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THESE
Pour obtenir le diplocircme de doctorat
Speacutecialiteacute Sciences agronomiques biotechnologies agro-alimentaires
Preacutepareacutee au sein de lrsquoUniversiteacute de Caen Normandie
Extractions et analyses des hydrocarbures aromatiques
Approches meacutethodologiques
et
Applications agrave des matrices fruitiegraveres
Preacutesenteacutee et soutenue par
Alice PARIS
Thegravese dirigeacutee par Jean-Luc GAILLARD et co-dirigeacutee par Jeacuterocircme LEDAUPHIN Uniteacute de
Recherche laquo Aliments Bioproceacutedeacutes Toxicologie Environnements raquo
Thegravese soutenue publiquement le 8 deacutecembre 2017
devant le jury composeacute de
Mme Claire ELFAKIR Professeur des Universiteacutes Universiteacute drsquoOrleacuteans Rapporteur
M Guido RYCHEN Professeur des Universiteacutes Universiteacute de Lorraine - ENSAIA Rapporteur
Mme Pauline POINOT Maicirctre de Confeacuterences Universiteacute de Poitiers Examinateur
M Jeacuterocircme LEDAUPHIN Maicirctre de Confeacuterences HDR Universiteacute de Caen Normandie Codirecteur de thegravese
M Jean-Luc GAILLARD Professeur des Universiteacutes Universiteacute de Caen Normandie Directeur de thegravese
THESE
Pour obtenir le diplocircme de doctorat
Speacutecialiteacute Sciences agronomiques biotechnologies agro-alimentaires
Preacutepareacutee au sein de lrsquoUniversiteacute de Caen Normandie
Extractions et analyses des hydrocarbures aromatiques
Approches meacutethodologiques
et
Applications agrave des matrices fruitiegraveres
Preacutesenteacutee et soutenue par
Alice PARIS
Thegravese dirigeacutee par Jean-Luc GAILLARD et co-dirigeacutee par Jeacuterocircme LEDAUPHIN Uniteacute de
Recherche laquo Aliments Bioproceacutedeacutes Toxicologie Environnements raquo
Thegravese soutenue publiquement le 8 deacutecembre 2017
devant le jury composeacute de
Mme Claire ELFAKIR Professeur des Universiteacutes Universiteacute drsquoOrleacuteans Rapporteur
M Guido RYCHEN Professeur des Universiteacutes Universiteacute de Lorraine - ENSAIA Rapporteur
Mme Pauline POINOT Maicirctre de Confeacuterences Universiteacute de Poitiers Examinateur
M Jeacuterocircme LEDAUPHIN Maicirctre de Confeacuterences HDR Universiteacute de Caen Normandie Codirecteur de thegravese
M Jean-Luc GAILLARD Professeur des Universiteacutes Universiteacute de Caen Normandie Directeur de thegravese
Remerciements
Je tiens tout drsquoabord agrave remercier la Reacutegion Normandie pour mrsquoavoir financeacutee au cours des
trois premiegraveres anneacutees de thegravese
Je souhaite eacutegalement sincegraverement remercier Madame Claire ELFAKIR et Monsieur Guido
RYCHEN drsquoavoir accepteacute drsquoecirctre les rapporteurs de cette thegravese et de faire partie du jury Je
suis tregraves reconnaissante pour le temps que vous avez consacreacute agrave la lecture de ce travail
Un grand merci agrave Monsieur Jean-Luc GAILLARD et agrave Monsieur Jeacuterocircme LEDAUPHIN de
mrsquoavoir fait confiance pour mener agrave bien ce projet de thegravese Merci drsquoavoir partageacute votre
enthousiasme et vos compeacutetences Votre encadrement vos conseils et vos encouragements
mrsquoont permis de progresser personnellement et professionnellement
Merci agrave Madame Pauline POINOT drsquoavoir eacuteteacute agrave lrsquoinitiative et de mrsquoavoir encourageacutee agrave
reacutediger le projet de revue Ce fut long (tregraves long) mais ce travail est sur le point drsquoaboutir et
jrsquoen tirerai une immense satisfaction
Je remercie eacutegalement Monsieur Didier HENNEQUIN pour mrsquoavoir aiguilleacute et aideacute pour le
traitement statistique des reacutesultats
Mes remerciements vont aussi agrave tous les membres de lrsquoeacutequipe du Laboratoire Aliments
Bioproceacutedeacutes Toxicologie Environnements pour la bonne ambiance plus chaleureuse que la
tempeacuterature des locaux de lrsquouniversiteacute (mais crsquoest connu le froid ccedila conserve)
A Meacutelanie et Vanessa pour mrsquoavoir aideacute dans mes premiers pas au laboratoire et aussi agrave
Marielle pour ta disponibiliteacute et ta reacuteactiviteacute pour les demandes de derniegraveres minutes
Un grand merci agrave Benoicirct bien sucircr pour avoir eacuteteacute agrave mes cocircteacutes dans la lutte contre le
soulegravevement des machines une aventure bien remplie dont je te laisse eacutecrire la suite avec
Chaiumlmaa (mes amitieacutes au laquo lutin du labo raquo si vous le croisez)
Merci aux enseignants du deacutepartement Geacutenie Chimique de lrsquoIUT de Caen et plus
particuliegraverement agrave David et agrave Claire qui mrsquoont permis drsquoameacutenager mon emploi du temps
drsquoATER en fonction des contraintes imposeacutee par les manipulations et par la reacutedaction de
thegravese
Merci agrave tous ceux avec qui jrsquoai partageacute le bureau theacutesards et post-doc pour le calme de cet
espace de travail
Merci au service informatique du Campus 2 de lrsquoIUT de Caen qui mrsquoa aideacute agrave reacutecupeacuterer une
grande partie de mon manuscrit apregraves qursquoune attaque de ransomware ai crypteacute tous mes
fichiers (eh non ccedila nrsquoarrive pas que dans les films)
Je rajoute une petite penseacutee pour toutes les pommes sacrifieacutees au nom de la science
nombreux sont ceux qui auraient preacutefeacutereacute vous voir disparaitre dans laquo le triangle des
Bermudes raquo (ou salle de pause) sous forme de tarte ou autres pacirctisseries
Je salue eacutegalement tous ceux qui mrsquoont klaxonneacute quand je cueillais des pommes avec mes
gants verts sur le bord des routes
Mes remerciements vont aussi agrave Ceacutedric qui mrsquoa preacutepareacute de bons petits plats et fait en sorte
que lrsquoappartement reste dans un eacutetat deacutecent au cours de ces derniegraveres semaines de reacutedaction
