EA et GC-C-IRMS

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Cette section analytique est spécialisée dans l'analyse isotopique de polluants organiques (essentiellement des pesticides) présents dans des échantillons environnementaux (liquides et solides). L'étude du fractionnement isotopique (C & N) de ces composés permet d’accéder à des données de dégradation (microbienne, photolyse, hydrolyse, etc…) et aide à différencier les processus destructifs (dégradation) des processus non destructifs (sorption et dilution notamment). Ainsi, il est possible de mieux connaitre les mécanismes biologiques et géochimiques de transport des pesticides et leurs principales voies d’atténuation dans l'environnement. La thématique générale est donc de suivre et comprendre la dynamique des flux exogènes dans les écosystèmes terrestres.

EA-GC-IRMS (ThermoScientific©) (Delta V plus équipé d'une chromatographie en phase gazeuse et d'un analyseur élémentaire C & N)

Préparation des échantillons

Auto Trace 280 SPE. Cartouches : SolEx C18 (Dionex®, CA, USA)

Les différents échantillons analysés sont:

  • solides (sols, sédiments ...) pour lesquels l'extraction des composés à analyser se fait par différents solvants. Cette extraction peut être complexe et nécessiter une adaptation des protocoles
  • liquides qui proviennent d’expériences de terrain (pluie, eau de ruissellement, drain, etc…) ou d’expériences en laboratoire (eau d’entrée, eaux intermédiaire et eau de sortie). Ces échantillons sont filtrés avec des unités de filtration en verre.

 

 

Une fois l'extraction ou la filtration effectuée, il est indispensable de concentrer et purifier le liquide obtenu. En effet, les pesticides y sont présents à l'état de traces (de l’ordre de quelques µg/L). Cette concentration est réalisée par une unité SPE "Solid Phase Extraction" qui permet de concentrer l'échantillon dans 0,5 à 1 ml de solvant.

Instruments analytiques

  • GC-C-IRMS

Une fois l’échantillon concentré, il peut être analysé par GC-C-IRMS (Gas Chromatography-Combustion-Isotope Ratio Mass Spectrometry). Cette technique permet d'obtenir les rapports isotopiques δ13C et δ15N pour les différentes molécules organiques constituant l'échantillon. Elle s'effectue en 3 grandes étapes. Tout d'abord, l'échantillon liquide est injecté par l'intermédiaire d'un passeur automatique dans le système chromatographique en phase gazeuse. Les différentes molécules organiques constituant l'échantillon vont y être séparées par l'intermédiaire d'une colonne capillaire (cf. schéma de fonctionnement ci-dessous). Ensuite, chaque molécule va subir une phase d'oxydation dans un four à 1000°C pour être transformée en gaz simples CO2, NOx et H2O. Les molécules d'eau sont retenues par un piège en sortie du réacteur. Pour finir, les autres molécules gazeuses sont introduites dans le spectromètre de masse (IRMS) par l'intermédiaire du module Conflo IV. Chacune d'elle est alors ionisée sous l’effet d’un faisceau d'électrons et les ions créés sont ensuite séparés par un champ magnétique en fonction du rapport m/z. Les différentes isotopes produits sont collectés par des détecteurs ou cages de faraday.

Schéma de fonctionnement du GC-C-IRMS

  • EA-IRMS

L'EA-IRMS est un analyseur élémentaire couplé à un spectromètre de masse isotopique (Isotopic Ratio Mass Spectrometer). Il permet de déterminer %C et %N ainsi que δ13C et δ15N pour des échantillons solides et liquides. Pour cela, l'échantillon est placé dans une capsule en étain qui sera ensuite introduite dans un réacteur de combustion. L'échantillon subit une combustion flash à 1000°C puis une réduction à 550°C dans le second réacteur (cf. schéma). Il est ainsi converti en gaz élémentaires: CO2, N2 et H2O. L'eau est éliminée par un piège et les autres gaz sont séparés par une colonne chromatographique, type tamis moléculaire. Les pourcentages en C et N sont déterminés par l'intermédiaire du TCD (détecteur catharomètre non destructif). En sortie de ce détecteur, les gaz sont introduits dans le spectromètre de masse (IRMS) par l'intermédiaire du module Conflo IV. Chaque molécule de gaz est alors ionisée sous l’effet d’un faisceau d'électrons et les ions créés sont ensuite séparés par un champ magnétique en fonction du rapport m/z. Les différentes isotopes produits sont collectés par des détecteurs ou cages de faraday.

Schéma de fonctionnement de l'analyseur EA-IRMS

Savoir-faire et compétences

  • Les échantillons analysés sont des échantillons environnementaux (eaux, sols, sédiments, ...)
  • Les familles de molécules analysées sont les pesticides (famille des chloroacétanilides, les herbicides comme le métolachlore, l’acétochlore, l’alachlore, le pendiméthaline et l’oryzalin, ou encore un fongicide comme le métalaxyl) ainsi que leurs produits de dégradation
  • Utilisation de la référence V-PDB (Vienna Pee Dee Belemnite) et des standards IAEA-600 (caféine) et USGS40/USGS41 (l’acide L-glutamique)