valise SBSE
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1. Consortium scientifique 4 y umm io D veloppement de la technique SBSE automatisation extension de la technique aux compos s polaires valise SBSE Action n IIBO1 4 D veloppement et optimisation des technologies innovantes de prelevement et d analyse J L Gonzalez A Laes Huon C Podeur P Rousseaux B Forest L Bignon J Guyomarch Septembre 2014 Programme scientifique et technique Ann e 2013 Rapport Final En partenariat avec Cedre E R PUBLIQUE FRAN AISE Minist re e de l cologie du D veloppement durable des Transports et d e ment Avec le soutien de et des milieux aquatiques Contexte de programmation et de r alisation Ce rapport a t r alis dans cadre du programme d activit AQUAREF pour l ann e 2012 2013 Auteur s Jean Louis Gonzalez Jean Louis Gonzalez ifremer fr Ifremer D partement Biog ochimie et Ecotoxicologie Centre de M diterran e ZP de Bregaillon CS 20330 83507 La Seyne mer cedex Agathe Laes Huon Agathe Laes ifremer fr Christian Podeur Christian Podeur ifremer fr Patrick Rousseaux Patrick Rousseaux ifremer fr Bertrand Forest Bertrand Forest ifremer fr Laurent Bignon Laurent Bignon ifremer fr Ifremer D partement REM Unite Recherches et D veloppements Technologiques Centre de Brest BP 70 29280 Plouzane Julien Guyomarch Julien Guyomarchecedre fr CEDRE Servic2. S cher l aide de papier propre aspirer le liquide restant avec une pipette Pasteur pyrolys e si possible Nettoyer les supports avec de l thanol eau d sionis e MilliQ 50 50 Page 49 sur 51 aspirer le liquide restant avec une pipette Pasteur pyrolys e si possible On peut utiliser la m me que pr c demment Rincer avec une pissette d eau d sionis e MilliQ aspirer le liquide restant avec une pipette Pasteur pyrolys e si possible On peut utiliser la m me que pr c demment Replacer les joints dans leurs logements 4 2 Nettoyage g n ral de l appareil SBSE 2 Mettre en place les flacons sur les supports et connecter les tuyaux d vacuation Introduire les tuyaux d alimentation des pompes dans le bidon ou la poche contenant le produit nettoyant Dans la fen tre principale s lectionner le mode Programmation de s quences et charger la s quence nettoyage g n ral de l appareil Il est possible de modifier les temps des actions enregistr es dans la s quence Pour cela s lectionner l action modifier la dur e et valider par le bouton modifier Vous pouvez sauvegarder cette nouvelle s quence dans le fichier Lancer la s quence en activant le bouton Ex cuter la s quence Lorsque la s quence est achev e les flacons restent pleins Pour les vider utiliser le mode accessible depuis la fen tre principale Ce mode va permettre de vider automatiquement SBSE2 Vid l ea
3. Gonzalez J L Guyomarch J Podeur C Rousseaux P Legrand J Viane J M Verney R 2010b Station benthique FRAME syst me autonome de mesure et d chantillonnage passif Evaluation de l impact d v nements m t orologiques violents sur la contamination chimique des eaux Colloque sur la Flotte oc anographique francaise 3 4 mars 2010 Marseille Gonzalez J L Guyomarch J Podeur C Rousseaux P Legrand J Viane J M Verney R 2011 Evaluation du r le d v nements m t orologiques violents sur la contamination chimique des masses d eau d veloppement d un Syst me de Fond R gional Autonome de Mesure et d Echantillonnage Page 29 sur 51 Station FRAME ANR EXTREMA Colloque de restitution finale Episodes m t o climatiques extr mes et redistribution des masses s dimentaires et des polluants associ s au sein d un syst me c tier Cadarache 4 5 mai 2011 Guyomarch J Corre A L Laes Huon A Podeur C et Gonzalez J L 2013 Analyse par SBSE de contaminants organiques en milieu marin d veloppement de syst mes automatis s de pr l vement et d extraction Spectra Analyse n 291 Avril Mai 2013 29 32 La s Huon A Podeur C Gonzalez J L Guyomarch J Balcon A L Van Ganse S 2011 Application marine in situ d chantillonneurs passifs Rapport d ex cution abondement Institut Carnot Ifremer Edrome Lohmann R and Muir D 2010 Global Aquatic Passive Sampling AQUA GAPS Using passive sampl
4. extractions programm es ou suite des v nements crue temp te chantillonnage pseudo int gratif en d clenchant plusieurs pr l vements ponctuels dans le temps ou int gratif avec une version en flux continu A partir de 2005 l automatisation et la marinisation de certaines techniques d chantillonnage passif DGT et SBSE ont permis des d veloppements technologiques originaux la station benthique FRAME financement par la r gion PACA et l Agence de l eau RMC permettant d valuer l influence d v nements m t orologiques violents sur la contamination du milieu les modules automatis s SBSE commandes V olia Anjou Recherche et DGT La station FRAME Fig 1 permet l acquisition en continu des param tres physiques du milieu conductivit temp rature pression turbidit vitesse et direction du courant hauteur des vagues taux d rosion et de d p t de d tecter l v nement m t orologique temp te crue et d chantillonner in situ suite l v nement des contaminants m talliques par DGT et organiques par SBSE Gonzalez et al 2006 2008 2009 2010a b 2011 A partir de la technologie d velopp e un syst me portable a t r alis pour pouvoir tre utilis dans le cadre de la surveillance de la contamination chimique des masses d eau Cette version automatis e et portable de la technique SBSE valise a t d velopp e par l lfremer en collaboration avec le CEDRE Fig 1 Cett
5. naphtal ne une centaine biph nyl de ng L Il est noter que l ensemble des quantifications a t r alis en talonnage externe ce qui entraine g n ralement plus de variabilit m me si des questions concernant les rendements d extraction d talons internes avaient t soulev es lors de la phase de validation Enfin et en accord avec les essais de validation r alis s au Cedre les mol cules autres que les HAPs c est dire les PCBs et les pesticides ne posent pas de difficult M me si peu de compos s ont t quantifi s il y a tr s peu d cart entre les deux techniques et ce pour des concentrations traces de l ordre de quelques ng L Un ventuel effet barreaux ou r actif est par ailleurs a carter du fait de l effet chantillon manifeste o Mi M amp v m labo Champ proche valise Champ proche E labo Champ lointain valise Champ lointain 600 12 500 10 8 JT 400 6 n c 4 9 300 5 2 c mi 4 r 1 1 T L Effet valise 28 52 153 138 Beta BHC 4 4 dde 200 100 0 L Qi E S ali A Y e lt gt gt e e PI SS Figure 11 Comparaison des r sultats d analyse selon les protocoles labo extraction SBSE classique et valise chantillons de la station de Pierrefonds en champ proche e
6. cas de l eau de mer sont les difficult s majeures qu il faut r soudre Classiquement l analyse des contaminants chimiques m taux compos s organiques se fait apr s des op rations d chantillonnage et de traitement relativement longues n cessitant des laboratoires sp cialis s et du personnel tres qualifi Dans ce contexte il semble pertinent de d velopper des syst mes automatis s et portables facilitant les op rations d chantillonnage notamment dans les DOM et permettant de concentrer et extraire avant analyse les contaminants hydrophobes et hydrophiles Les techniques d chantillonnage passif bas es sur un chantillonnage extraction pr concentration directement dans l chantillon ou in situ permettent de r soudre une partie importante des difficult s Cet chantillonnage passif se fait gr ce une phase r ceptrice fonction de la famille de contaminants chantillonner extraite et analys e ensuite en laboratoire Cette approche permet de r duire de facon notable le temps et les co ts associ s au pr l vement et au traitement des chantillons Lohmann and Muir 2010 Mazzela et al 2011 Mills et al 2011 Certains chantillonneurs passifs pr sentent aussi l avantage d obtenir des mesures int gr es dans le temps et d acc der des concentrations tr s faibles inaccessibles pour certains compos s par les techniques classiques La technique SBSE Stir Bar Sorptive Extraction permet pa
7. de commande L appareil est aliment en eau a analyser par pompage cf Annexe L eau rejet e ainsi que les r actifs sont collect s dans une poubelle L extraction classique consiste pr lever 100 ml d eau de mer analyser dans un flacon en verre pr alablement pyrolys a 400 C et d y ajouter les talons internes deut r s Le barreau aimant est plong directement dans la matrice liquide et est agit a 700 tr min pendant 2h HAPs 16h PCBs et pesticides La solution d talons internes ainsi que les solutions de calibration sont pr par es dans le m thanol Le barreau d extraction a une longueur de 20 mm et l paisseur de film de la phase PDMS polydim thylsiloxane est de 0 5 mm Le principe est le m me pour l extraction par valise 100 ml d eau de mer ainsi que les talons internes deut r s sont pomp s par la valise Les barreaux aimant s sont pr alablement plac s dans les flacons d extraction Apr s l extraction et pour les deux modes le barreau aimant est r cup r puis rinc avec de l eau douce afin d enlever les traces de sels Le barreau aimant est ensuite plac dans l unit de d sorption thermique compos e par un TDU Thermal Desorption Unit mont en s rie avec un injecteur a programmation de temp rature CIS Cooled Injection System Le barreau est introduit dans le TDU maintenu une temp rature de 50 C et le CIS est refroidi a 10 C par de l azote liquide Les mol cules analy