Enfin Je ne pourrais jamais assez remercier mes parents pour leur soutien indeacutefectible votre
preacutesence ainsi que celle drsquoAnne-Line et de Calie mrsquoest plus qursquoindispensable
Je tiens tout particuliegraverement agrave deacutedier ce travail agrave mes deux grands-megraveres qui sont pour moi
de tregraves beaux exemples de femme intelligente et indeacutependante
Table des matiegraveres
Liste des figures i
Liste des tableaux iv
Liste des abreacuteviations viii
Introduction geacuteneacuterale 1
Chapitre 1 Introduction Bibliographique 3
11 Preacutesentation des hydrocarbures aromatiques 3
111 Structure et proprieacuteteacutes 3
112 Origines 6
113 Identification de profils drsquohydrocarbures aromatiques eacutemis en fonction des sources drsquoeacutemissions 7
114 Formation 8
12 Dispersion et meacutecanismes de deacutegradation des hydrocarbures aromatiques dans lrsquoenvironnement 10
121 Dispersion des hydrocarbures aromatiques dans lrsquoair 10
122 Dispersion des hydrocarbures aromatiques au niveau du sol 13
123 Dispersion des hydrocarbures aromatiques dans lrsquoenvironnement aquatique 17
13 Conseacutequences eacutecologiques 18
131 Contamination des veacutegeacutetaux 18
132 Contamination de la faune terrestre 20
133 Conseacutequences sur les micro-organismes du sol 22
134 Contamination des espegraveces aquatiques 22
135 Contamination des aliments 23
1351 Contenu en hydrocarbures aromatiques dans les fruits et les leacutegumes 24
13511 Contenu en BTEX dans les fruits et leacutegumes 24
13512 Contenu en HAP dans les fruits et leacutegumes 25
1352 Impact de lrsquoemballage et du stockage sur le contenu en hydrocarbures aromatiques dans les
aliments 28
1353 Impact des proceacutedeacutes de cuisson sur le contenu en hydrocarbures aromatiques dans les aliments28
1354 Exposition humaine aux hydrocarbures aromatiques via lrsquoalimentation 31
14 Exposition et meacutetabolisme des hydrocarbures aromatiques potentielle toxiciteacute par voie orale 31
141 Les BTEX 31
1411 Meacutetabolisme des BTEX 31
1412 Toxiciteacute des BTEX chez lrsquoHomme 32
1413 Toxiciteacute des BTEX chez les animaux 34
142 Les hydrocarbures aromatiques polycycliques 34
1421 Meacutetabolisme des HAP 35
1422 Toxiciteacute des HAP chez lrsquoHomme 36
1423 Toxiciteacute des HAP chez lrsquoanimal 36
15 Reacuteglementation concernant la preacutesence drsquohydrocarbures aromatiques lrsquoeau de consommation et les
aliments 38
151 Lrsquoeau 38
151 Les aliments 38
16 Meacutethodes de deacutetermination des hydrocarbures aromatiques 41
161 Meacutethodes drsquoextraction 42
1611 Techniques drsquoextraction par solvant 43
16111 Soxhlet 43
16112 Extractions liquideliquide et solideliquide (LLE et SLE) 48
161121 Extraction assisteacutee par les ultrasons (UAE) 49
161122 Extraction assisteacutee par les micro-ondes (MAE) 50
161123 Extraction par liquide pressuriseacute (PLE) 51
1612 Purification 55
16121 Extractions en phase solide (SPE) 55
16122 Chromatographie drsquoexclusion 58
1613 Proceacutedures drsquoeacutevaporation de solvant 59
16131 Concentration sous flux gazeux 59
16132 Concentration par eacutevaporateur rotatif 59
1614 Techniques drsquoextraction avec support drsquoextraction miniaturiseacute 60
16141 Micro-extraction en phase solide (SPME) 61
16142 Extraction dynamique en phase solide (SPDE) 67
16143 Extraction par sorption sur barreau magneacutetique (SBSE) 67
16144 Micro-extraction par solide compacteacute (MEPS) 69
162 Seacuteparation et deacutetection analytique des hydrocarbures aromatiques 75
1621 Seacuteparation par chromatographie liquide agrave hautes performances (HPLC) 75
1622 Deacutetection apregraves seacuteparation en chromatographie liquide 76
16221 Deacutetecteur de fluorescence (FLD) 76
16222 Deacutetecteur ultraviolet-visible (UV) 79
16223 Deacutetecteur agrave barrettes de diode (DAD) 79
16224 Spectromegravetre de masse (MS) 79
1623 Seacuteparation par chromatographie en phase gazeuse 80
16231 Modes drsquoinjection en chromatographie en phase gazeuse 80
16232 Colonnes et phases stationnaires en chromatographie en phase gazeuse 81
1624 Deacutetection apregraves seacuteparation par chromatographie en phase gazeuse 83
16241 Deacutetecteur agrave ionisation de flamme (FID) 83
16242 Spectromeacutetrie de masse (MS) 84
162421 Modes drsquoionisation lors du couplage avec la chromatographie en phase
gazeuse 84
1624211 Ionisation eacutelectronique (EI) 84
1624212 Ionisation chimique (CI) 85
162422 Analyseurs de masse mis en œuvre lors du couplage avec la
chromatographie en phase gazeuse 85
1624221 Quadripocircle 85
1624221 Triple quadripocircle et trappe ionique 85
163 Bilan sur les meacutethodes drsquoextraction et drsquoanalyse des hydrocarbures aromatiques pour les fruits et les
leacutegumes 86
Chapitre 2 Contexte et objectifs de lrsquoeacutetude 87
21 La pomme Preacutesentation et inteacuterecircts agricole et eacuteconomique 87
211 La pomme Un produit agricole local 90
212 Composition de la matrice pomme 92
22 Lrsquoenvironnement des vergers normands 96
23 Objectifs de la thegravese 99
Chapitre 3 Mateacuteriels et meacutethodes 102
31 Echantillons 102
32 Solvants et standards 106
33 Extractions 108
331 Mateacuteriels drsquoextraction 108
332 Proceacutedures drsquoextraction 109
3321 Extraction des composeacutes volatils et semi-volatils BTEX et HAP leacutegers 109
3322 Extraction des hydrocarbures aromatiques les plus lourds 111
33221 Extraction assisteacutee par les ultrasons coupleacutee agrave une extraction sur phase solide
(UAESPE) 111
33222 Extraction assisteacutee par les ultrasons coupleacutee agrave une micro-extraction par solide
compacteacute (UAEMEPS) 114
34 Proceacutedures de deacutecontamination du mateacuteriel drsquoextraction et de la verrerie 116
