Une colonne en silice greffée C18 de dimension 250 mm x 3 mm d.i. avec des particules de 5 µm de diamètre (Symmetry Shield RP18, Waters) a été testée pour séparer les nitroaromatiques. Après de nombreux essais consistant à faire varier le pourcentage de phase organique de la phase mobile (MeOH ou ACN) aussi bien en mode isocratique qu’en mode gradient et la température à laquelle s’effectue la séparation, une phase mobile constituée d’un mélange MeOH/eau (60/40, v/v) à 0,4 mL/min a été choisie pour permettre une analyse en 15 min en mode isocratique à une
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température de 28°C. Comme l’illustre la Figure III. 3 (a), une résolution de 1,25 pour les pics des isomères du DNT a été obtenue. Les LDQ ont été estimées dans ces conditions, détaillées en annexe 4 pour chacun des composés, et sont comprises entre 20 et 55 µg/L. Ces conditions d’analyse simples permettent une analyse rapide avec la séparation des isomères de position du DNT.
Figure III. 3. : Chromatogrammes à 247 nm obtenus pour un mélange de nitroaromatiques sur la colonne (a) Symmetry Shield RP 18 (250 x 3 mm, 5 µm) à 28°C (0,25 mg/L) avec un mélange
eau/MeOH (40/60, v/v) et (b) JSphère H80 (150 x 3 mm, 4 µm) à 28°C avec un mélange eau/MeOH (38/62, v/v).
Une seconde colonne de type C18 haute densité mais plus courte, appelée JSphère H 80 (YMC, 150 x 3 mm, 4 µm) a également été testée simultanément. La haute densité de greffage a permis la rétention des composés malgré une longueur de colonne moins importante comparée à la Symmetry Shield. De nouveau, les nitroaromatiques ciblés ont pu être séparés en mode isocratique par un mélange hydroorganique MeOH/eau (62/38, v/v) à 28°C. Comme indiqué sur la Figure III. 3 (b), des performances similaires ont été obtenues. Ainsi, si cela s’avère nécessaire, la présente colonne peut être utilisée en remplacement de la colonne Symmetry Shield.
Le développement d’un support d’extraction destiné aux nitroaromatiques a entraîné la nécessité de séparation de ces composés. Cependant, l’évaluation du comportement d’autres explosifs lors de l’extraction peut-être très utile à terme pour le LCPP. A cet effet, la colonne Symmetry Shield a été utilisée dans les mêmes conditions analytiques que celles des nitroaromatiques pour la séparation des esters nitrés (NG et PETN) et des nitramines (RDX et HMX). Le chromatogramme de la Figure III. 4 (a) illustre la séparation des deux nitramines et des nitroaromatiques ciblés.
101 Figure III. 4. : Chromatogrammes correspondant à la séparation sur la colonne Symmetry Shield RP 18 (250 x 3 mm, 5 µm) à 28°C (a) des nitramines et des nitroaromatiques à 247 nm (b) des
esters nitrés à 205 nm (conditions d’analyses présentées en annexe 4).
En ce qui concerne les esters nitrés, le temps d’analyse doit juste être prolongé de 5 min si les mêmes conditions analytiques sont conservées afin d’éluer le PETN qui est le composé le plus hydrophobe. Le chromatogramme de la Figure III. 4 (b) illustre cette séparation. Une pollution est d’ailleurs présente sur ce chromatogramme car la solution de PETN utilisée n’est pas un étalon mais une solution fournie par le LCPP. En revanche, la NG et le 2,4,6-TNT ne pourront être analysés simultanément dans ces conditions avec une simple détection UV car leurs temps de rétention sont beaucoup trop proches. Les LDQ ont également été déterminées pour ces composés. Elles sont comprises dans le même intervalle que celui des nitroaromatiques pour les nitramines, avec 20 et 35 µg/L pour le RDX et le HMX respectivement. Cependant, les esters nitrés présentent des LDQ bien plus importantes avec 400 et 650 µg/L pour la NG et le PETN respectivement. Cette faible sensibilité de ces composés est liée à leur faible coefficient d’extinction molaire. L’ensemble des LDQ obtenues pour ces composés nitrés est présenté dans le Tableau III. 1.
Pour effectuer la quantification des explosifs dans les fractions récupérées après la procédure d’extraction, des droites d’étalonnage ont été réalisées pour l’ensemble des composés. Pour cela des injections de solutions contenant des concentrations comprises entre 50 et 500 µg/L ont été réalisées pour les composés présentés sur la Figure III. 4 (a) et la courbe représentant l’aire des pics en fonction de la quantité injectée a été tracée. Une droite a été obtenue pour chacun des composés pour l’ensemble de la gamme des concentrations injectées. En ce qui concerne les esters nitrés, des droites
(a) (b) 1,3,5-TNB 1,3-DNB 2,4-DNT 2,6-DNT Ty 2,4,6-TNT HMX RDX NG PETN
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d’étalonnage ont été obtenues entre 500 µg/L et 2000 µg/L ce qui correspond à l’ensemble des injections réalisées.
