Cours De Chimie Du 16 Au 17

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aMETHODES AI\ALYTIQUES IPREMIERE PARTIE)

2009 / 20t0

Détermination des dibenzo-para-dioxines polychlorés et dibenzofi,ranes polychlorés : dosage par chromatographie en phase gazeuse couplé à un spectromètre de masse INTRODUCTION Les polychlorodibenzo-p-dioxines et polychlorodibenzofuranes (PCDD-PCDF) sont deux groupes de composés aromatiques chlorés planaires possédant des propnétés semblables et agissant par conséquent sur les systèmes biologiques de façon Eès similaire. n existe 75 congénères de PCDD et 135 congénères de PCDF. Les congénères substitués aux quatre positions latérales 2,3,7 et 8 sont les congénères les pius toxiques et (formule ci - contre) est reconnue cornme la plus toxique d'entre eux.

physico-chimiques

1a2,3,7,8-T4CDD

cr

cl

Ces composés sont produits de façon accidentelle soit lors de synthèse industrielle de composés organiques en présence de chlore, ou simplement lors de la combustion de composés organiques chlorés. Parmi les principales sources connues d'émissions de dioxincs et furanes, on compte les usines de pâtes et papiers utilisant le trâitement de blanchiment de la pâte au chlore, les incinérateurs municipaux et biomédicaux, les fonderies, les usines de synthèse de composés chlorés (pesticides, PCP, etc.) et les usines de traitement du bois au pentachlorophénol. Un récent rapport de I'EPA identifie les rejets à l'atmosphère des incinérateurs municipaux et médicaux comme les principales sources d'émission de dioxines et furânes aux Etats-Unis. On trouye ainsi des dioxines et furanes à l'état de trace dans pratiquement tous les milieux de I'environnement dont I'air, I'eau, les sols et la végétation, de même que chez les animaux et les humains. La principale voie d'exposition des humains à ces contaminants est par l'ingestion de nourriture contaminée comme les poissons et les produits laitiers. Une deuxième voie d'exposition est I'inhalation d'air contaminé. Les niveaux de concentration de dioxines et furanes dans I'air sont relativement faibles par rapport aux niveaux que l'on trouve dans d'autres compartiments de I'environnement (tissus biologiques), mais le transport atmosphériquejoue un rôle important dans la redistribution de ces contaminants dans I'environnement. Les dioxines et furanes sont présentement régis sévèrement par deux règlements. Selon le Règlement sur les matières dangereuses, section ( matière toxique > , alinéa2 : (... toute matière qui contient plus de 5 microgrammes par kilogtamme d'équivalent de 1a2,3,7,8-T4CDD (calculés selon les facteurs internationaux d'équivalence de latoxicité) est considérée comme toxique. > Selon le Règlement sur les fabriques de pâtes et papiers, <. . . aucun effluent ne doit contenir une conc€ntration totale de dioxines chlorées et de firranes chlorés supérieure à 15 picogrammes par litre exprimée en équivalent toxique à la 2,3,7,8-T4CDD. >

I. DOMAINE D'APPLICATION, Cette méthode d'analyse est utilisée pour mesurer la concentration des dioxines et furanes chlorés possédant de 4 à 8 atomes de chlore. Cette méthode est applicable aux eaux usées, eaux de surface, eau potable, efluents industriels, déchets liquides aqueux, sols, sédiments, déchets solides, air ambiant, tissus biologiques et végétaux. Le domaine d'étalonnage des congénères par GC/lvlS est de 0,25 à25 pùttL. Ouestions

-

:

A quoi correspond le domaine d'étalonnage. Que signifient le p et Ie

p

de pglpL.

2. PROTOCOLE D'ANALYSE. Le traitement des échantillons est fonction de la nature de ceux-ci et des paramètres qui devront être analysés. Ainsi, afin d'optimiser le temps et le coût des analyses, un protocole analfiique multiparamètre a été élaboré pour I'ensemble des matrices traitées. Le logigramme présenté (dernière page) résume I'ensemble de ce protocole multiparamètre. L'analyste adoptera une séquence d'opération analytique en fonction de la nature de l'échantillon et des paramètres demandés. Nous étudierons les procédures pour < échantillons liquides > et < échantillons biologiques > jusqu'à la purifrcation. Ouestions : Pourquoi la détermination des concentrations ne peut pas s'effectuer directement sur les échantillons et nécessite une phæe d'extraction préalable. Quelles sont les matrices mentionnées. Pourquoi n'a-t - on pas le même protocole pour tous les milieux analysés. Quelles sont les grandes étapes de I'analyse. Expliquer pourquoi I'analyse des échantillons gazeux nécessite I'utilisation d'un filtre. Quelle est sa propriété.