8. de fond et choix d une proc dure de nettoyage 16 11 3 Validation analytique valuation de la sensibilit du syst me p 18 IV Validation du protocole d analyse par SBSE qualification du prototype de pr l vement et d extraction automatis s Valise SBSE p 20 IV 1 Validation du protocole de chargement des boucles d injection p 21 IV 2 Validation du protocole analytique p 21 IV 2 1 V rification des blancs p 21 IV 2 2 R ponse des talons internes p 22 IV 2 3 Analyses quantitatives p 22 IV 2 3 1 Analyse simultan e des HAPs PCBs et pesticides p 22 IV 2 3 2 Analyse sp cifique des HAPs p 22 V Essais Terrain p 26 V 1 Conditions g n rales d utilisation p 26 V 2 Echantillons analys s et modes d extraction p 26 V 3 Comparaison SBSE labo SBSE valise p 27 V 3 1 Comparaison SBSE labo SBSE valise pour les chantillons de Pierrefonds p 27 V 3 2 Autres sites de pr l vement p 27 VI Conclusions et Perspectives p 28 VII R f rences p 29 Annexe p 31 Liste des annexes Rep re D signation Nombre de pages Manuel d utilisation du syst me SBSE automatis Valise SBSE Page 6 sur 51 Page 7 sur 51 D veloppement de la technique SBSE automatisation extension de la technique aux compos s polaires valise SBSE Rapport Final AQUAREF 2014 51 p J L Gonzalez A La s Huon C Podeur P Rousseaux B Forest L Bignon et J Guyomarch RESUME La techni
9. extraction pour des compos s polaires et apolaires former et faire tester par des op rateurs terrain l op rationnalit de ces valises pour le pr l vement d eau et l extraction de diff rents contaminants organiques notamment dans des zones d pourvues de laboratoires adapt es et loign es des laboratoires d analyse En 2012 le conditionnement sous forme de valise terrain du syst me automatis SBSE a t termin ainsi que la r alisation de l IHM Interface Homme Machine qui permet le pilotage et la programmation de s quences de fonctionnement temps d chantillonnage addition des r actifs proc dures de nettoyage voir Manuel d utilisation Au cours du d veloppement diff rents aspects ont t valid s bruit de fond compatibilit des mat riaux sensibilit analytique En 2013 des op rateurs terrain ont t form s afin de tester l op rationnalit du syst me dans des conditions DOM au transport fonctionnement en conditions locales comparaison par rapport a l extraction SBSE classique Page 11 sur 51 Il D veloppement de la m thode valise SBSE L objectif de l automatisation de la technique SBSE tait de pouvoir collecter l chantillon et r aliser l extraction soit partir d un pr l vement sur paillasse soit partir d un chantillon in situ version immerg e ou partir de la surface Fig 2 Dans tous les cas cette version est bas e su
10. m mes chantillons en appliquant le protocole de laboratoire classique et en effectuant des extractions l aide de la valise SBSE pr l vements effectu s sur le site de Pierrefonds en champ proche et en champ lointain chantillons 1 4 Les analyses ont t r alis es au CEDRE apr s envoi des barreaux SBSE Tableau 3 R f rences des chantillons analys s la R union en novembre 2013 Site Station SBSE labo Valise SBSE Saint Pierre Pierrefonds Champ Lointain 2 2b 2c 3b Saint Pierre Pierrefonds Champ Proche 1 16 1 4a 4b 4c Riviere St Suzanne au Radier station Aval 5a 5b 5c Le GOL 6a 6b 6c Etang de St Paul 7b 7c Saint Jean aval 8a 8b 8c Page 26 sur 51 V 3 Comparaison SBSE labo SBSE valise V 3 1 Comparaison SBSE labo SBSE valise pour les chantillons de Pierrefonds Afin d identifier les ventuels biais dus aux contaminations les r sultats pr sent s Fig 11 regroupent l ensemble des mol cules ayant t quantifi es au del de 1 ng L dans au moins l un des chantillons avec au moins une des deux techniques valise ou flacon de verre Cette comparaison permet d identifier l effet chantillon en comparaison de l effet valise Les r sultats montrent un bon accord entre les deux techniques d analyses l effet valise tant perceptible sur certains HAP de faible poids mol culaire la contamination g n r e par le systeme tant de l ordre d une dizaine
11. pourraient trouver diff rentes applications dans le cadre du march important du contr le de la qualit des eaux pour les services d eau potable contr le en amont dans les zones de pompage en aval dans les zones de rejets apr s traitement par les stations d puration D autres applications sont aussi envisageables dans le domaine du suivi des pollutions accidentelles qui requiert des outils faciles d utilisation et rapidement mis en oeuvre En compl ment de ces tudes des essais ont t men s afin de simplifier le protocole en dopant directement les barreaux par les talons internes Cette m thode offre de nouvelles perspectives d utilisation du syst me Ces proc dures sans solvants et sans produits chimiques sont particulierement adapt es a des applications plus op rationnelles n cessitant une logistique et des contraintes de transport minimales VII R f rences Balcon L et Guyomarch J 2011 Application marine in situ de la technique d analyse SBSE d veloppement d un nouveau prototype de pr l vement Rapport CEDRE R 11 39 C 5221 juillet 2011 26 p Baltussen E Sandra P David F and Cramers C 1999 Stir bar Sorptive extraction SBSE a novel extraction technique for aqueous samples theory and principles Journal of Microcolumm separations 11 737 747 David F Tienpont B and Sandra P 2003 Stir bar sorptive extraction of trace organic compounds from aqueous matrices LCGC Europe 21 108 121 Gonz
12. programme les s quences de fonctionnement via une interface RS 232 Page 38 sur 51 Des flacons transparents sont livr s avec l instrument pour visualiser le fonctionnement ils servent uniquement des fins de v rification du fonctionnement ou de d monstration 1 2 Interfaces Alimentation secteur 230 V 50Hz Fiche secteur 10 16A 2 p les terre Interface RS 232 Interface Hydraulique Tube Masterflex Silicone Platinium LS T15 int 4 8 mm Evacuation de l eau Tube Masterflex Silicone Platinium int 3 2 mm x 6 Tube Masterflex Silicone Platinium int 1 6 mm ou 2 4 mm x 3 2 Installation du logiciel La configuration minimale requise de l ordinateur est Microsoft Windows XP SP3 Ecran 1280 x 1024 Installer le logiciel de commande de l appareil en suivant les instructions donn es 3 Utilisation de l appareil L appareil peut tre pilot suivant 3 principaux Manuel permet de s lectionner et contr ler une seule action la fois Programmation de s quences pour r aliser ou programmer et sauvegarder des s quences de plusieurs actions Planification des extractions en mode automatique permet de d finir les dates de d clenchement de chaque extraction 3 1 Ouverture du logiciel SBSE2 ifremer Page 39 sur 51 L ouverture du logiciel permet d acc der la fen tre principale des menus 3 2 Choix du port s rie Dans la fen tre principale activer le bouton S lection du port
13. qui concerne les conditions g n rales d utilisation les op rateurs ont constat un d veloppement de moisissures et suspicion de d veloppement de biofilm apr s un certain laps de temps sans utilisation stockage l obscurit et un peu d eau r siduelle dans les tuyaux la formation de bulles dans les boucles de r actifs de mani re r currente que le changement de tuyau n as pas chang apr s passage d un chantillon charg MES et phytoplancton suivi d un nettoyage l eau d sionis e MilliQ il y a eu des d p ts et d veloppement de biofilm dans l embase des flacons d extraction la fragilit des tuyaux au niveau des pompes p ristaltiques apr s avoir d plac les tuyaux entre deux pompes de r actif les tuyaux sautaient et cela engendrait une fuite au niveau des branchements le probl me r solu en remplacant les tuyaux par des nouveaux que l un des joints au niveau des embases des flacons est fragilis l geres fissures observ es mais pas de fuites constat es flacon n 2 Ces probl mes devront tre r solus au retour et reconditionnement en m tropole La valise a t renvoy e en m tropole des tests de fonctionnement doivent tre r alis s A terme il conviendra galement d introduire dans la proc dure d utilisation une analyse syst matique de blancs V 2 Echantillons analys s et modes d extraction Des extractions ont t r alis es en triplicat simultan ment sur les
