Analyse chimique environnementale

Plusieurs techniques peuvent être utilisées :

• extraction liquide-liquide (LLE), qui se fonde sur le partage de l'analyte entre l'échantillon aqueux et le solvant d'extraction ;
• extraction sur phase solide (solid-phase extraction, SPE) : il implique une phase solide par laquelle on percole l'échantillon et qui retient les analytes. Une élution de cette phase permet de récupérer les analytes concentrés et purifiés. plusieurs variantes sont possibles :
  • microextraction sur phase solide (solid-phase microextraction, SPME) ;
  • extraction par sorption sur barreau magnétique (stir bar sorptive extraction, SBSE).

L'extraction dans les échantillons de sols et autres matières solides nécessite un solvant d'extraction, avec agitation et chauffage pour accélérer le passage des analytes vers le solvant.

• extracteur de Soxhlet, qui permet l'extraction de matières solides par des solvants à leur température d'ébullition. C'est encore la méthode de référence ;
• extraction par agitation (shake-flask), où l'échantillon est mélangé à un solvant d'extraction avant agitation ;
• extraction assistée par ultrasons, variante de la précédente mais avec agitation intime par ultrasons ;
• extraction assistée par micro-ondes, où l'échantillon mélangé à un solvant d'extraction est chauffé instantanément par micro-ondes ;
• extraction par liquide pressurisé (Pressurized fluid extraction, PFE ou Accelerated Solvent Extraction (ASE)) : mêlé à l'échantillon, le solvant d'extraction est maintenu à l'état liquide à des températures exceptionnellement élevées par application d'une pression, ce qui permet d'accélérer l'extraction.

Les éléments-traces peuvent exister sous différentes formes chimiques et différentes techniques sont disponibles pour déterminer la distribution des espèces chimiques (la spéciation chimique) :

• Isotopes métalliques : digestion couplée avec spectrométrie de masse : Thermal Ionization Mass Spectrometry (TIMS), Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICP-MS) ;
• Métaux à l'état oxydé ou réduit : chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC), spectroscopie d'absorption atomique (SAA), Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES), ICP-MS ;
• Composés ou complexes métalliques inorganiques : déduction du pH et de la stœchiométrie de la réaction par potentiométrie (voltammétrie), méthodes extractives, ultracentrifugation ;
• Complexes métalliques organiques : voltammétrie lorsque la concentration des métaux-traces est faible : Anodic Stripping Voltammetry (ASV), Adsorptive Cathodic Stripping Voltammetry (ACSV) ;
• Composés organométalliques : chromatographie couplée avec un système de détection par élément sélectif (CPG et photométrie) ;
• Complexes ou composés macromoléculaires métalliques : la détermination des macromolécules métalliques nécessite le jumelage de plusieurs techniques : chromatographie, spectrométrie, électrophorèse comme l'électrophorèse sur gel de polyacrylamide en présence de dodécylsulfate de sodium (SDS-PAGE).

Les matrices utilisées comportent souvent une dynamique interne résultant d'une spéciation chimique instable. Par conséquent, les analyses des espèces chimiques dans les échantillons peuvent varier dans le temps et les techniques de spéciation chimique sont donc inefficaces. Dans cette situation, il peut être préférable de recourir à des techniques de fractionnement pour établir les groupements caractéristiques des échantillons.

Les groupements caractéristiques ne sont pas des espèces chimiques mais plutôt des catégories d'espèces ayant une caractéristique commune. Pour les techniques analytiques des métaux, cette classification est liée au concept de fractionnement ou de partition (voir métal pour précision). Par exemple, on peut classer les métaux selon leur fraction extractible dans les différentes phases d'un sol :

• Liée à la matière organique : métaux adsorbés ou complexés aux acides organiques, aux colloïdes < 0,2 µm (extraction au pyrophosphate de potassium)
• Ions libres : métaux solubles et facilement échangeables (extraction à l'acétate d'ammonium)
• Échangeable : métaux labiles et mobilisables (extraction par la méthode Mehlich-3)
• Résiduelle : fraction non extraite par les autres méthodes de fractionnement, très stable et immobile
• Totale : tous les métaux contenus dans le réseau cristallographique des minéraux primaires et secondaires, obtenus par digestion avec acide (HF, HCl, HNO₃, etc.)

Il existe plusieurs autres fractions qui pourraient être analysées (oxyde, carbonate, sulfate, etc.) selon le type d'information recherché. D'autres techniques comme les membranes filtrantes (Cross-Flow Filtration (CCF), dialyse de Donnan) et techniques d'échange (Ion Exchange Resins (IRE), électrophorèse capillaire (CE)) peuvent être utilisées pour classer les métaux selon différentes caractéristiques. Le principal défi consiste à opter pour la technique la plus représentative de l'espèce ou du groupement recherché ; un effort devra être fait pour normaliser les techniques analytiques des métaux afin de pouvoir comparer les résultats obtenus dans les études scientifiques.

• Spectrométrie de masse
• Chromatographie
• Chimie analytique
• Évaluation environnementale
• Pollution

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