-

2.T PRÉPARATION SPÉCIALE DE LA VERRERIE.

Toute la verrerie utilisée pour I'ensemble de ces procédures doit être préalablement décontaminée selon la procédure suivante : - Laisser tremper la vaisselle dans une solution de DECON (agent de nettoyage eVou la décontamination totale de la verrerie) 2 - 4 % pendant une nuit. - Laver au lave-vaisselle en trois cycles :

+

Rinçage à I'eau chaude. Lavage au savon alcalin. + Rinçage à I'eau chaude. - Séchage à l'étuve. - Rinçage à I'hexane et au dichlorométhane juste avant utilisation. - Après utilisation, rincer la vaisselle à I'acétone et laisser tremper dans la solution de DECON (2 - 4

4

o/o)

ou l'équivalent.

NOTE - Pour éviter la contamination des blancs et des échantillons, la vaisselle utilisée pour des échantillons anormalement concentrés est traitée I'acide sulfochromique au minimum pendant 2 heures avant d'être lavée au lave-vaisselle. Ouestions

-

:

- t - on par décontamination de la venerie. Que signifiele >. Que signifie < alcalin >. Pourquoi le séchage à l'étuve. Quel est I'intéret de rincer à I'hexane et au dichlorométhane avant utilisation. Pourquoi laver la vaisselle à l'acétone après utilisation. A quoi correspondent les blancs. Quel est le rôle de I'acide sulfochromique. Qu'entend

2.2 EXTRACTION. 2.2.1 Extraction des liouides aqueux.

1'étaoe : Préparation

de l'échantillon. - De façon générale, les échantillons aqueux (500 - I 000 ml) sont prélevés en duplicata et transférés au laboratoire dans des bouteilles de Consewer le duplicata de l'échantillon pour une reprise d'analyse au besoin.

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litre en verre ambré.

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- Le volume nécessaire à la réalisation d'une analyse doit etre mesuré à I'aide d'rur cylindre gradué préalâblement décontaminé, à moins que le volume de l'échantillon corresponde exactement au trait dejauge soit 500 ml. Avant de mesurer ce volume, agiter l'échantillon pendant 1 à 2 minutes. Noter le volume précis d'échantillon dans le cahier de laboratoire et rekansférer l'échantillon dans sa bouteille originale ou dans une bouteille de i litre en verre ambré. - Acidifier l'échantillon àpH:2 à I'arde de HzSO,r concentré. - Préparer la solution de fortification de l'échantillon en ajoutant, dans un hrbejetable de 15 ml, I ml d'acétone et 100 ou 200 pl des étalons de recouwement de PCDDPCDF (12.5 pglpl).

NOTE - Inscrire dans le cahier dê laboratoire le volume ajouté ainsi que lâ concentntion de Iâ solution d'étrlons de recouvrement et la drte de préparation.

NOTE - Pour le blanc de méthode, la solution des étalons de recouvrement est ajoutée en deux parties ; soit à cette étape-ci, dans la bouteille de verre ambré réservée pour Ie blanc à laquelle on ajoute 150 ml de dichlorométhane et à l'étape de I'extraction de la phase particuhire, soit dans la fiole de centrifugation contenrnt un filtre - À I'aide d'une pipette Pæteur, transférer la solution de fortification à l'échantillon et rincer le tube avec deux portions successives d'acétone d'environ - Introduire un barreau magnétiqu€ décontaminé recouvert de téflon et débuter I'agitation. Laisser agiter pendant 30 minutes. Ouestions

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ml.

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Intérêt de conserver un duplicâtat. Pourquoi utiliser des bouteilles en verre ambré. Pourquoi agiter l'échantillon I à 2 min avant de faire le prélèvement.

Commenteffectuerl'acidification.

A quoi correspond la solution

des étalons de recouvrement. Pourquoi noter dans le cahier de laboratoire le volume ajouté, la concentration de la solution et la date de preparation des étalons de recouvrement. Pourquoi rincer le tube après le transfert de la solution de fortification. Quel est le rôle de I'agitation après le transfert de la solution de fortification.