14. s rie pour ouvrir la fen tre s lection du port s rie aaa aaa aaa aa aaa awa wa kuwaa Synchronisation des horloges Mode Manuel Programmation de s quences Planification des extractions 04 10 2013 17 33 00 suivante INITIALISATION DU PORT SERIE Ed Choisir le port s rie connect la valise SBSE et valider par OK pour activer le port 3 3 Synchronisation des horloges Dans la fen tre principale activer Synchronisation des horloges pour ouvrir la fen tre suivante R glage de l horloge du SBSE 2 MISE A L HEURE DU SYSTEME Lecture de l heure du SBSE 2 Date Activer le premier bouton afin de transf rer l heure du PC au SBSE 2 Activer le second bouton pour v rifier que les horloges sont synchrones 3 4 Conditionnement de l appareil Les diff rentes op rations sont r aliser avec des gants en latex non poudr s 3 4 1 Nettoyage de l appareil Avant toute chose 11 faudra s assurer que l appareil a t nettoy suite la derni re utilisation Annexe 1 Apr s le nettoyage complet l appareil peut tre conditionn 51 l appareil n a pas t utilis depuis longtemps il peut tre nettoy compl tement ou partiellement Annexe 1 IMPORTANT un bouchon situ sous la valise peut tre d viss et retir lors des diff rentes op rations afin d indiquer une ventuelle fuite et d en limiter les probl
15. signal GC MS MS sont bien plus faibles que celles obtenues avec une extraction classique IV 2 3 2 Analyse sp cifique des HAPs Les essais faible concentration ayant montr dans le cas des HAPs sp cifiquement semble t il des pertes de sensibilit et des carts significatifs avec les protocoles de laboratoire des essais ont t cibl s sur cette famille de mol cules L objectif tant dans un premier temps d identifier les sources de variabilit les tests sont r alis s a des concentrations lev es fix es 10 et 100 ng L pour chacune des mol cules cibles Des tests ont t r alis s dans un premier temps en introduisant simultan ment les HAPs parents et les talons internes deut r s sans utiliser la boucle d injection mais en passant uniquement par la voie chantillon Les tests ont t r alis s des concentrations de 10ng L Les analyses quantitatives ont t r alis es partir de calibrations en flacons en verre Les r sultats pr sent s figure 9 montrent une surestimation des concentrations en particulier pour les poids mol culaire croissants ce qui peut s expliquer par une absorption pr f rentielle des talons internes lourds par les diff rentes l ments constitutifs du syst me En effet les concentrations sont calcul es par des rapports d abondance HAP HAPd et les valeurs fortes sont dues des faibles r ponses des deut r s Page 23 sur 51 Tableau 2 Comparaison des rapports
16. 000 400000 200000 Time gt Abundance 2e 07 1 8e 07 1 6e 07 1 4e 07 1 2e 07 1 0e 07 8000000 6000000 4000000 2000000 Time gt Abundance 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 a Etalons internes 100 ng L verre P d10 B d10 N d8 20 25 30 35 40 45 Etalons internes 100 ng L valise avant nettoyage P d10 B d10 N d8 Etalons internes 100 ng L valise apr s nettoyage P d10 B d10 N d8 Time gt Figure 5 Comparaison de blancs d eau de mer avant et apr s d contamination Etude 2012 Page 17 sur 51 Le niveau du bruit de fond a galement t estim dans le cas de mol cules polaires en particulier celles susceptibles d tre relargu es par les mati res plastiques qui n ont pu tre totalement limin es lors de la phase de conception Des analyses qualitatives et quantitatives ont t r alis s sur le bisph nol A Le niveau du bruit de fond s est av r relativement lev de l ordre du ug L 11 3 Validation analytique valuation de la sensibilit du syst me La sensibilit du syst me a t valu e sur de l eau de mer en la comparant aux extractions SBSE classiques de laboratoire cf Il ainsi qu aux normes de qualit environnementales requi
17. 02 PCB 77 0 07 0 02 4 4 DDD 0 11 0 06 PCB 135 0 01 0 01 2 4 DDT 0 06 0 01 PCB 118 0 04 0 02 4 4 DDT 0 17 0 06 Page 24 sur 51 Concentration ng L Figure 9 Quantification des 21 HAPs apr s injection simultan e des talons internes et mol cules cible sans utiliser la boucle d injection et extraction sur barreaux proc dure valise n 6 Afin de comprendre les diff rences de rendements d extraction une seconde s rie de tests a t r alis e la m me concentration pour les 9 positions 9 flacons d extraction de la valise en utilisant pour l extraction des barreaux pr alablement dop s par les talons internes Les calibrations ont t dans ce cas galement r alis es avec des barreaux dop s dans des flacons de verre Les r sultats pr sent s dans la figure 10 sont plus proches des valeurs attendues la valeur 100 repr sente la quantit de HAP effectivement introduite l exception notable du fluor ne et du ph nanthr ne Pour ce qui est des mol cules les plus lourdes les concentrations sont dans ce cas sous estim es ce qui pourrait s expliquer par un quilibre d plac vers le barreau Concentration ng L Figure 10 Quantification des 21 HAPs apres injection simultan e des talons internes et mol cules cible et extraction sur barreaux proc dure valise n 9 Les r sultats de ces tudes sp cifiques aux HAPs semblent indiquer des quilibres entre la phase aqueuse et la phase PDMS diff r
18. B Moyenne r ponse valise 4500000 4000000 3500000 3000000 2500000 Abondance 2000000 1500000 1000000 500000 Pd10 parathionethyl PY d10 B a Ad12 B a PY d12 0 B g h i PEd12 d10 Figure 8 Comparaison des extractions valise en rouge verre en bleu des diff rents talons internes deut r s dans de l eau de mer triplicat Les abondances correspondent la r ponse du signal GC MS MS IV 2 3 Analyses quantitatives Page 22 sur 51 IV 2 3 1 Analyse simultan e des HAPs PCBs et pesticides Une premi re s rie de calibrations r alis es dans les conditions verre et valise a montr de maniere g n rale une baisse importante de sensibilit en comparaison aux essais pr c dents Cependant des diff rences selon la nature des compos s ont t mises en vidence les PCBs et pesticides r pondant bien aux faibles concentrations la gamme consid r e tant de 0 5 10 ng L avec 16 heures d extraction Lors de la seconde phase de validation ces essais ont t nouveau r alis s la concentration de 10 ng L Le tableau 2 pr sente les rapports d abondance compos talon interne lors de l extraction avec la valise et la m thode utilisant des flacons en verre Les observations formul es pr c demment ont t confirm es les HAPs semblant majoritairement affect s par la transposition des m thodes laboratoire la valise Les r ponses obtenues apres extraction avec la valise abondance du
19. a s Huon C Podeur P Rousseaux B Forest L Bignon and J Guyomarch ABSTRACT The SBSE technique Stir Bar sorptive extraction coupled with analysis by Gas Chromatography and Mass Spectrometry Detection GC MS has many advantages sensitivity and simplicity of sample preparation protocol and allows a variety of applications and extraction of many compounds hydrophobic and polar molecules This technique is particularly well suited to the development of an autonomous system to collect water and make the extraction of samples Since 2005 an autonomous SBSE module sampling and in situ sample extraction has been developed Technological solutions that have been found with this first prototype served as basis for further developments including automated and portable version of the SBSE technique suitcase SBSE This new version allows the introduction of reactants in order to analyze both polar compounds in addition to hydrophobic ones Key words thematic and geographical area SBSE hydrophobic and polar organic contaminants automation Page 9 sur 51 Contexte La mise en place de la Directive Cadre sur l Eau DCE implique une surveillance de la contamination chimique de toutes les masses d eau de surface souterraines Le nombre des masses d eau surveiller la fr quence d chantillonnage requise ainsi que la difficult de mesurer des contaminants a l tat de trace dans des matrices complexes notamment dans le
20. alez J L Masset J F Cadiou J F Dupont J Gendry A Guyomarch J Le Piver D Leveque J P Podeur C Rolin J F Rousseaux P Sauzade D et R Vuillemin 2006 Surveillance de la contamination chimique des eaux c ti res d veloppement d un Syst me de Fond R gional Autonome de Mesure et d Echantillonnage FRAME Atelier Exp rimentation et Instrumentation Brest 30 janvier 1 f vrier 2006 Gonzalez J L Guyomarch J Podeur C Rousseaux P Legrand J Leveque J P Viaene J M Verney R Vousdoukas M 2008 R le d v nements m t orologiques violents sur la contamination chimique des eaux utilisation d un syst me autonome de mesure et d chantillonnage Station FRAME Premiers r sultats Atelier Exp rimentation et Instrumentation Toulouse 29 mai 30 mai 2008 Gonzalez J L Guyomarch J Legrand J Podeur C Rousseaux P Verney R Viaene J M 2009 FRAME Autonomous benthic station for physico chemical measurements and passive sampling Assessing the impact of weather events on chemical contamination of water Conference on DGT and the Environment Sardinia Italy 7th to 9th October 2009 Gonzalez J L Guyomarch J Legrand J Podeur C Rousseaux P Verney R Viaene J M 2010a FRAME Autonomous benthic station for assessing the impact of weather events on chemical contamination of water 20 SETAC Europe Annual Meeting Science and Technology for Environmental Protection Seville 24 27 mai 2010