341 Nettoyage de la verrerie 116
342 Nettoyage des capillaires du montage Visiprep Solid Phase Extraction Vacuum Manifold 117
35 Analyses par GC-MS 118
351 Mateacuteriel drsquoanalyse (GC-MS) 118
352 Proceacutedures analytiques de seacuteparation et de deacutetection en GC-MS 118
3521 Analyse des BTEX et HAP leacutegers 118
3522 Proceacutedure de deacutesorption compleacutementaire pour le conditionnement des fibres avant extraction 122
3523 Analyse des HAP lourds 122
3524 Programme compleacutementaire pour lrsquoeacutelimination de reacutesidus avant et apregraves analyse par GC-MS 124
3525 Veacuterification des seacuteparations chromatographiques 124
36 Validation des meacutethodes 125
361 Lineacuteariteacute et justesse gammes drsquoeacutetalonnage 126
362 Fideacuteliteacute tests de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire 126
363 Sensibiliteacute limites de deacutetection et de quantification (LOD et LOQ) 126
364 Analyses statistiques des donneacutees 126
37 Tests drsquoutilisation des meacutethodologies drsquoextraction 127
371 Deacutetermination du taux de reacutecupeacuteration apregraves micro-extraction par solide compacteacute 127
372 Veacuterification de lrsquoaddition de HAP agrave une pomme entiegravere 128
373 Essais de conservation des eacutechantillons et des extraits 129
3731 Congeacutelation de broyats de pomme additionneacutes de BTEX en vue drsquoune extraction ulteacuterieure en
HS-SPME 129
3732 Reacutefrigeacuteration de lrsquoextrait apregraves extraction assisteacutee par les ultrasons en vue drsquoune purification
ulteacuterieure par micro-extraction par solide compacteacute 129
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques 131
Partie 41 Approches meacutethodologiques pour la deacutetermination des hydrocarbures aromatiques
monocycliques dans des matrices fruitiegraveres 131
411 Choix des meacutethodologies drsquoextraction de seacuteparation et de deacutetection pour les hydrocarbures
aromatiques monocycliques 132
4111 Choix de la meacutethodologie drsquoextraction pour les hydrocarbures aromatiques monocycliques 132
4112 Choix du revecirctement du support drsquoextraction en HS-SPME 132
4113 Choix de la meacutethode seacuteparative et de la phase stationnaire 133
4114 Choix de la meacutethode de deacutetection 133
4115 Application des meacutethodologies agrave la seacuteparation et agrave la deacutetection des hydrocarbures aromatiques
monocycliques 134
412 Optimisation de la proceacutedure de deacutesorption de la fibre apregraves extraction en HS-SPME 135
4121 Donneacutees de deacutesorption thermique en HS-SPME dans la litteacuterature 136
4122 Paramegravetres seacutelectionneacutes pour la deacutesorption de la fibre HS-SPME 137
4123 Application de la HS-SPME agrave la deacutetermination des BTEX preacutesents agrave faibles concentrations
(microgkg) dans la pomme 138
413 Optimisation de la proceacutedure de drsquoextraction en HS-SPME 141
4131 Veacuterification de lrsquoutilisation du nonane comme eacutetalon interne pour la proceacutedure drsquoextraction en
HS-SPME (meacutethode HS-SPME 1) 141
4132 Choix du mode de conservation pour les eacutechantillons de pomme broyeacutee 143
414 Validation de la meacutethode HS-SPME 1 avec la pomme et la poire 147
4141 Essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire pour la meacutethode HS-SPME 1 avec la pomme147
4142 Reacutealisation des gammes drsquoeacutetalonnage pour la meacutethode HS-SPME 1 avec la pomme 148
4143 Deacutetermination des limites de deacutetection et de quantification pour la meacutethode HS-SPME 1 avec la
pomme 150
4144 Reacutealisation des droites drsquoeacutetalonnage avec la meacutethode HS-SPME 1 appliqueacutee agrave la poire 150
4145 Deacutetermination des limites de deacutetection et quantification pour la meacutethode HS-SPME 1 appliqueacutee
agrave la poire 152
415 Validation de la meacutethode HS-SPME 2 pour diffeacuterentes matrices fruitiegraveres 152
4151 Validation de la meacutethode HS-SPME 2 avec la pomme 152
41511 Reacutepeacutetabiliteacute et fideacuteliteacute intermeacutediaire pour la meacutethode HS-SPME 2 avec la pomme 154
41512 Reacutealisation des gammes drsquoeacutetalonnage pour la meacutethode HS-SPME 2 avec la pomme
155
41513 Deacutetermination des limites de deacutetection et de quantification pour la meacutethode HS-
SPME 2 avec la pomme 156
4152 Validation de la meacutethode HS-SPME 2 avec drsquoautres matrices fruitiegraveres 156
41521 Reacutealisation des gammes drsquoeacutetalonnage avec la meacutethode HS-SPME 2 pour diverses
matrices fruitiegraveres 157
41522 Deacutetermination des limites de deacutetection et quantification pour la meacutethode HS-SPME 2
pour diverses matrices fruitiegraveres 158
416 Mise en place et eacutevaluation drsquoun nouveau support drsquoextraction e HS-SPME pour lrsquoanalyse des BTEX
dans la pomme 159
4161 Essais de revecirctements PDMS pour la fibre utiliseacutee en micro-extraction en phase solide dans
lrsquoespace de tecircte 159
4162 Validation du revecirctement PDMS 100 microm comme support drsquoextraction en HS-SPME 160
4163 Reacutealisation des gammes drsquoeacutetalonnage pour la meacutethode HS-SPME 3 avec la pomme 161
4164 Deacutetermination des limites de deacutetection et de quantification pour la meacutethode HS-SPME 3 avec la
pomme 163
417 Comparaison des performances des meacutethodes HS-SPME avec la pomme 163
Partie 42 Applications agrave des matrices fruitiegraveres 169
421 Contenu en BTEX dans des pommes reacutecolteacutees en Normandie 169
422 Estimation de lrsquoapport de BTEX agrave travers lrsquoingestion des pommes reacutecolteacutees 171
423 Estimation du contenu en BTEX dans des fruits du commerce 173
424 Deacutetermination du contenu en BTEX dans des fruits du commerce exposeacutes aux gaz drsquoeacutechappement