Tableau III. 1. : Récapitulatif des longueurs d’ondes d’analyse et des limites de quantification en µg/L de chacun des composés étudiés.
composés Longueur d’onde d’analyse LDQ (µg/L) HMX 228 nm 35 RDX 247 nm 20 1,3-DNB 237 nm 20 1,3,5-TNB 228 nm 25 2,4,6-TNT 228 nm 37 NG 205 nm 400 Tétryl 228 nm 41 2,6-DNT 237 nm 55 2,4-DNT 247 nm 31 PETN 205 nm 650
Cette méthode, qui a été utilisée pour le développement des supports d’extraction, a permis d’analyser les différentes fractions et d’établir des profils d’élution. En revanche, pour l’analyse d’échantillons réels, une détection par spectrométrie de masse a été mise en place pour gagner en sélectivité et en sensibilité.
III. 2. 4. Analyse par LC/MS
Les conditions chromatographiques ont été conservées et appliquées pour une détection par spectrométrie de masse des nitroaromatiques. Le spectromètre de masse utilisé pour l’analyse des échantillons complexes est un triple quadripôle (1200, Varian) équipé d’une source APCI. En effet, seul ce type d’ionisation en mode négatif a permis d’ioniser l’ensemble des nitroaromatiques ciblés. L’infusion directe des composés dans le spectromètre de masse a permis de déterminer les rapports masse sur charge (m/z) des ions formés majoritairement et d’optimiser les différents paramètres telles que la tension du capillaire et l’énergie de collision pour chacun des analytes afin d’obtenir la meilleure sensibilité possible. Le Tableau III. 2 récapitule les rapports m/z des ions
103 formés et les LDQ obtenues lors des analyses chromatographiques en mode MS simple, MS² et en UV à titre de comparaison. Les conditions analytiques sont décrites en détail en annexe 5, qui reprend également l’identification des ions formés durant la fragmentation.
Tableau III. 2. : Rapports m/z des différents ions obtenus et les LDQ en µg/L en mode MS, MS² et en UV après séparation chromatographique (conditions analytiques décrites en annexe 5).
composés m/z père m/z fils LDQ en MS LDQ en MS² LDQ en UV
1,3-DNB 167,7 137,5 0,5 0,7 20 2,4-DNT 180,6 134,7 0,6 3 31 2,6-DNT 181,8 151,5 2 0,5 55 1,3,5-TNB 212,6 182,5 25 5 25 2,4,6-TNT 226,7 209,5 3 0,5 37 Ty 240,7 180,5 37,5 25 41
L’analyse en MS permet un gain en sensibilité avec la diminution des LDQ pour l’ensemble des nitroaromatiques. De plus, l’extraction d’ions permet d’apporter de la sélectivité à la détection mais les ions parents obtenus pour les isomères du DNT ne diffèrent que d’une unité ce qui arrive dans certaines études relevées dans la littérature avec un ion majoritaire qui a perdu un hydrogène lors de l’ionisation en APCI du 2,4- DNT [54, 68] et pas lors de celle du 2,6-DNT. Cependant, le 2,4-DNT forme également un ion minoritaire de même rapport que celui du 2,6-DNT. Ce dernier ne sera donc pas quantifiable si les DNT ne sont pas préalablement séparés. En revanche, la MS² permet d’obtenir des ions fils majoritaires très différents ce qui permet grâce à l’extrait d’ions de les quantifier facilement même quand ils ne sont pas séparés.
L’emploi de la LC/MS avec la colonne C18 dans les conditions mises au point précédemment sont très intéressantes pour l’analyse d’échantillons post-explosion contenant des composés nitroaromatiques à l’état de traces. A cet effet, des solutions contenant les nitroaromatiques à des concentrations comprises entre 4 µg/L et 500 µg/L ont été injectées, ce qui a permis d’obtenir des droites d’étalonnage sur l’ensemble de la
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gamme excepté pour le tétryl et le 1,3,5-TNB quantifiés à partir de 37,5 et 25 µg/L respectivement (LDQ). Les chromatogrammes représentant les extraits d’ions sont présentés Figure III. 5.
Figure III. 5. : Chromatogrammes correspondant à la séparation sur la colonne Symmetry Shield RP 18 (250 x 3 mm, 5 µm) en LC/MS accompagné des extraits d’ions auxquels s’effectue la
quantification (37,5 µg/L).
Malgré les bonnes performances obtenues sur C18 en LC/MS, la détection UV après la séparation sur C18 a été privilégiée lors de l’analyse des fractions des profils d’élution pour obtenir une quantification plus fiable des analytes. En effet, le signal est plus stable dans le temps en UV et la concentration des analytes peut être adaptée, à ce stade de l’étude, à la sensibilité de la méthode. La spectrométrie de masse ne sera utilisée que pour apporter de la sélectivité lors de l’analyse d’échantillons complexes.