21. bre de pics entre un blanc obtenu par d sorption d un barreau utilis en condition d extraction classique de laboratoire blanc Verre et un blanc Valise Les teneurs des compos s g n rant cette contamination n ont pas t mesur es Elles sont cependant sup rieures aux concentrations des pics de phase issus de la d sorption thermique des barreaux notamment les premiers pics du chromatogramme bleu de la figure 7 Page 21 sur 51 Ce niveau de contamination s est av r persistant le blanc Valise pr sent tant obtenu apr s 5 rincages r alis s selon le protocole d fini pr c demment Figure 7 Chromatogrammes en mode SCAN d un blanc Verre en bleu et d un blanc Valise en rose Ces conditions devraient tre am lior es par un d montage de l appareil un nettoyage complet c f Manuel et un changement des diff rents tuyaux Ces maintenances devraient a priori tre r alis es apr s chaque campagne de pr l vements de terrain IV 2 2 R ponse des talons internes Avant de valider le syst me en analyse quantitative des tests ont t r alis s pour valuer la r ponse des talons internes deut r s Il apparait que le naphtal ne dg et le biphenyl r pondent moins bien lorsque l on passe par l interm diaire de la valise Fig 8 Par ailleurs de mani re surprenante l thyle parathion d ne semble pas affect par les diff rences de rendement d extraction B Moyenne r ponse flacon
22. d abondance apr s extraction avec la valise et dans des flacons en verre Compos verre AJA valise Compos A A verre A A valise Maphtal ne 0 28 1 87 PCB 105 0 15 0 08 Benzothioph ne 0 09 0 14 PCB 138 0 07 0 11 2 m thylnaphtal ne 2 MN 0 03 0 83 PCE 156 0 05 0 02 Biph nyle 0 01 0 06 PCB 180 0 01 0 01 Ac naphtyl ne ANA 0 02 0 04 PCB 169 0 03 0 01 Ac napht ne ANY 0 02 0 09 Alpha BHC 0 76 1 71 Fluor ne F 0 04 0 42 hexachlorobenz ne 0 14 0 05 Dibenzothiophene 0 17 0 78 Beta BHC 0 01 0 24 Ph nanthr ne P 1 42 7 28 Gamma BHC 0 06 0 25 Anthracene 0 11 4 02 Diazinon 0 01 0 01 Fluoranthene FL 0 08 0 92 Delta BHC 0 03 0 02 Pyrene 0 06 0 36 Ac tachlore 0 01 0 01 Benzo alanthracene 0 23 0 28 M thylparathion 0 02 0 03 Chrysene C 0 18 0 32 Alachlore 0 01 0 00 Benzo b fluoranth ne E b F 0 25 0 72 Aldrine 0 03 0 04 Benzo k fluoranth ne B k F 0 20 0 48 M tolachlore 0 09 0 06 Benzolelpyr ne B e P 0 21 0 67 Chlorpyrifos 0 08 0 09 Benzo a pyr ne 0 12 0 41 Parathion 0 18 0 21 P ryl ne PE 0 18 0 41 Isodrine 0 02 0 00 Indeno 123 cd pyrene IH 0 18 0 41 M tazachlore 0 01 0 01 Dibenzo a h anthracene DBA 0 29 0 77 Chlorfenvinphos 0 07 0 07 Benzo ghi BPE 0 20 0 94 2 4 DDE 0 07 0 01 PCB 77 1 18 1 34 Endosulfan alpha 0 00 0 01 PCB 28 0 25 0 32 4 4 DDE 0 06 0 01 PCB 52 0 21 0 37 Dieldrine 0 01 0 01 PCB 35 0 20 0 08 2 4 DDD 0 12 0 06 PCB 101 0 08 0 13 Endrine 0 01 0
23. e Recherche amp D veloppement 715 rue Alain Colas CS 41836 29218 Brest Cedex V rification du document Catherine Berho BRGM Direction des laboratoires Unit Chimie Environnementale 3 avenue Claude Guillemin BP 36009 45060 Orl ans Cedex 2 C Berho brgm fr Christelle Margoum Irstea UR MALY LAMA Laboratoire de chimie des milieux aquatiques 5 rue de la Doua CS 70077 69 626 Villeurbanne Cedex christelle margoum irstea fr Les correspondants Onema Pierre Francois Staub pierre francois staub onema fr ONEMA DAST Le Nadar Hall C 5 square Nadar 94300 Vincennes Etablissement Philippe Nicolas Philippe Nicolas ifremer fr Ifremer RBE Unit Biog ochimie et Ecotoxicologie Rue de l Ile d Yeu BP 21105 44311 Nantes Cedex 03 Page 3 sur 51 R f rence du document Jean Louis Gonzalez Agathe La s Huon Christian Podeur Patrick Rousseaux Bertrand Forest Laurent Bignon et Julien Guyomarch D veloppement de la technique SBSE automatisation extension de la technique aux compos s polaires valise SBSE Rapport Final AQUAREF 2014 51 p Droits d usage Acces libre Couverture g ographique France Niveau g ographique National Niveau de lecture Professionnels experts Nature de la ressource Document Page 4 sur 51 Page 5 sur 51 SOMMAIRE Contexte p 11 Il D veloppement de la m thode valise SBSE p 13 Ill Validation p 16 11 1 Choix des mat riaux 16 11 2 Bruit
24. e nouvelle version permet en plus de la solution talon l introduction des r actifs de d rivation afin de pouvoir aussi doser des compos s polaires La s Huon et al 2011 Cette technique peut tre appliqu e aux eaux marines et continentales elle est Page 10 sur 51 particuli rement pertinente dans les zones d pourvues de laboratoires adapt s et loign es des laboratoires d analyse Station benthique FRAME Valise SBSE dimensions L 630 mm x 1 492 mm x h 352 mm Figure 1 Applications de la technique SBSE automatis e Le pr sent rapport accompagne le manuel d utilisation de la valise SBSE livrable pr vu et pr sente l tat d avancement de cette nouvelle version surface qui peut tre utilis e sur paillasse ou sur le terrain c f Il Il est noter que l ensemble des r sultats concernant la validation de la m thode pour les compos s polaires n est pas pr sent ici Cette validation r alis e au Cedre a afit l objet d un rapport Balcon et Guyomarch 2011 Dans le cadre du programme d activit AQUAREF les objectifs principaux de cette action taient de contribuer au d veloppement de syst mes automatis s et portables permettant d chantillonner et concentrer in situ eaux douces et sal es et en laboratoire les contaminants organiques hydrophobes et polaires finaliser le conditionnement sous forme de valise du syst me automatis SBSE d velopp et la validation des protocoles d
25. echnique SBSE TD GC MS avec la possibilit de d rivation in situ permet d accroitre de facon notable le nombre de compos s extractibles par cette technique hydrophobes par la SBSE classique et hydrophiles par la d rivation in situ cf Annexe 2 du Manuel d utilisation du systeme SBSE automatis De plus l automatisation de la m thode et son conditionnement sous forme de valise terrain permet une mise en oeuvre plus simple par du personnel pr alablement form et un transfert de la technique plus facile l am lioration de la reproductibilit et de la comparabilit des r sultats un d clenchement automatique des extractions programm ou suite des v nements un chantillonnage pseudo int gratif ou int gratif avec une version flux continu qui reste d velopper L optimisation et le d veloppement des m thodes analytiques permettent avec la version actuelle l analyse simultan e des compos s classiques hydrophobes mais aussi de mol cules plus volatiles HAPs PCBs et pesticides HAPs et d riv s alkyl s HAPs d riv s ramifi s et BTEX L analyse de compos s plus polaires avec d rivation in situ a galement t valid e pour les ph nols et chloroph nols Par contre l analyse synchrone de compos s polaires et apolaires semble r alisable et doit tre v rifi e Les essais terrain de la valise SBSE r alis s en 2013 La R union ont montr la r sistance du systeme aux conditions de transport l
26. ents de ceux rencontr s pour les tests de laboratoire Ces diff rences peuvent s expliquer par un niveau de contamination en mol cules apolaires qui ne permettent pas de r ellement compenser les diff rences de rendements d extractions Par la suite il conviendrait d liminer ces interf rences qui semblent situ es au niveau des flacons d extraction compte tenu des r sultats des proc dures simplifi es qui ont t test es Page 25 sur 51 V Essais Terrain En novembre 2013 la valise SBSE a t envoy e La R union pour une s rie d essais Un des premiers objectifs tait de tester la r sistance du syst me aux conditions de transport et de stockage Le mat riel a t recu en parfait tat et il a pu tre mis en fonctionnement lors de la r ception Les essais ont t r alis s dans les locaux de l ARVAM Agence pour la Recherche et la VAlorisation Marines Deux personnes ont t form es l utilisation de l appareil qui restera sur site pour les tests en laboratoire notamment la comparaison sur des chantillons d eau de l extraction classique et de l extraction via la valise SBSE Ces essais indiquent que lappareil peut tre mis en oeuvre et utilis s apr s 1 2 jours de formation Cette premiere utilisation par du personnel form a permis aussi d am liorer certains points de UIHM et du Manuel d utilisation V 1 Conditions g n rales d utilisation Au cours des premiers tests en laboratoire en ce
27. ers to monotor POPs in the waters of the world Environmental Science and Technology 44 860 864 Mazzella N M Coquery C Miege C Berho J P Ghestem A Togola J L Gonzalez C Tixier S et Lardy Fontan 2011 Applicabilit des chantillonneurs passifs dans le cadre de la DCE Rapport Final Aquaref Action 1II B01 D veloppement et optimisation des technologies innovantes de pr l vement et d analyse 80 p Mills A Greenwood R Vrana B Allan J and Ocelka T 2011 Measurement of environmental pollutants using passive sampling devices a commentary on the currents state of the art Journal of Environmental Monitoring 13 2979 2982 Roy G Vuillemin R and Guyomarch J 2005 On site determination of polynuclear aromatic hydrocarbons in seawater by stir bar sorptive extraction SBSE and thermal desorption GC MS Talanta 6 3 540 546 Sandra P Tienpont B David F 2003 Multi residue screening of pesticides in vegetables fruits and baby food by stir bar sorptive extraction thermal desorption capillary gas chromatography mass spectrometry Journal of Chromatography A 1000 1 2 299 309 Page 30 sur 51 ANNEXE Manuel d utilisation du syst me SBSE automatis Valise SBSE Page 31 sur 51 Page 32 sur 51 Manuel d utilisation du syst me SBSE automatis Valise SBSE Nouvelle mise jour f vrier 2014 par J L GONZALEZ et PODEUR Ifremer D partement Ressources Biologiques
