de sa quantification par une technique nucléaire adaptée doit être envisagée et mise en place.
Par ailleurs, la limite de détection en 90Sr risque de rester élevée même après le couplage en ligne de la séparation à la mesure par ICP-MS. La collecte de la fraction d’élution ainsi que la précipitation du strontium dans le but de le mesurer par compteur proportionnel à gaz seront étudiées.
Le compteur proportionnel à gaz sera choisi, par rapport à la scintillation liquide et à la mesure par effet Cerenkov, pour ses rendements de comptage élevés et son bas bruit de fond. En revanche, le compteur proportionnel à gaz est un compteur bêta global. Même en éliminant la totalité des interférents bêta, 89Sr présent dans les échantillons ainsi que 90Y, fils
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de 90Sr, vont constituer une interférence considérable. Une nouvelle méthode de quantification de 90Sr par compteur proportionnel à gaz, même en présence de larges quantités de 89Sr, sera mise en place.