drsquoune motorisation diesel 174
425 Deacutetermination des BTEX les pommes avant et apregraves exposition aux fumeacutees de combustion de
biomasse 176
426 Conclusion 178
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques 179
Partie 51 Approches meacutethodologiques pour la deacutetermination des hydrocarbures aromatiques
polycycliques dans des matrices fruitiegraveres 179
511 Adaptation drsquoune meacutethode drsquoextraction des HAP dans la pomme par UAESPE pour leur dosage agrave
lrsquoeacutetat de traces (0 agrave 10 microgkg) 179
5111 Choix de la meacutethodologie drsquoextraction pour les hydrocarbures aromatiques polycycliques 179
5112 Preacuteparation de lrsquoeacutechantillon et extraction assisteacutee par les ultrasons 180
51121 Solvants drsquoextraction 180
51122 Mateacuteriel de preacuteparation des eacutechantillons 180
5113 Elution en SPE 181
51131 Montage de purification en SPE 181
51132 Etape drsquoeacutelution en SPE 181
5114 Etapes de concentration 183
5115 Choix drsquoun eacutetalon interne adapteacute agrave la meacutethodologie UAESPE 186
5116 Seacuteparation et deacutetection en GC-MS 188
51161 Introduction 188
51162 Condition de seacuteparation en GC-MS 189
51163 Conditions de deacutetection en GC-MS 189
512 Validation drsquoune strateacutegie combinant la HS-SPME et lrsquoUAESPE pour lrsquoextraction et la deacutetermination
des HAP agrave lrsquoeacutetat de traces dans diverses matrices fruitiegraveres 190
5121 Introduction 190
5122 Validation du dosage des HAP lourds dans diffeacuterentes matrices fruitiegraveres par UAESPE 193
51221 Lineacuteariteacute des HAP lourds pour une gamme de concentrations de 0 agrave 10 microgkg 193
51222 Limites de deacutetection et de quantification des HAP lourds 195
5123 Validation du dosage des HAP leacutegers par HS-SPME 196
51231 Seacuteparation des HAP leacutegers en GC-MS apregraves extraction par HS-SPME 196
51232 Choix de la fibre drsquoextraction en HS-SPME pour la deacutetermination des HAP leacutegers 197
51233 Essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire pour la deacutetermination des HAP
leacutegers par HS-SPME 199
51234 Veacuterification de la lineacuteariteacute des courbes drsquoeacutetalonnage pour la deacutetermination de HAP
leacutegers agrave des teneurs infeacuterieures agrave 10 microgkg par HS-SPME (meacutethodes HS-SPME 2 et 3) 200
51235 Deacutetermination des limites de deacutetection et de quantification des HAP leacutegers par HS-
SPME pour diffeacuterentes matrices fruitiegraveres 204
5124 Conclusion sur les meacutethodes HS-SPME et UAESPE 207
513 Validation drsquoune meacutethodologie de dosage rapide des HAP dans les pommes par UAEMEPS 208
5131 Optimisation de la proceacutedure drsquoextraction des HAP par MEPS dans la pomme 208
51311 Seacutelection du support drsquoextraction MEPS 208
51312 Reproductibiliteacute des reacutesultats avec diffeacuterents supports de type PEP pour lrsquoextraction
en MEPS 210
51313 Deacutetermination du volume drsquoextrait agrave preacutelever pour lrsquoextraction en MEPS 211
51314 Deacutetermination des conditions drsquoeacutelution optimales pour lrsquoextraction en MEPS 213
51315 Taux de reacutecupeacuteration des HAP par UAEMEPS et veacuterification meacutethodologique 215
51316 Test de conservation de lrsquoextrait UAE pour extraction diffeacutereacutee en MEPS 217
5132 Validation du dosage des HAP par UAEMEPS et comparaison avec la strateacutegie combinant
lrsquoHS-SPME et lrsquoUAESPE 219
51321 Essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire 219
51322 Reacutealisation de lrsquoeacutetalonnage pour le dosage de HAP dans la pomme par UAEMEPS
220
51323 Deacutetermination des limites de deacutetection et de quantification pour le dosage des HAP
dans la pomme par UAEMEPS 223
51324 Comparaison de la meacutethodologie UAEMEPS avec la strateacutegie combinant lrsquoHS-
SPME et lrsquoUAESPE 224
Partie 52 Applications agrave des matrices fruitiegraveres 226
521 Deacutetermination des HAP dans des pommes reacutecolteacutees en Normandie 226
522 Estimation de lrsquoingestion de HAP agrave travers la consommation des pommes reacutecolteacutees en Normandie 230
523 Estimation du contenu en HAP dans les fruits et produits agrave base de fruits du commerce 233
5231 Deacutetermination des HAP dans les fruits du commerce 233
5232 Deacutetermination des HAP dans des produits agrave base de pomme du commerce 235
524 Deacutetermination des HAP dans des fruits exposeacutes aux eacutemissions de gaz de moteur diesel 237
525 Deacutetermination des HAP dans des pommes exposeacutees agrave des fumeacutees issues de la combustion de
biomasse 238
526 Conclusion sur la preacutesence de HAP dans les pommes 242
Conclusions et perspectives 243
Valorisation 247
Reacutefeacuterences 248
i
Liste de figures
Figure 1 Structure des BTEX (a) et des 16 hydrocarbures aromatiques polycycliques prioritaires de la liste de lrsquoUS-
EPA (b)
Figure 2 Pyrosynthegravese du benzegravene agrave partir de lrsquoeacutethane (Ravindra 2008)
Figure 3 Formation du benzegravene par polymeacuterisation de laceacutetylegravene
Figure 4 Formation du pyregravene par combinaison de laceacutetylegravene avec le radical pheacutenanthregravene
Figure 5 Formation du naphtalegravene par pyrolyse agrave partir du pheacutenol (Sharma 2003)
Figure 6 Composeacutes de deacutegradation obtenus apregraves reacuteaction de lrsquoaceacutenaphtylegravene avec un radical hydroxyle (bullOH)
lrsquoozone (O3) ou le radical nitrate (bullNO3) (Zhou 2013)
Figure 7 Devenir des hydrocarbures aromatiques dans lrsquoatmosphegravere
Figure 8 Devenir des hydrocarbures aromatiques au niveau du sol
Figure 9 Cis-dihydrodiols et composeacutes aromatiques dihydroxyleacutes formeacutes apregraves oxydation du naphtalegravene et du