28. es possibilit s de transfert de la technqiue a du personnel pr alablement form et ont contribu la r alisation du Manuel d utilisation Les premiers r sultats obtenus confirment l int r t du syst me en termes de sensibilit et de facilit de mise en uvre Une phase de mise au point suppl mentaire a cependant t n cessaire afin de fiabiliser son utilisation en mode s quences Par ailleurs le bruit de fond sur certains compos s s est r v l significatif dans l objectif d analyses de traces en particulier les compos s de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques HAPs Il conviendra d liminer ces interf rences a priori localis es au niveau des cellules d extraction ou dans la ligne d alimentation en chantillon L application terrain du syst me a confirm la surestimation des concentrations de certains HAPs essentiellement les plus l gers poids mol culaires inf rieur ou gal celui du ph nanthr ne La possibilit de quantifier l tat de traces les autres mol cules de la famille des PCBs ainsi que divers pesticides a t d montr e lors des essais comparatifs valise et protocole classique IL Page 28 sur 51 conviendra de confirmer ces conclusions notamment en compl tant ces premi res comparaisons apr s avoir diminu le bruit de fond en HAPs Outre une utilisation dans le domaine de la surveillance de la qualit chimique des masses d eau les d veloppements r alis s
29. et Environnement Unit Biog ochimie et Ecotoxicologie D partement Recherche et D veloppements Technologique Service Syst mes M caniques et Instrumentaux N Le CUFF J RECEVEUR et J GUYOMARCH CEDRE Service Recherche amp D veloppement Brest Diffusion confidentielle O restreinte MI libre O Page 33 sur 51 Ce manuel est l un des livrables r alis dans le cadre du programme d activit AQUAREF pour l ann e 2012 2013 Action n 4 D veloppement et optimisation des technologies innovantes de pr l vement et d analyse Il a t r alis suite la mise jour et modifications du GUIDE DE L UTILISATEUR DE L APPAREIL SBSE IS N 2 IFREMER F710020 C Podeur et A Laes Huon avril 201 1 Cette nouvelle version a b n fici des apports et suggestions de R Davy et H Cambert de l ARVAM Agence de Recherche et VAlorisation Marines qui ont t les premiers utilisateurs terrain de la valise Page 34 sur 51 Page 35 sur 51 9 TA Sommaire Description de l appareil 1 1 Composition du systeme 1 2 Interfaces Installation du logiciel Utilisation de l appareil 3 1 Ouverture du logiciel 3 2 Choix du port s rie 3 3 Synchronisation des horloges 3 4 Conditionnement de l appareil 3 4 1 Nettoyage de l appareil 3 4 2 Chargement des r actifs Les modes de pilotage du SBSE 2 4 1 Le mode Manuel 4 2 Le mode Programmation de s quences 4 3 Le mode Plan
30. fin d extraction de vider le flacon s lectionn Nettoyage soupape op ration importante qui permet de nettoyer la soupape tar e s curit pour viter les surpressions Nettoyage boucle rince avec solution de nettoyage eau distill e thanol 50 r actif la boucle d injection du r actif correspondant Identique l action Remplissage boucle qui permet de remplir la boucle avec le r actif Nettoyage entr e chantillon rince avec la solution de nettoyage eau distill e thanol 5096 chantillon le circuit d entr e de l chantillon Nettoyage flacon d extraction rince avec la solution de nettoyage eau distill e thanol 50 chantillon le circuit de remplissage et le flacon d extraction s lectionn Nettoyage circuit d alimentation rince avec la solution de nettoyage eau distill e thanol 50 chantillon le circuit de remplissage du triplicat s lectionn Page 44 sur 51 4 2 Le mode Programmation de s quences Dans la fen tre principale activer le bouton Programmation de s quences pour ouvrir la fen tre synoptique SBSE 2 et la fen tre suivante 3 SBSE2 Mode Programmation de s quences Edition d une s quence Actions Contr le d bit Ringage du circuit de remplissage 7 Remplissage boucle Remplissage flacon 7 Agitation Vidange Nettoyage soupape 7 Nettoyage boucle Nettoyage entr e chantill
31. ification des extractions en mode automatique R cup ration des barreaux Mode Expert ANNEXE 1 Nettoyage de l appareil ANNEXE 2 Pr paration des r actifs Page 36 sur 51 Page 37 sur 51 1 Description de l appareil 1 1 Composition du syst me chantillon sur paillasse situ Interface Homme Machine I H M Etalon 2 R actifs 3 extractions en triplicat Flacon d extraction Alimentation secteur 230V 50 Hz Evacuation vers DOUDE a f m Eau analyser ou solution de nettoyage Bh MEE R actif 1 anhydride ac tique Barreau SBSE L appareil SBSE IS N 2 IFREMER comporte 3 triplicats d extraction Il est conditionn dans une valise de dimensions longueur 630 mm x largeur 492 mm x hauteur 352 mm qui contient les neuf flacons les actionneurs pompes p ristaltiques lectrovannes agitateurs et l lectronique de commande L alimentation lectrique conditionn e dans un boitier plastique est ext rieure l appareil Connect e au secteur 230 V 50 Hz elle fournit l nergie via un c ble lectrique basse tension muni d une fiche se connectant sur la partie gauche de l appareil L appareil est aliment en eau analyser par pompage L eau rejet e ainsi que les r actifs ajout s par l appareil doivent tre collect s dans une poubelle Une IHM Interface Homme Machine install e sur un ordinateur pilote
32. ion semble contribuer le plus fortement la contamination Le test effectu sur un second joint en silicone joint 2 Stacem qui n entre pas dans la conception du dispositif est encore moins concluant car il pr sente le niveau de contamination en bisphenol A le plus lev de la s rie de tests Il n y a donc pas ce jour de solution de remplacement du joint 1 qui soit satisfaisante et d autres mat riaux devront tre test s L ensemble de ces r sultats est d taill dans le rapport Cedre r dig en 2009 R 11 39C 11 2 Bruit de fond et choix d une proc dure de nettoyage Les tests r alis s r ception du syst me apres fabrication et assemblage du dispositif ont permis de mesurer une ventuelle contamination g n r e lors de la fabrication De plus cette phase a aussi permis d valuer l influence des diff rents mat riaux et compos s utilis s pour sa conception qui g n rent n cessairement un bruit de fond plus lev que dans les conditions d extraction classique de laboratoire r alis es directement dans des flacons en verre pyrolys s Ces tests ont montr que si le syst me tait initialement contamin la proc dure de rincages successifs l eau osmos e et l thanol est efficace Guyomarch et al 2013 Les niveaux des blancs obtenus apr s nettoyage sont comparables ceux du laboratoire Fig 5 Page 16 sur 51 Abundance 2000000 1800000 1600000 1400000 1200000 1000000 800000 600
33. irectement partir du synoptique et est r serv des fins de maintenance Depuis la fen tre principale placer le curseur en haut gauche sur la case maintenance et valider test composants Le synoptique apparait vous pouvez piloter individuellement chaque actionneur Mode Manuel Page 48 sur 51 ANNEXE 1 Nettoyage de l appareil Les diff rentes op rations sont r aliser avec des gants en latex non poudr s 1 Nettoyage par pyrolyse avant stockage de l appareil Les flacons peuvent tre nettoy s par pyrolyse a 400 C faut pr alablement d monter les raccords et les clapets et nettoyer les flacons l thanol eau d sionis e MilliQ 50 50 de pr f rence mieux pour liminer les compos s apolaires et moins toxique ou au dichlorom thane 2 Nettoyage des joints toriques entre chaque s rie d analyses Les joints sont nettoy s dans l thanol puis rinc s l eau d sionis e MilliQ 3 Proc dures de nettoyage partiel entre chaque s rie d analyses ou suite une p riode de stockage Connecter les bidons ou poches contenant les solutions de nettoyage eau d sionis e MilliQ thanol eau eau d sionis e MilliQ 50 50 aux pompes de pr l vement Le tuyau d vacuation de l appareil doit tre connect la poubelle Actions r aliser dans le mode Manuel Nettoyage soupape op ration importante qui permet de nettoyer la soupape tar e s curit pour vi
34. l 2 3 4 6 tetrachlorophenol 4 ter octylphenol octylphenol pentachlorophenol nonylphenol Page 20 sur 51 IV Validation du protocole d analyse par SBSE qualification du prototype de pr l vement et d extraction automatis s Valise SBSE Suite aux premiers essais de validation des essais plus sp cifiques ont t r alis s afin de valider les proc dures d crites dans le Manuel d utilisation du syst me SBSE automatis Valise SBSE notamment en v rifiant les conditions et dur es de chargement des boucles d injection de r actifs et d chantillons et pour valider le syst me pour l analyse des mol cules dont les m thodes avaient t d velopp es lors des tudes pr c dentes et enfin qualifier le syst me lors d une utilisation terrain Compte tenu des difficult s rencontr es lors des essais r alis s en juin 2013 notamment pour ce qui concerne les s quences automatiques sur des triplicats des modifications sur le pilotage du systeme ont t apport es avant de r aliser une nouvelle s rie de tests en septembre 2013 IV 1 Validation du protocole de chargement des boucles d injection Le protocole d introduction des talons internes deut r s qui est r alis e par l interm diaire d une boucle d injection a t ajust en fonction des longueurs et diam tres r els des tuyaux Ce point est particuli rement critique dans la mesure o tous les rendements d extraction et donc les analyses quantitati
