Suivre les polluants à la trace

Le contrôle de la qualité de l’air, de l’eau, la prévision des impacts sanitaires des polluants requièrent des mesures à des niveaux de concentrations très faibles. La spectrométrie de masse est de plus en plus utilisée pour réaliser des mesures à la fois précises et rapides.

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Les composés organiques volatils (COV) sont des molécules que l’on retrouve dans tous les compartiments de l’environnement : atmosphères, eaux, sols. Il s’agit de composés aussi variés que les alcanes (butane, propane), les  alcools (éthanol, méthanol), les aldéhydes (formaldéhyde) ou encore les dérivés halogénés (chlorofluocarbones), etc. Leur présence a des origines variées qui peuvent être biogéniques, c’est-à-dire naturelles, comme par exemple certains hydrocarbures produits par les conifères (terpènes) ou le méthane naturel, mais aussi anthropiques c’est-à-dire d’origine humaine. Dans ce dernier cas, on parlera alors de polluants. Les impacts de telles substances sur la santé humaine, animale ou sur l’environnement sont multiples et peuvent être directs ou indirects. La législation impose donc de pouvoir quantifier la concentration de certains d’entre eux à des niveaux extrêmement faibles. Or, cette mesure est délicate car ils sont nombreux et présents à l’état de traces (hors phénomènes exceptionnels), c’est-à-dire en faible quantité dans la matrice environnementale. De plus, les environnements peuvent comporter des polluants à des niveaux de concentrations très différents allant de la saturation au ppb (partie par milliard) dans l’air et au μg/L dans l’eau, ce qui rend très difficile une analyse exhaustive. Les méthodes usuelles d’analyse de traces comportent des étapes d’échantillonnage puis de concentration/séparation avant la quantification des polluants rendant les analyses souvent longues. De nouvelles méthodes basées sur l’utilisation de la spectrométrie de masse sont aujourd’hui disponibles et permettent une analyse beaucoup plus rapide sans dégradation de la précision de mesure.

De nouvelles techniques plus précises et plus performantes

L’équipe du Laboratoire de Chimie Physique (LCP) est familière avec cette problématique car elle a mis au point, il y a quelques années, un instrument transportable d’analyse de traces de polluants dans l’air. La technique valorisée et développée par la start-up AlyXan créée fin 2005, est la spectrométrie de masse FTICR transportable, associée à une méthode spécifique d’ionisation : l’ionisation chimique contrôlée. Cette méthode est basée sur la technique FTICR  (Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance) qui consiste à mesurer par transformée de Fourier, les fréquences de rotation des ions dans un champ magnétique. Cette méthode qui peut être utilisée directement sur un échantillon d’air sans séparation préalable, permet une analyse quantitative en temps réel. Le spectromètre FTICR transportable développé au laboratoire puis par la start-up Alyxan a montré son utilité dans des applications telles que l’analyse des gaz émis par un moteur (collaboration Institut Français du Pétrole) ou lors de l’analyse des gaz émis par un polymère chauffé (collaboration ENSAM). Grâce aux spectromètres de masse compacts que nous avons mis au point, le suivi des concentrations peut être effectué sur site. Nous avons alors décidé de capitaliser sur ce succès et d’étendre cette méthode à l’analyse de solutions aqueuses. Le système que nous avons développé permet d’introduire un échantillon à analyser dans le spectromètre de masse compact, par l’intermédiaire d’une membrane semi perméable.

CONTACT :
Essyllt LOUARN
LCP – Laboratoire de Chimie Physique (PSUD, CNRS), essyllt.louarn@u-psud.fr

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