pheacutenanthregravene
Figure 10 Evolution du contenu en HAP (microgkg) en fonction du mode de cuisson
Figure 11 Evolution du contenu en HAP (microgkg) des eacutepinards et des pommes de terre apregraves cuisson par eacutebullition
Figure 12 Formation du benzegravene agrave partir du benzoate de sodium (meacutecanisme proposeacute par Gardner et Laurence 1993)
Figure 13 Meacutetabolisme du benzegravene
Figure 14 Meacutetabolisme du naphtalegravene
Figure 15 Scheacutema drsquoun appareillage de soxhlet
Figure 16 Principe drsquoune extraction en phase solide (SPE) avec reacutetention des analytes
Figure 17 Principe de la chromatographie drsquoexclusion
Figure 18 Principe de lrsquoeacutevaporateur rotatif
Figure 19 Comparaison des supports drsquoextraction miniaturiseacutes
Figure 20 Principe de la micro-extraction en phase solide (SPME)
Figure 21 Principe de lrsquoextraction par sorption sur barreau magneacutetique (SBSE)
Figure 22 Chromatogrammes obtenus par Purcaro et al (2009) en HPLC-FLD pour des eacutechantillons de viandes
fumeacutees contenant des HAP (conditions drsquoexcitation et drsquoeacutemission preacutesenteacutees dans le tableau)
Figure 23 Chromatogramme obtenus par chromatographie en phase gazeuse preacutesentant la seacuteparation du
benzo(b)fluoranthegravene (BbF) du benzo(j)fluoranthegravene (BjF) et du benzo(k)fluoranthegravene (BkF) avec trois phases
stationnaires diffeacuterentes (a) Colonne Optimareg δ-6 (longueur 30 m 025 mm id eacutepaisseur de film 025 μm) (b)
colonne DB-5MS (60 m 025 mm id 025 μm) (c) colonne DB-17MS (60 m 025 mm id 025 μm) (Goacutemez-Ruiz
2009b)
Figure 24 Diagrammes repreacutesentant les principales sources de contamination aux HAP (benzo(a)anthracegravene
chrysegravene benzo(b)fluoranthegravene benzo(k)fluoranthegravene benzo(a)pyregravene indeacuteno(l23-cd)pyregravene
dibenzo(ah)anthracegravene benzo(ghi)perylegravene) chez lrsquoHomme (Menzie 1992)
Figure 25 Evolution de la surface deacutedieacutee aux vergers de pommiers et de la quantiteacute de pommes produites en France
entre 1994 et 2014 (source Food and Agriculture Organization of the United Nations)
ii
Figure 26 Quantiteacute de pommes de table (en milliers de tonnes) reacutecolteacutee par les principales reacutegions productrices
franccedilaise en 2014 (Source Agreste France AgriMer)
Figure 27 Scheacutema geacuteneacuteral dune pomme (source Formation en Biologie Veacutegeacutetale)
Figure 28 Structure de la cuticule (Murtic 2012)
Figure 29 Structure chimique de lrsquoacide ursolique
Figure 30 Structure chimique de lrsquoα-farneacutesegravene
Figure 31 Reacutepartition des eacutemissions de COV NM (en kg) par commune en 2010 (Donneacutees SISTER 2010)
Figure 32 Localisation des sites de preacutelegravevements (points rouges) des pommes en Normandie
Figure 33 Photographies de quelques sites de preacutelegravevement dans des pommiers normands
Figure 34 Montage utiliseacute pour lrsquoexposition intentionnelle des fruits (30 min) aux gaz drsquoeacutechappement diesel
Figure 35 Produits industriels agrave base de pomme
Figure 36 Scheacutema de la proceacutedure drsquoextraction par micro-extraction en phase solide dans lrsquoespace de tecircte (HS-
SPME)
Figure 37 Bain agrave ultrasons thermostateacute agrave 30 degC utiliseacute pour lrsquoextraction assisteacutee par les ultrasons (UAE)
Figure 38 Scheacutema de la proceacutedure de purification par extraction sur phase solide (SPE)
Figure 39 Scheacutema repreacutesentant un micro-tube en verre de 15 mL dans lequel est introduit un micro-insert en verre
de 200 microL
Figure 40 Scheacutema de la proceacutedure de purification de lrsquoextrait obtenu apregraves extraction assisteacutee par les ultrasons
(UAE) par micro-extraction par solide compacteacute (MEPS) constitueacute drsquoun polymegravere PEP
Figure 41 Photographie de la partie supeacuterieure du montage Visiprep Solid Phase Extraction Vacuum Manifold
(Supelco) preacutesentant les valves de controcircle du flux ainsi que les capillaires en polyteacutetrafluoroeacutethylegravene (PTFE)
Figure 42 Chromatographe en phase gazeuse (GC) et spectromegravetre de masse quadripolaire (qMS) utiliseacutes pour
lrsquoanalyse des extraits contenant des HAP et des BTEX
Figure 43 Programme de tempeacuterature initialement utiliseacute pour lrsquoanalyse des extraits obtenus avec la meacutethode HS-
SPME 1 en GC-MS
Figure 44 Programme de tempeacuterature du four de la GC pour lrsquoanalyse des extraits obtenus avec les meacutethodes HS-
SPME 1 2 et 3
Figure 45 Programme de tempeacuterature initial de la GC pour lrsquoanalyse des extraits obtenus avec la meacutethode UAESPE
1
Figure 46 Programme de tempeacuterature de la GC pour lrsquoanalyse des extraits obtenus avec les meacutethodes UAESPE 2 et
UAEMEPS
Figure 47 Calcul du facteur drsquoasymeacutetrie
Figure 48 Illustration de la proceacutedure drsquoaddition de HAP agrave une pomme entiegravere
Figure 49 Chromatogramme obtenu (entre 11 et 27 min) en GC-qMS apregraves injection directe drsquoune solution de BTEX
Figure 50 Chromatogramme obtenu lors de la deacutesorption de la fibre dans lrsquoinsert de la GC-MS (blanc)
Figure 51 Chromatogramme obtenu en GC-qMS apregraves analyse drsquoune nouvelle fibre HS-SPME (CARPDMS 75 microm)
exposeacutee agrave une pomme additionneacutee de BTEX agrave 4 microgkg
Figure 52 Optimisation des paramegravetres de deacutesorption de la fibre drsquoextraction
iii
Figure 53 Chromatogramme obtenu en GC-qMS avec la meacutethode HS-SPME 1 pour une pomme additionneacutee de
BTEX agrave 10 microgkg et de nonane agrave 500 microgkg
Figure 54 Comparaison des aires relatives obtenues en HS-SPME pour une pomme additionneacutee de BTEX agrave 4 microgkg
dans diffeacuterentes conditions de conservation