35. m 43 51 Poubelle 4 1 Le mode Manuel Dans la fen tre principale activer le bouton pour ouvrir la fen tre synoptique SBSE 2 et la fen tre suivante Cette fen tre permet de s lectionner et piloter une seule action la fois S lectionner une action puis lancer celle ci en cliquant sur le bouton Ringage du circuit de Appliquer un Le temps coul s affiche en bas droite de la fen tre le circuit hydraulique activ est ee repr sent par des fl ches sur la fen tre Vidange synoptique Mettoyage soupape aa boucle L arr t de l action est obtenu en activant Nettoyage entr e STOP le bouton STOP Nettoyage facon d extraction B SBSE mode manuel Actions Remplissage boucle f Remplissage flacon Mettoyage circuit alimentation Appliquer Appliquer Temps coul STOP Terminologie des diff rentes actions Initial Final lorsque l on ouvre le mode manuel ou que l on arr te une action en cliquant sur le bouton le curseur se met sur initial final Controle d bit permet de v rifier le d bit du circuit d chantillonnage remplissage Rincage du circuit de remplissage Rin age du circuit de remplissage du triplicat s lectionn Agitation lance la rotation des barreaux SBSE dans le triplicat s lectionn pour information la vitesse de rotation des twisters est 500 tr mn Vidange permet en
36. mes Il faut le remettre en place quand l utilisation de la valise est termin e 3 4 2 Chargement des r actifs Les longueurs des boucles d injection sont d finir en fonction du volume de r actif que l on veut injecter L appareil permet d injecter 3 r actifs talon K2CO3 anhydride ac tique A titre indicatif les tuyaux en silicone utilis s ont un diam tre int rieur 2 de 1 6 ou 2 4 mm les longueurs L utiliser sont fonction du volume de r actif injecter L cm x m x Ccm 2yY V cm Les temps de remplissage sont donn s titre indicatif il faut proc der aux diff rentes v rifications des temps lors de changements de tuyaux de pompage en effet les d bits des pompes pourraient avoir chang le flacon d extraction de d mo transparent est tr s utile lors de l optimisation de ces timings Longueur de tube cm Temps de remplissage en s Volume de 21 6 mm 22 4 mm 21 6 mm 22 4 mm r actif 500 uL 1 05 imL 497 24 29 21 8 Pour remplir le circuit avec les r actifs utiliser le mode Manuel s lectionner l action Remplissage boucle et le num ro du r actif que l on veut utiliser Lancer l action et l arr ter quand le r actif est correctement charg plus de bulles dans les tuyaux On peut aussi utiliser le mode Programmation de s quences et charger la s quence chargement des r actifs Page 41 sur 51 Le temps des actions enregistr es dans la s q
37. nsi que les dur es de chargement de ces derniers Voir tableau chapitre 3 4 2 puis indiquer la dur e du remplissage des flacons 42 s semble tre le temps id al les r actifs sont tous introduits et le volume total fait 100 ml Il est cependant conseill de proc der aux diff rentes v rifications des temps lors de changements de tuyaux de pompage en effet les d bits des pompes pourraient avoir chang le flacon d extraction de d mo transparent est tr s utile lors de l optimisation de ces timings Dans la fen tre Date et heure de r veil des triplicats s lectionner le premier triplicat Flacon 1 2 3 et choisir la date et l heure laquelle l alarme de pr l vement doit tre d clench e Page 46 sur 51 Le nombre de triplicats command s peut tre inf rieur 3 cependant ils doivent tre d clench s dans l ordre Le lancement du cycle est effectu en cliquant sur le bouton Programmer le SBSE 2 L activation du bouton Date du jour 5 min permet d actualiser la date du premier triplicat flacon 1 2 3 Le bouton Compl te les dates a la suite actualise les dates des triplicats s lectionn s suivants temps du cycle plus 10 min entre deux triplicats Pour information la vitesse de rotation des twister est 500 tr min L ordinateur peut tre d connect une fois que l ordre de d part de mesure est lanc ATTENTION l alimentation lectrique doit rester connect e et en position marche La pompe doit t
38. nternes est fournie par Carlo Erba Elle est conditionn e dans des ampoules de Iml et les compos s sont dans le m thanol une concentration de lOu g ml Le reste de la solution est conserver au cong lateur Pour pr parer la solution d talon interne prendre 1 ml ou 100ul si la concentration de la solution m re est de 100ug ml de l ampoule et compl ter 1L dans du m thanol Ensuite il faut ajouter 10 ml de cette solution chacun des chantillons d eau analyser 100 ml La solution est conserver au r frig rateur et est utilisable 1 mois Analyse des ph nols et alkylph nols Le compos deut r utiliser pour la quantification des ph nols et alkylph nols est le 4 3 6 dim thyl 3 heptyl ph nol 3 5 d est fourni en solution par Sigma Aldrich une concentration delOug ml dans des ampoules de 1 ml r f rence n 33569 Prendre 100ul de la solution standard et compl ter IL avec du m thanol Le reste de l ampoule est conserver au cong lateur Dans les chantillons d eau 100 ml ajouter 1 g de carbonate de potassium ACS reagent sigma Aldrich afin d augmenter le pH de la solution environ 10 5 Puis il faut ajouter 10 ml de la solution contenant l talon interne suivi par 0 5 ml d anhydride ac tique Sigma Aldrich La r action provoquant un d gagement gazeux il est important de ne pas fermer enti rement le bouchon du flacon lors de l extraction La solution du 4 3 6 dim thyl 3 he
39. on Nettoyage flacon d extraction Nettoyage circuit alimentation Attente utilisateur Ajouter l action la s quence Charger un fichier Message Rincage r actifs Temps 14 Modifier Supprimer Ins rer Sauver dans un fichier Attente utilisateur 45 Rin age r actifs Nettoyage boucle 205 R actif 1 Nettoyage boucle 20s R actif 2 Nettoyage boucle 20s R actif 3 Nettoyage entr e chantillon 20s R actif 1 Nettoyage entr e chantillon 20s Reactif 2 Nettoyage entr e chantillon 205 R actif 3 Attente utilisateur 4s Rin age bloc soupape Ex cuter la s quence Cette fen tre permet de r aliser ou programmer et sauvegarder une s quence de plusieurs actions s lectionner une action indiquer le temps en secondes ins rer l action en validant le bouton Ajouter l action la s quence S lectionner une nouvelle action indiquer le temps puis etc Pour modifier une action dans la s quence s lectionner l action dans la s quence choisir une nouvelle action et indiquer le temps puis valider par le bouton Pour ins rer une action dans une s quence s lectionner l action post rieure dans la s quence choisir une nouvelle action et indiquer le temps puis valider par le bouton Ins rer Lancer la s quence en activant le bouton Ex cuter la s quence L action active ainsi que son temps coul s affiche dans la fen tre le circuit hydraulique activ est re
40. pr sent sur le synoptique Vous pouvez sauvegarder la s quence dans un fichier en validant le bouton fichier Vous pouvez charger et r aliser une s quence sauvegard e dans le fichier en validant le bouton Charger le fichier Page 45 sur 51 4 3 Le mode des extractions en mode automatique Ce mode donne acc s la fen tre de param trage du syst me SBSE en d finissant les dates de d clenchement de chaque extraction Fy SBSE2 Planification des extractions en mode automatiq E mE REACTIFS M F actif 1 00 00 20 Jw R actif 21 Jw R actif 00 00 10 REMPLISS GE FLACON 00 00 15 Temps en secondes 47 I Flacons 1 2 3 04 10 2013 11 02 24 Flacons 4 5 6 04 70 2013 11 23 09 W Flacons 7 5 9 0471072013 11 43 54 Date du jour 5 Programmer le SBSE 2 D part imm diat du triplicat de Compl te les dates mesure du flacon s lectionn ala suite Il faut pr alablement s assurer de la bonne synchronisation des dates et heures de l ordinateur et de l horloge interne du syst me SBSE voir 3 3 Ouvrir la fen tre du mode Planification des extractions en mode automatique indiquer la dur e d agitation choisir le ou les r actifs ai
41. ptyl ph nol 3 5 d est conserver au r frig rateur et est utilisable 1 mois Page 51 sur 51