2iè'" étlpe : Filtration de l'échantillon et extraction du filtrat et du filtre. - Piéparer un appareil à filtration avec un Btchner de l0 cm muni d'un filtre en fibre

de vene dont la porosité est de 1,2 prn et d'un erlenmeyer à vide. Bien décontaminer la venerie. - Filtrer l'échantillon sous vide et récupérer le filtre ou les filtres dans un tube à centrifugation et immerger le filtre (50 à 75 ml) avec une solution hexane-acétone 50 50 (V/V). Changer de filtre si la vitesse de filtration ralentit à cause de I'obturation des pores du filtre.

NOTE

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Attendre que Ie filtre soit sec avant de le retirer du Bitchner.

- Extraire les filtres au bain à ultræons pendant 2 minutes. - Répéter I'extraction deux autres fois avec une portion &aîche d'hexane-acétone 50 : 50 (V/V). - Récupérer ces trois portions (extractions) dans un ballon de 500 ml et concentrer I'extraitjusqu'à un volume d'environ 3 ml. La température doit eke inférieure à 22

"c. - Récupérer le filtrat dans sa bouteille de vene ambré. - Rincer.le Biichner et I'erlenmeyer à vide avec environ 150 ml de dichlorométhane, et transférer ce dichlorométhane dans la bouteille de verre ambré. - Placer la bouteille de vene ambré contenant le filtrat et le dichlorométhane sur une plaque agitatrice et laisser agiter au minimum I heure. lnrs de I'agitation, s'assurer que le vortex est suffisamment fort pour bien mélanger ensemble le dichlorométhane et I'eau. - Placer ensuite cette bouteille sur un agitateur rotatifpour la nuit. Ouestions

-

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A quoi correspondent les dimensions du Bùchner et du filtre. Faire un dessin du montage. A quoi conespondent les proportions hexane-acétone 50 : 50 (VA/).

- t - on aux ultrasons. Quel est le rôle de cette étape. Pourquoi réaliser 3 extractions. oC. Qu'utilise - t - on pour effectuer l'évaporation. Que règle - t - on à22 contient encore le filtrat. Que Pourquoi rincer le matériel avec le dichlorométhane Pourquoi I'agitation doit être assez forte et pourquoi agiter toute la nuit. Comment s'appelle cette opération. Que pæse

3iè'" étaoe : Séparation du frltrat et combinaison des phæes particulaires et dissoutes. - Placer un ballon de 500 ml sous une colonnette de sulfate de sodium. Rincer le ballon ainsi que le sulfate de sodium avec environ 30 ml de dichlorométhane. - Transférer I'exhait de 3 ml de la phase particulaire dans la colonnette de sulfate de sodium. Rincer le ballon avec 3 portions d'hexane et transférer le solvant

de

rinçage dans la colonnette. - Transférer la phæe dichlorométhane contenue dans la bouteille de verre ambré à l'aide d'une pipettejetable de 25 ml sur la colonnette de sulfate de sodium qui a servie pour la phæe particulaire. - Ajouter 70 ml de dichlorométhane dans la bouteille de verre ambré, placer sur une plaque agitatrice pour environ 10 minutes et remettre à I'agitateur rotatifpour un minimum de 2 heures. - Séparer de nouveau la phase organique comme il mentionné plus haut et combiner ce deuxième extrait au premier après I'avoir asséché sur la colonnette de sulfate de sodium. Ajouter alors 20 ml d'hexane. - Fixer le ballon à l'évaporateur rotatfdont la température du bain est ajustée à une température inférieure à 25 oC. - Démarrer l'évaporation avec un vide d'environ 280 mm de Hg, jusqu'à I'obtention d'un volume d'environ I à 2 ml.

NOTE - Conserver cet extrait dans I'hexane pour les étapes de purilication sur colonne. - Pour certains échantillons, un volume de 3,5 I est utilisé afin d'abaisser les limites de détection. L'échantillon est frltré surun filtre de 293 mm de diamètre et de porosité de 0,7 pm. Le filtrat est extrait à I'aide d'un agitateur rctatif comme un échantillon de 0,5 l. Quant au filtre, il est extrait au soxhlet avec du toluène. Les extraits sont combinés puis purifiés et dosés comme pour les échantillons de 0,5 l. Ouestions

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Quelle est I'utilité du sulfate de sodium anhydre. Pourquoi rincer le ballon avec I'hexane. Comment repérer Ie dichlorométhane dans le flaconPourquoi remettre 70 ml de dichlorométhane dans la bouteille de vene ambré et agiter. Quel est le volume frnal de l'échantillon qui subira ensuite la purification. Pourquoi prendre un volume d'échantillon plus élevé pour abaisser la limite de détection.

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