Figure 55 Comparaison des aires brutes obtenues en HS-SPME pour une pomme additionneacutee de BTEX agrave 4 microgkg
dans diffeacuterentes conditions de conservation
Figure 56 Droites drsquoeacutetalonnage pour les BTEX dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME 1
Figure 57 Droites drsquoeacutetalonnage pour les BTEX dans la poire avec la meacutethode HS-SPME 1
Figure 58 Chromatogramme obtenu en GC-qMS apregraves lrsquoanalyse des BTEX agrave 10 microgkg dans la pomme avec la
meacutethode HS-SPME 2
Figure 59 Droites drsquoeacutetalonnage pour les BTEX dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME 2
Figure 60 Droites drsquoeacutetalonnage pour les BTEX dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME 3
Figure 61 Diagramme en radar comparatif des performances des meacutethodes HS-SPME pour la deacutetermination des
BTEX dans les eacutechantillons de pomme
Figure 62 Reacutecupeacuteration et variabiliteacute du contenu en HAP apregraves eacutelution de fraction de 12 et 21 mL en SPE
Figure 63 Reacutecupeacuteration et variabiliteacute du contenu en HAP en aires relatives apregraves concentration drsquoune solution par
eacutevaporateur rotatif ou sous flux drsquoazote afin drsquoobtenir une concentration finale de 80 microgL
Figure 64 Reacutecupeacuteration et variabiliteacute du contenu en HAP en aires brutes apregraves concentration drsquoune solution par
eacutevaporateur rotatif ou sous flux drsquoazote afin drsquoobtenir une concentration finale de 80 microgL
Figure 65 Chromatogramme obtenu en GC-qMS pour une pomme additionneacutee en HAP agrave 10 microgkg extraits de la
pomme avec la meacutethode UAESPE 2
Figure 66 Droites drsquoeacutetalonnage pour le benzo(ghi)perylegravene benzo(b)fluoranthegravene chrysegravene pyregravene reacutealiseacutees avec la
meacutethode UAESPE 2 pour des ajouts compris entre 0 et 10 microgkg agrave une pomme
Figure 67 Chromatogramme obtenu en GC-qMS avec la meacutethode HS-SPME 2 pour un eacutechantillon de pomme
additionneacute en HAP et BTEX agrave 10 microgkg
Figure 68 Droites drsquoeacutetalonnage reacutealiseacutees avec la pomme pour des ajouts compris entre 0 et 10 microgkg pour les 4 HAP
les plus leacutegers (meacutethode HS-SPME 2)
Figure 69 Droites drsquoeacutetalonnage reacutealiseacutees avec la pomme pour les HAP leacutegers entre 0 et 10 microgkg extraits avec la
meacutethode HS-SPME 3
Figure 70 Evolution de lrsquoaire relative des pics de quelques HAP en fonction du volume drsquoextrait preacuteleveacute en MEPS
Figure 71 Droites drsquoeacutetalonnage pour le pyregravene le benzo(b)fluoranthegravene le chrysegravene et le benzo(ghi)perylegravene reacutealiseacutee
dans la pomme additionneacutee en HAP entre 0 et 10 microgkg avec la meacutethode UAEMEPS
iv
Liste des tableaux
Tableau 1 Donneacutees physico-chimiques sur les BTEX et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (16 HAP de la
liste de polluants prioritaire eacutetablie par lrsquoUS-EPA)
Tableau 2 Exemples de ratios utiliseacutes pour deacuteterminer la provenance des HAP (Tobiszewski 2012)
Tableau 3 Effets toxiques des BTEX chez lrsquoHomme
Tableau 4 Donneacutees de toxiciteacute aiguumle pour lrsquoabsorption des hydrocarbures aromatiques monocycliques par voie orale
Tableau 5 Donneacutees de toxiciteacute aiguumle pour lrsquoabsorption des hydrocarbures aromatiques polycycliques par voie orale
Tableau 6 Teneurs maximales (ML) pour le benzo(a)pyregravene (Regraveglement CE ndeg2082005)
Tableau 7 Facteurs drsquoeacutequivalence toxique (TEF) pour les HAP prioritaires deacutefini par lrsquoUS-EPA (Nisbet 1992)
Tableau 8 Applications de la meacutethode soxhlet pour lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques dans des matrices
environnementales et alimentaires
Tableau 9 Constantes dieacutelectriques pour quelques solvants usuels
Tableau 10 Applications des meacutethodes drsquoextraction par solvant pour la reacutecupeacuteration des hydrocarbures aromatiques
dans des matrices environnementales et alimentaires
Tableau 11 Applications de la micro-extraction en phase solide (SPME) pour la reacutecupeacuteration des hydrocarbures
aromatiques dans des eacutechantillons environnementaux et alimentaires
Tableau 12 Applications de la micro-extraction par solide compacteacute (MEPS) pour la reacutecupeacuteration des
hydrocarbures aromatiques dans des eacutechantillons drsquoeau
Tableau 13 Applications de la micro-extraction par solide compacteacute (MEPS) pour la reacutecupeacuteration drsquoanalytes dans
des matrices solides
Tableau 14 Quantiteacute de pommes de bouche reacutecolteacutees par varieacuteteacutes en France en 2015
Tableau 15 Varieacuteteacutes de pommiers agrave cidre recommandeacutees dans le Calvados la Manche et lrsquoOrne par lrsquoarrecircteacute du 16
juin 1958 du Ministegravere de lrsquoAgriculture
Tableau 16 Principaux constituants de la pomme (donneacutees pour 100 g de fruit)
Tableau 17 Distribution des composeacutes organiques volatils non meacutethaniques eacutemis en Normandie selon les secteurs
drsquoactiviteacute (Donneacutees SISTER 2010)
Tableau 18 Emission de benzegravene et de benzo(a)pyregravene agrave Caen et agrave Cherbourg en 2008 et pourcentage de reacutepartition
en fonction des activiteacutes productrices (donneacutees 2008 ATMO Normandie)
Tableau 19 Rapports mz des ions isoleacutes en mode SIM pour la deacutetection des BTEX et HAP
Tableau 20 Programme initial des rapports mz balayeacutes lors de lrsquoanalyse des extraits obtenus avec la meacutethode HS-
SPME 1
Tableau 21 Programme des rapports mz balayeacutes lors de lrsquoanalyse des extraits obtenus avec les meacutethodes HS-SPME
1 2 et 3
v
Tableau 22 Programme des rapports mz balayeacutes lors de lrsquoanalyse des extraits obtenus avec les meacutethodes UAESPE 2