42. que d extraction concentration SBSE Stir Bar Sorptive Extraction coupl e l analyse par Chromatographie en Phase Gazeuse et D tection par Spectrom trie de Masse GC MS pr sente de nombreux avantages sensibilit et simplicit du protocole de pr paration des chantillons et permet des applications tr s diverses et l extraction de tr s nombreux compos s hydrophobes et polaires Cette technique est particuli rement bien adapt e au d veloppement d un syst me autonome permettant de pr lever l eau du milieu et de proc der l extraction des chantillons l analyse des barreaux par GC MS tant effectu e par la suite au laboratoire A partir de 2005 un module SBSE autonome permettant de pr lever et d extraire in situ a t d velopp Les solutions technologiques qui ont t trouv es gr ce ce premier prototype ont servi de base aux d veloppements ult rieurs notamment la version automatis e et portable de la technique SBSE valise SBSE qui fait l objet de la convention ONEMA Ifremer 2012 Cette nouvelle version permet l introduction des r actifs de d rivation afin de pouvoir aussi doser en plus des hydrophobes des compos s polaires Mots cl s th matique et g ographique SBSE contaminants organiques hydrophobes et polaires automatisation Page 8 sur 51 SBSE technique development automation extension to polar compounds SBSE suitcase Final Report AQUAREF 2014 51 p J L Gonzalez A L
43. r des pr l vements ponctuels volume d chantillon connu d clench s manuellement programm s ou sur v nement Version surface Valise SBSE Sur paillasse my partir du bord berge digue pont N partir d une embarcation Module SBSE autonome Module SBSE associ la station benthique FRAME petits fonds Version immerg e Figure 2 Diff rentes possibilit s d utilisation du module SBSE automatis A la diff rence de la version de surface la version immerg e a t con ue pour pouvoir fonctionner des profondeurs 100m Page 12 sur 51 chantillon sur paillasse situ Interface Homme Machine I H M Etalon 2 R actifs 3 extractions en triplicat SS Wa Kr Flacon d extraction ad b 4 E secteur 230V 50 Hz gt a Evacuation vers poubeiie 1 W Eau analyser ou solution gt de nettoyage m R actif 1 anhydride ac tique Barreau SBSE Figure 3 Principe de fonctionnement de la valise SBSE L eau est pomp e dans des flacons d extraction 100 ml dans lesquelles le barreau est mis en rotation le barreau est ensuite analys en GC MS La particularit de cette version est de permettre l injection de r actifs dans les chambres d extraction via trois pompes annexes Dans sa version actuelle Fig 3 le syst me est cons
44. re connect e l chantillon d eau pr lever 5 R cup ration des barreaux Eteindre l alimentation lectrique puis la remettre en marche afin de r initialiser l appareil Connecter l ordinateur au port s rie et lancer le logiciel Dans la fen tre principale s lectionner le mode ce mode va permettre de vider automatiquement une partie de l eau contenue dans les flacons ATTENTION Introduire le tuyau d alimentation de la pompe vers une POUBELLE 3j SBSE2 Vidange S lectionner les flacons vider Vidange des flacons Indiquer le temps de vidange min Flacon 1 Flacon 2 V rifier si la pompe est connect e la poubelle Flacon 3 Lancer la s quence en validant le bouton ia Flacon 5 Vidanger Flacon 6 Lorsque 1 s quence est termin e ouvrir les flacons et r cup rer les twisters Flacon 8 Tous les flacons Pendant chacun 00 01 00 ES Vidanger STOP Pr alablement mettre des gants en latex non poudr s Les barreaux sont r cup r s avec une pince inox pr alablement pyrolis e et rinc au dessus d un erlenmeyer propre au cas ou le barreau tombe avec de l eau ultra pure Le barreau est alors s ch sur papier absorbant propre puis introduit dans son conditionnement initial Il est important d viter tout contact avec le barreau autre que la pince et le papier Page 47 sur 51 6 Le mode Expert Ce mode permet de commander un ou plusieurs actionneurs d
45. rt sur le choix des mat riaux compatibles avec les compos s qui seront analys s pour viter les risques de contamination ainsi que des ph nom nes d adsorption des compos s sur les parois ce qui pourrait r duire leur extraction Du fait que l extraction de certains compos s necessite l ajout de r actifs d rivation in situ les mat riaux utilis s doivent tre compatibles avec les r actifs utilis s qui peuvent tre corrosifs Les diff rents composants du syst me joints raccords tubes ont t test s afin d identifier les plus inertes Fig 4 dans le cas de l analyse de mol cules hydrophobes mais galement pour des compos s polaires extraits apres d rivation Guyomarch et al 2013 L aluminium initialement utilis pour fabriquer les flacons d extraction de 100 mL ou est r alis e l extraction a t remplac par du titane du fait de processus de d gradation en condition acide 2500 2000 o 1500 i Ww 1000 o 500 0 N N h ya a S S e S x S S n P x x xe K K S Figure 4 Choix des mat riaux Exemple des concentrations en bisph nol A mesur es apres immersion des mat riaux dans l eau osmos e pendant 3 jours pour diff rents mat riaux constituant le systeme SBSE automatis Guyomarch et al 2013 Le joint 1 en silicone Resi concept pr sent l int rieur des flacons d extract
46. rtir d un chantillon d eau de faible volume d extraire et concentrer de nombreux contaminants organiques notamment des compos s faisant partie de la liste des substances prioritaires fix e par la DCE Habituellement l analyse de ces compos s n cessite le pr l vement d un volume important sur site et requiert des tapes d extraction concentration r alis s par du personnel qualifi Cette m thode d velopp e par Balthussen et al 1999 Sandra et al 2003 et David et al 2003 a t appliqu e l eau de mer pour la premiere fois par Roy et al 2005 pour les HAP et a t tendue d autres compos s PCB et certains pesticides dans le cadre d une collaboration lfremer Cedre Cette technique simple et rapide permet d analyser les compos s extraits des niveaux de concentration tres faibles De plus les possibilit s de cette m thode peuvent tre accrues par l ajout de r actifs anhydride ac tique carbonate de potassium par exemple lors de la phase d extraction d rivation in situ ce qui permet d acc der l analyse de compos s plus polaires L automatisation de cette m thode pr sente un potentiel important et de nombreux avantages transfert de la technique plus facile et utilisation simplifi e par un plus grand nombre de personnes notamment celles qui sont en charge de la surveillance de la contamination des milieux aquatiques am lioration de la reproductibilit des r sultats d clenchement automatique des
47. ser sont donc d sorb es dans le TDU puis recondens es dans le CIS avant d tre analys es an GC MS MS La liste des mol cules cibles ainsi que les abr viations utilis es dans ce rapport sont pr sent es ci dessous Compos s HAPs Abr viations Compos s PCBs Pesticides Naphtal ne N Benzothioph ne BT PCB 138 Alachlore 2 m thylnaphtal ne 2 MN PCB 156 Aldrine Biph nyl B PCB 180 Metolachlore Ac naphtyl ne ANA PCB 169 Chlorpyrifos Ac napht ne ANY PCB 7 Parathion Fluor ne F PCB 28 Isodrine Dibenzothioph ne DBT PCB 52 Metazachlore Ph nanthr ne P PCB 35 Chlorfenvinphos Anthrac ne A PCB 101 2 4 dde Fluoranth ne FL PCB 77 Endosulfan alfa Pyr ne PY PCB 135 4 4 dde 2 m thylfluoranth ne 2 MFL PCB 118 Dieldrine Benzo a anthrac ne B a A PCB 153 2 4 ddd Chrys ne C PCB 105 Endrine Benzo b fluoanth ne B b FL Alpha BHC Endosulfan beta Benzo k fluoanth ne B k FL Hexachlorobenzene 4 4ddd Benzo e pyr ne B e PY Beta BHC 2 4 ddt Benzo a pyr ne Gama Endosulfan sulfate P ryl ne PE Diazinon 4 4ddt Ind no 1 2 3 cd pyr ne IND Delta BHC Hexazinone Dibenzo a h anthrac ne DBA Acetochlore Page 14 sur 51 Benzofg h i perylene BPE Methylparathion Page 15 sur 51 Ill Validation A chaque tape du d veloppement du syst me diff rents aspects techniques et analytiques ont du tre valu s et valid s Ill 1 Choix des mat riaux Dans un premier temps une partie importante du d veloppement a po
48. ses par l application de la Directive Cadre sur l Eau Les mol cules cibles concern es par la DCE sont des hydrocarbures aromatiques polycycliques HAP des polychlorobiph nyles PCB des pesticides et des chloroph nols Cette comparaison indique que l extraction via le systeme SBSE automatis r duit la sensibilit de la m thode d un facteur proche de 3 Tab 1 mais tout en restant en accord avec les exigences de la DCE Guyomarch et al 2013 Ces performances ont pu tre am lior es apr s passage d une d tection par simple quadrip le MS a de la spectrom trie de masse en tandem MS MS L optimisation et le d veloppement de la m thode SBSE TD thermo d sorption GC MS MS ont permis l analyse simultan e des compos s classiques HAPs PCBs pesticides organochlor s mais aussi plus volatils HAPs d riv s alkyl s d riv s ramifi s et BTEX L analyse de compos s plus polaires avec d rivation in situ a galement t r alis e pour les ph nols et chloroph nols 2 chloroph nol 2 4 dichloroph nol 4 chloro 3 m thylph nol 2 4 5 trichloroph nol 2 4 6 trichloroph nol pentachloroph nol Fig 6 BExtraction classique B Extraction Rapport R ponse Mol cules cibles talons deut r s Figure 6 Comparaison des rapports de r ponse Mol cules cibles talons internes deut r s apr s extraction classique flacon en verre et par le prototype Page 18 sur 51 Tableau 1 Limites de quan
