1 Les compléments alimentaires, leurs possibles adultérations et leurs méthodes d'analyse
1.3 Techniques d’analyse
1.3.3 Techniques spectroscopiques
1.3.3.1
Spectroscopie vibrationnelle
Parmi les techniques spectroscopiques, les techniques de spectroscopie vibrationnelle comme l’infra-rouge (IR), le proche infra-rouge (NIR), ou le Raman, permettant de voir aisément les liaisons polarisées dans un cas et les liaisons polarisables dans un autre, permettent une approche globale de l’échantillon et donc une vision d’ensemble.
Ces techniques donnent certes des informations structurales sur les composés présents dans l’échantillon, mais ne sont absolument pas adaptées à l’étude de mélanges complexes. En effet, elles n’apportent que des informations sur des groupements spécifiques de la molécule, ne permettant aucunement de les lier entre eux et donc de remonter à une structure dans un mélange. Les études menées se doivent, dans la grande majorité des cas, d’être suivies par une analyse chimiométrique multivariée telle que des analyses en composante principale (principal component analysis (PCA)) des régressions des moindres carrés partiels (discriminant partial least squares (D-PLS)), ou des methodes par poursuite de projection (projection pursuit (PP)) ainsi que par des méthodes de classement hiérarchique (e.g. classification and regression trees (CART), soft independent modelling by class analogy (SIMCA), et support vector machines (SVM)). Ces techniques nécessitent des logiciels parfois couteux, et peuvent induire des faux positifs ou des faux négatifs. Au vu de la complexité des matrices de compléments alimentaires étudiés, ces techniques n’ont jusque-là jamais été réellement utilisées. Par contre, elles ont déjà été appliquées sur des matrices de médicaments, qui sont souvent moins complexes et plus concentrées,41, 106-107 et peuvent parfois être même préférées aux techniques chromatographiques.108
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L’association d’analyse Infra-Rouge avec un échantillonnage ATR (réflectance totale atténuée) a également été popularisée pour l’analyse de produits bruts, cette fois à la condition d’établir une base données solide ; dans ce cas, la spectroscopie infrarouge se révèle être une très bonne technique pour évaluer la qualité de produits bruts.109 Dernièrement, en réétudiant 125 compléments alimentaires où la présence de sibutramine avait déjà été mise en évidence, Deconinck a montré la capacité de l’association IR-ATR à élucider des cas d’adultération dans des matrices complexes de compléments alimentaires, avec un faible pourcentage de faux positifs et une absence de faux négatifs. Il relate le fait que cette technique pourrait n’être considérée que comme une première approche, et que les faux positifs pourraient ensuite être ré-analysés par d’autres techniques.33La spectroscopie Raman permet, elle, une approche topologique plus ciblée, permettant de concentrer l’étude sur 1 à 2 µm de l’échantillon. Elle a notamment permis à Venhuis et son équipe de mettre en évidence pour la première fois des cas d’adultérations non pas de la poudre contenue à l'intérieur d'une gélule mais de la gélule elle-même.110 Encore à l’heure actuelle, les spectroscopies vibrationnelles sont utilisées en temps qu’outils complémentaires de confirmation structurale pour des analogues structuraux extraits d’une matrice complexe.76, 111-112
1.3.3.2
Spectroscopie de résonance magnétique nucléaire
Si les analyses par RMN sont incontournables dans tout laboratoire de chimie dans la recherche académique, il n'en est pas de même dans les structures dédiées au contrôle qualité. En complément des techniques de spectroscopies vibrationnelles moins couteuses, les analyses par RMN peuvent pourtant apporter une aide considérable pour l’analyse de compléments alimentaires. Comme décrit précédemment pour les spectroscopies vibrationnelles, la RMN permet l’observation de transitions. Il ne s’agit néanmoins plus de transitions vibrationnelles, mais de transitions nucléaires entre des niveaux quantiques d’énergie dont la levée de dégénérescence a été permise par effet Zeeman. L’effet Zeeman local dépendant de l’environnement électronique du noyau, donc des liaisons chimiques avoisinantes, la RMN permet de sonder cet environnement électronique pour les différentes familles du noyau étudié, indépendamment de l’espèce chimique qui les porte. Le plus courant est d’utiliser de la RMN du proton (RMN 1H), d'une part car c'est le noyau pour lequel la sensibilité est la meilleure du fait de l’abondance naturelle élevée (99.98%) de cet isotope de l’hydrogène et de ses propriétés magnétiques favorables (I=1/2, γ=26,75.107 rad.T-1.s-1), et d'autre part du fait de son omniprésence dans les molécules organiques.
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Tout comme les spectroscopies vibrationnelles, la RMN est une technique non destructrice apportant des informations sans a priori sur l’échantillon. Elle peut se réaliser sur un solide ou bien en solution, mais dans le cadre de cette thèse nous nous intéresserons uniquement à la RMN en solution.La RMN dans l’étude des problématiques d’adultération a été principalement étudiée pour ses capacités à apporter des informations structurales. Elle est même, quand la substance n’est pas cristalline, considérée comme la technique de référence pour l’apport d’informations structurales au travers de diverses expériences existantes permettant l’apport de données tant scalaires que spatiales.113-114 La RMN présente également l’avantage, en comparaison des techniques étudiées jusque-là, d’être une technique quantitative par nature. En effet, elle ne nécessite ni développement de méthodes ni possession d’un standard spécifique étant donné que la réponse du signal RMN est directement liée à la concentration des analytes, les conditions d’acquisitions (durée de l’impulsion et délais de relaxations) doivent simplement être adaptées pour travailler dans des conditions de relaxation totale, en fonction des molécules étudiées. De fait, n’importe quelle molécule de concentration connue peut servir de référence interne à condition qu'elle soit pure et que ses signaux n’interfèrent pas avec ceux de l’espèce étudiée.115
Face à ces problématiques d’adultération, la RMN a quand même le défaut majeur d’être très peu sensible en comparaison des autres techniques analytiques, pouvant mener à la non détection de certaines formes d’adultération si elles sont à de faibles niveaux de concentration mais ce ne sont pas les cas les plus couramment rencontrés. Un autre des défauts majeurs freinant le développement de la RMN dans les laboratoires de contrôle qualité reste son coût élevé. La RMN est une technique environ 5 à 10 fois plus chère à l’achat que les techniques précédemment décrites. De plus, elle nécessite un entretien cryogénique important et l’utilisation de solvants deutérés, eux aussi plus chers que leurs pendants non deutérés. Le développement de spectromètres dits à bas champ pour pallier la majorité de ces problèmes de coût sera discuté dans un second chapitre.
La RMN se pose donc comme une technique de choix pour l’étude de mélanges complexes, permettant la détection et l’identification de substances totalement inattendues là où d’autres techniques plus ciblées n’auraient pas permis de conclure formellement sur l'absence de certains constituants. C’est notamment le cas lorsque en 2015 Gilard et al. détectent, en analysant 150 compléments alimentaires érectiles, qu’en plus des 61% adultérés par des inhibiteurs de phosphodiestérases-5 ou analogues, 2 compléments alimentaires sont adultérés par une substance active expérimentale (la flibansérine), et 5 par des hormones stéroïdiennes.
La RMN permet également de faire des analyses structurales plus poussées, au travers de diverses expériences bi/tri dimensionelles,41, 116 permettant l'obtentions de données plus complètes dans le cas