et UAEMEPS
Tableau 23 Etalons interne utiliseacutes pour chaque meacutethode drsquoextraction
Tableau 24 Evaluation de lrsquoeacutetape de conditionnement (30 min 250 degC) sur la preacutesence des BTEX sur la fibre SPME
de type CARPDMS
Tableau 25 Effet de la modification des conditions de deacutesorption sur lrsquoefficaciteacute chromatographique (nombre de
plateaux) et sur le facteur drsquoasymeacutetrie des pics de BTEX
Tableau 26 Aires brutes du nonane (500 microgkg) en preacutesence ou absence de dichloromeacutethane
Tableau 27 Coefficients de variation pour la reacutepeacutetabiliteacute et la fideacuteliteacute intermeacutediaire des BTEX avec la meacutethode HS-
SPME 1
Tableau 28 Limites de deacutetection et de quantification pour les BTEX dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME 1
Tableau 29 Limites de deacutetection et de quantification pour les BTEX dans la poire avec la meacutethode HS-SPME 1
Tableau 30 Coefficients de variation pour la reacutepeacutetabiliteacute et la fideacuteliteacute intermeacutediaire des BTEX avec la meacutethode HS-
SPME 2
Tableau 31 Limites de deacutetection et de quantification pour les BTEX dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME 2
Tableau 32 Comparaison des donneacutees de lineacuteariteacute obtenues dans les diffeacuterentes matrices fruitiegraveres avec la meacutethode
HS-SPME 2
Tableau 33 Limites de deacutetection et de quantification pour les BTEX dans les diffeacuterentes matrices fruitiegraveres avec la
meacutethode HS-SPME 2
Tableau 34 Comparaison des aires brutes obtenues apregraves extraction des BTEX drsquoune pomme pollueacutee agrave 10 microgkg avec
la meacutethode HS-SPME 2 utilisant des revecirctements de fibres diffeacuterents
Tableau 35 Coefficients de variation pour la reacutepeacutetabiliteacute et la fideacuteliteacute intermeacutediaire des BTEX avec la meacutethode HS-
SPME 3
Tableau 36 Donneacutees de lineacuteariteacute obtenues pour les BTEX de 0 agrave 10 microgkg dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME
3
Tableau 37 Limites de deacutetection et de quantification pour les BTEX dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME 3
Tableau 38 Comparaison des performances des diffeacuterentes meacutethodes deacuteveloppeacutees pour lrsquoanalyse des BTEX dans la
pomme par HS-SPME
Tableau 39 Estimation du contenu en BTEX dans des pommes reacutecolteacutees en Normandie
Tableau 40 Quantiteacute de BTEX (en nanogrammes) susceptible drsquoecirctre ingeacutereacutee lors de la consommation drsquoune pomme
de 150 g reacutecolteacutee en Normandie
Tableau 41 Estimation du contenu en BTEX dans divers fruits du commerce
Tableau 42 Contenu en BTEX (microgkg masse fraicircche) dans les fruits apregraves 30 minutes drsquoexposition aux eacutechappements
diesel (n=3)
Tableau 43 Estimation du contenu en BTEX dans les pommes du commerce apregraves 1 h drsquoexposition aux fumeacutees de
combustion de biomasse
vi
Tableau 44 Preacutelegravevement du dichloromeacutethane (DCM) avec diffeacuterentes micro-seringues
Tableau 45 Coefficients de variation (CV ) pour les essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire reacutealiseacutes agrave 4
microgkg avec la pomme pour les meacutethodes UAESPE
Tableau 46 Donneacutees de lineacuteariteacute pour les HAP leacutegers entre 0 et 10 microgkg avec la meacutethode UAESPE 2
Tableau 47 Temps de reacutetention et ions utiliseacutes pour la deacutetection des HAP cibleacutes par les diffeacuterentes meacutethodologies
Tableau 48 Donneacutees de lineacuteariteacute obtenues pour les HAP lourds avec la meacutethode UAESPE 2 pour diffeacuterentes
matrices fruitiegraveres
Tableau 49 Limites de deacutetection (LOD) et de quantification (LOQ) obtenus pour les HAP lourds avec la meacutethode
UAESPE 2 pour diffeacuterentes matrices fruitiegraveres (microgkg de masse fraicircche)
Tableau 50 comparaison des aires brutes obtenues apregraves HS-SPME pour un eacutechantillon de pomme additionneacute en
HAP leacutegers agrave 10 microgkg avec des fibres ayant diffeacuterents revecirctements CARPDMS 75 microm PDMS 30 microm et PDMS 100
microm
Tableau 51 Coefficients de variation (CV ) des essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire obtenus pour les
meacutethodes HS-SPME avec les HAP leacutegers introduits agrave 4 microgkg dans des pommes du commerce
Tableau 52 Donneacutees de lineacuteariteacute pour les HAP leacutegers extraits agrave partir de diffeacuterentes matrices fruitiegraveres avec la
meacutethode HS-SPME 2
Tableau 53 Donneacutees de lineacuteariteacute obtenues pour des ajouts en HAP entre 0 et 10 microgkg dans la pomme avec les
meacutethodes HS-SPME 2 et HS-SPME 3
Tableau 54 Limites de deacutetection (LOD) et de quantification (LOQ) pour les HAP leacutegers avec la meacutethode HS-SPME 2
dans diffeacuterentes matrices fruitiegraveres en microgkg de masse fraicircche
Tableau 55 Limites de deacutetection (LOD) et de quantification (LOQ) deacutetermineacutees pour les HAP leacutegers dans la pomme
Tableau 56 Strateacutegie combinant lrsquoHS-SPME et lrsquoUAESPE meilleures performances pour la deacutetermination des
HAP dans la pomme
Tableau 57 Comparaison des supports MEPS C18 et PEP pour la reacutecupeacuteration des HAP dans la pomme
Tableau 58 Comparaison des reacutesultats obtenus en MEPS avec 3 supports PEP
Tableau 59 Comparaison des aires brutes obtenues en MEPS apregraves eacutelution avec lrsquoheptane et le dichloromeacutethane
Tableau 60 Comparaison des aires brutes obtenues avec diffeacuterents volumes drsquoeacutelution en MEPS et drsquoinjection en
GCMS
Tableau 61 Estimation du pourcentage de HAP reacutecupeacutereacute avec la meacutethode UAEMEPS
Tableau 62 Estimation du niveau en HAP dans une pomme contamineacutee (267 microgkg)