49. t en champ lointain Le nom des substances en abscisse est explicit dans le tableau 2 n 3 V 3 2 Autres sites de pr l vement Les r sultats des analyses effectu es sur les 4 autres sites Tab 3 et Fig 12 ne peuvent tre compar s entre elles car les 2 protocoles extraction SBSE classique et valise n ont pas t r alis s simultan ment Cependant compte tenu des observations formul es pr c demment il apparait que la valise SBSE permet de quantifier a des faibles niveaux plusieurs PCBs et pesticides Par ailleurs les 3 chantillons extraits par l interm diaire de la valise m me s ils sont d origine diverses permettent de confirmer la surestimation de la concentration de certains compos s notamment le biphenyl Page 27 sur 51 Ste Suzanne B Le GOL Etang St Paul Bi St Jean aval Concentration ng L YA E E Sy gt e oe e S gt Fo x amp 2 9 9 ra v gt m ul Y 2 e 2 ee ni o D SS 49 S x e e gt gt se e N 2 ae e Figure 12 Comparaison des r sultats d analyse pour diff rents sites de pr l vements par la valise SBSE l exception des extractions r alis es selon le protocole classique l Etang St Paul d m VI Conclusions et Perspectives Les travaux r alis s dans le cadre de la collaboration avec le Cedre montrent que l utilisation de la t
50. ter les surpressions Le nettoyage peut tre r alis avec de l eau d sionis e MilliQ et ou de l thanol eau d sionis e MilliQ 50 50 Nettoyage boucle rince avec la solution de nettoyage eau d sionis e MilliQ thanol eau d sionis e MilliQ 50 50 la boucle d injection du r actif correspondant A faire pour chaque boucle d injection de r actif qui sera utilis Nettoyage entr e chantillon rince avec la solution de nettoyage eau d sionis e MilliQ thanol eau d sionis e MilliQ 50 560 chantillon le circuit d entr e de l chantillon A faire pour chaque r actif utilis Nettoyage flacon d extraction rince avec la solution de nettoyage eau d sionis e MilliQ thanol eau d sionis e MilliQ 50 50 chantillon le circuit de remplissage et le flacon d extraction s lectionn Nettoyage circuit d alimentation rince avec la solution de nettoyage eau d sionis e MilliQ thanol eau d sionis e MilliQ 50 50 chantillon le circuit de remplissage du triplicat s lectionn Il est possible d utiliser via le mode Programmation de s quences des s quences de nettoyage compl tes pr programm es 4 Proc dure de nettoyage complet de l appareil avant stockage de l appareil 4 1 Nettoyage des supports des flacons D monter les joints toriques transparents et les nettoyer comme indiqu en 2 Nettoyer les supports avec une pissette d eau d sionis e MilliQ
51. tification obtenues selon les protocoles classiques de laboratoire et avec l utilisation du syst me automatis compar es aux normes de qualit environnementales Guyomarch et al 2013 Compos s LQ iporatoie Mg L LQ syst me Mg L ng L PAHs 0 04 0 3 0 2 1 1 2 2400 Pesticides 0 03 0 4 0 1 1 1 5 600 PCBs 0 02 0 1 0 2 1 0 1 Chloroph nols 0 1 0 6 0 3 1 2 200 1000 LQ laboratoire ng L Compos s Naphtal ne Benzothioph ne Biph nyl Ac naphtyl ne Ac napht ne Fluor ne Dibenzothioph ne Ph nantr ne Anthrac ne Fluoranth ne Pyr ne Benzo a anthrac ne Chrys ne Benzo b fluoranthene Benzol k fluoranth ne Benzo e pyr ne Benzo a pyrene Perylene Indeno 1 2 3 cd pyr ne Benzo g h i p ryl ne Dibenzo a h anthrac ne PCB 7 PCB 28 PCB 52 PCB 35 PCB 101 PCB 135 PCB 105 PCB 138 PCB 118 PCB 153 PCB 156 PCB 180 PCB 169 LQ NQE eaux de surface prototype int rieures ng L s 0 002 0 00006 Page 19 sur 51 Alpha BHC Atrazine Beta BHC gamma BHC Diazinon Delta BHC Aldrine Endosulfan alpha Endosulphan beta Isodrine Dieldrine Endrine Alachlore Metolachlore Metazachlore Endosulfan sulfate 2 4 DDE 4 4 DDE 2 4 DDD 4 4 DDD 2 4 4 4 DDT phenol o cresol m cresol p cresol 2 chlorophenol 2 4 dimethylphenol 2 4 dichlorophenol 4 chloro 3 methylphenol 2 6 dichlorophenol 4 ter butylphenol 2 4 6 trichlorophenol 2 4 5 trichloropheno
52. titu de 9 flacons d extraction en titane permettant 3 extractions en triplicat du m me chantillon dans lesquels le remplissage les ajouts de solution talon et de r actifs ainsi que la vidange se font gr ce des pompes p ristaltiques et des lectrovannes pilot s via Ul H M Interface Homme Machine Le syst me d ouverture et fermeture des flacons par rotation quart de tour facilite les op rations de mise en place et r cup ration des barreaux SBSE ainsi que les op rations de nettoyage Dans le cas des compos s plus polaires l ajout de r actifs est n cessaire afin de transformer ces compos s en mol cules moins polaires d rivation in situ pouvant tre extraites par SBSE L injection de volumes pr cis de la solution talon ou des r actifs de d rivation se fait gr ce des boucles dinjection L I H M install e sur un ordinateur permet de contr ler et programmer toutes ces op rations via une interface RS 232 Il est possible de programmer des s quences de fonctionnement diff rentes moment de l chantillonnage addition des r actifs et volumes temps d extraction proc dures de Page 13 sur 51 nettoyage Le syst me peut tre pilot suivant diff rents modes manuel programm voir Manuel d utilisation L ensemble est conditionn dans une valise tout terrain qui regroupe les neufs flacons d extraction les actionneurs pompes p ristaltiques lectrovannes agitateurs et l lectronique
53. u contenue dans les flacons SBSE2 Vidange Vidange des flacons ATTENTION Introduire le tuyau d alimentation de la pompe dans un bidon POUBELLE afin de ne pas Flacon 1 polluer le produit ayant servi au nettoyage Flacon 2 Flacon 3 S lectionner les flacons vider Flacon4 Indiquer le temps de vidange 1 min Flacon 5 Verifier si la pompe d alimentation est connect e a la poubelle Flacon Lancer la s quence en validant le bouton Vidanger Flacon 8 Effectuer le nettoyage g n ral de l appareil SBSE 2 Tous les flacons en appliquant la proc dure d crite pr c demment avec les produits suivants Pendantchacun 00 01 00 eau d sionis e MilliQ thanol eau d sionis e MilliQ 50 50 eau d sionis e MilliQ pour le rin age final Page 50 sur 51 ANNEXE 2 Pr paration des r actifs Les diverses solutions sont pr parer dans des flacons en verre pr alablement pass s au four 400 C Analyse des HAPs PCBs et pesticides Afin de quantifier les HAPs PCBs et pesticides la technique de l talonnage interne a t appliqu e Des HAPs et pesticides deut r s sont donc ajouter aux chantillons d eau a analyser avant extraction Naphtalene dg Biph nyl dio Ph nanthr ne d o Chrys ne d Ethylparathion dio Pyrene djio Benzo a anthrac ne d Benzo a pyrene d 2 et le Benzo g h i p ryl ne d 2 La solution d talons i
54. uence peut tre modifi Pour cela s lectionner l action modifier la dur e et valider par le bouton modifier Cette nouvelle s quence peut tre sauvegard e dans le fichier La pr paration des diff rents r actifs qui peuvent tre utilis s solution d talonnage K2CO 6 612 K CO dans 50ml d eau d ionis e l anhydride ac tique est d crite dans l annexe wA Vous pouvez maintenant introduire les twisters barreaux SBSE dans les flacons ouverture 1 4 de tour afin de lancer les op rations d extraction Page 42 sur 51 4 Les modes de pilotage du SBSE 2 La fen tre principale donne acc s quatre modes de pilotage du SBSE 2 permet de s lectionner et contr ler une seule action la fois Programmation de s quences pour r aliser ou programmer et sauvegarder des s quences de plusieurs actions Planification des extractions en mode automatique permet de d finir les dates de d clenchement de chaque extraction qui permet de vider automatiquement l eau contenue dans les flacons d extraction L activation d un mode ouvre la fen tre de pilotage du mode activ ainsi que la fen tre synoptique du SBSE 2 ci dessous sauf en mode Planification des extractions en mode automatique SBSE2 MODE MANUEL Eau pr lev e Boucle 1 Soupape Boucle2 n5 1 P OFF a Contr le d bit Boucle 3 2 2 a
55. ves associ es d pendent des quantit s r ellement introduites Afin de v rifier que les talons internes taient correctement introduits dans les flacons d extraction de la valise diff rents tests ont t n cessaires notamment sur les diff rentes positions des flacons et sur les diff rents tuyaux d injection des r actifs Les conditions op ratoires r sultant de cette phase pr liminaire ont t fix es comme suit e Introduction des deut r s par la boucle de 221 cm de long pour un diam tre interne de 2 4 mm le temps de chargement tant fix 80 secondes e le temps de chargement des flacons d extraction Fig 3 a t fix 42 secondes Il est noter que ces conditions sont le r sultat de diff rents essais r alis s au cours de deux p riodes de tests distinctes au cours des mois de juin et d octobre 2013 des modifications tant apport es dans l intervalle au dispositif lectronique de contr le IV 2 Validation du protocole analytique IV 2 1 V rification des blancs Une fois les conditions d introduction des talons internes d finies la premi re tape de validation a consist v rifier l ventuelle contamination du syst me Si ce point avait t rapidement r solu lors des tudes pr c dentes la pr sence d un bruit de fond significatif n a pu tre compl tement solutionn e m me apr s de nombreux rincages successifs Ainsi la figure 7 montre la diff rence d abondances et de nom
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