Tableau 63 Reacutesultats (en aires relatives) des essais de conservation des extraits UAE pour extraction diffeacutereacutee en
MEPS
Tableau 64 Coefficients de variation (CV ) des essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire pour la
deacutetermination des HAP dans la pomme par UAEMEPS
vii
Tableau 65 Donneacutees de lineacuteariteacute en UAEMEPS pour des ajouts en HAP entre 0 et 10 microgkg dans la pomme et
comparaison avec les performances de la meacutethode combinant la HS-SPME et lrsquoUAESPE
Tableau 66 Limites de deacutetection (LOD) et de quantification (LOQ) pour les HAP dans la pomme en UAEMEPS
Tableau 67 Deacutetermination du contenu en HAP dans des pommes reacutecolteacutees en Normandie (microgkg masse fraicircche)
Tableau 68 Estimation de la quantiteacute en HAP ingeacutereacutee (en ng) lors de la consommation drsquoune pomme de 150 g
Tableau 69 Estimation du contenu en HAP dans des fruits provenant du commerce
Tableau 70 Contenu en HAP (microgkg masse fraicircche) dans les diffeacuterents fruits apregraves 30 minutes drsquoexposition aux
eacutemissions diesel (n=3)
Tableau 71 Contenu en HAP dans la pomme entiegravere la peau et la chair exposeacutees ou non aux fumeacutees de combustion
des veacutegeacutetaux
Tableau 72 Contenu en HAP dans la peau et la chair de pommes dans diffeacuterentes conditions drsquoexposition aux fumeacutees
de combustion de biomasse
viii
Liste des abbreacuteviations
ACN Aceacutetonitrile
ACP Aceacutenaphthegravene
ACY Aceacutenaphtylegravene
Afssa Agence franccedilaise de seacutecuriteacute sanitaire des aliments
ANT Anthracegravene
APCI Ionisation chimique agrave pression atmospheacuterique
APPI Photoionisation agrave pression atmospheacuterique
ASE Extraction acceacuteleacutereacutee par solvant
BaA Benzo(a)anthracegravene
BaP Benzo(a)pyregravene
BbFA Benzo(b)fluoranthegravene
BghiIP Benzo(ghi)perylegravene
BjFA Benzo(j)fluoranthegravene
BkFA Benzo(k)fluoranthegravene
BTEX Benzegravene toluegravene eacutethylbenzegravene xylegravene
Car Carbowax
CAR Carboxen
CHR Chrysegravene
CI Ionisation chimique
CIRC Centre international de recherche sur le cancer
COV Composeacutes organiques volatils
CPcdP Cyclopenta(cd)pyregravene
CPG Chromatographie en phase gazeuse
DAD Deacutetecteur agrave barrettes de diodes
DBahA Dibenzo(ah)anthracegravene
DCM Dichloromeacutethane
DI-SPME Micro-extraction en phase solide par immersion directe
ix
DVB Divinylbenzegravene
dw Poids sec
EI Ionisation eacutelectronique
ESI Ionisation par eacutelectrospray
FA Fluoranthegravene
FAB Bombardement par atomes rapides
FID Deacutetecteur agrave ionisation de flamme
FLD Deacutetecteur de fluorescence
FLR Fluoregravene
FT-ICR Reacutesonance cyclotronique ionique par transformeacutee de Fourier
GC Chromatographie en phase gazeuse
GPC Chromatographie par permeacuteation de gel
HAM Hydrocarbure(s) aromatique(s) monocyclique(s)
HAP Hydrocarbure(s) aromatique(s) polycyclique(s)
HPLC Chromatographie liquide agrave hautes performances
HS-SPME Micro-extraction en phase solide dans lrsquoespace de tecircte
IARC International Agency for Research on Cancer
id Diamegravetre interne
IP Indeacuteno(123-cd)pyregravene
itMS Spectromegravetre de masse agrave trappe ionique
Koc coefficient de partage carbone organiqueeau
Kow coefficient de partage octanoleau
LD50 Dose leacutetale pour 50 drsquoune population
LLE Extraction liquide-liquide
LOD Limite de deacutetection
LOQ Limite de quantification
LVI Injection agrave large volume
MAE Extraction assisteacutee par les micro-ondes
MALDI Deacutesorption-ionisation laser assisteacutee par matrice
x
MASE Extraction par solvant assisteacutee par une membrane
MEPS Micro-extraction par solide compacteacute
MM Masse moleacuteculaire
MS Spectromegravetre de masse
MSMS Spectromeacutetrie de masse en tandem
NOx Oxydes drsquoazote
NPH Naphtalegravene
PA Polyacrylate
PDMS Polydimeacutethylsiloxane
PEP Polar enhanced polymer
PER Peacuterylegravene
PHE Pheacutenanthregravene
PLE Extraction par liquide sous pression
POP Polluants organiques persistants
PS-DVB Polystyregravenedivinylbenzegravene
PTV Vaporisation par tempeacuterature programmeacutee
PYR Pyregravene
qMS Spectromegravetre de masse quadripolaire
QqQ Triple quadripocircle
rpm Rotation par minute
RT Tempeacuterature ambiante
SBSE Extraction par sorption sur barreau magneacutetique
SFE Extraction par fluide supercritique
SIM Mode de seacutelection drsquoion
SLE Extraction solide-liquide
SPDE Extraction dynamique en phase solide
SPE Extraction en phase solide
SPME Micro-extraction en phase solide
xi
TEF Facteur drsquoeacutequivalence toxique
TEQ Quantiteacute eacutequivalente toxique
TOF Analyseur de masse agrave temps de vol
tR Temps de reacutetention
UHPLC Chromatographie liquide agrave ultra hautes performances
UAE Extraction assisteacutee par les ultrasons
US-EPA Agence de protection de lrsquoenvironnement ameacutericaine
UV Deacutetecteur ultravioletndashvisible
ww Masse fraicircche
1
Introduction geacuteneacuterale
Les activiteacutes humaines fixes telles que le chauffage ou les industries mais aussi les activiteacutes
mobiles avec le trafic routier fluvial et aeacuterien sont les principales responsables du rejet
drsquohydrocarbures aromatiques dans lrsquoatmosphegravere Ces polluants sont ensuite largement
distribueacutes dans lrsquoensemble des compartiments environnementaux lair leau les seacutediments le
sol et les plantes entraicircnant ainsi une contamination des espegraveces aquatiques et terrestres La
mise en place de dispositifs de surveillance des hydrocarbures aromatiques dans
lrsquoenvironnement est donc neacutecessaire
Chez lrsquoHomme certains hydrocarbures aromatiques sont associeacutes agrave des excegraves de cancer apregraves
exposition par inhalation Cependant bien que la toxiciteacute des hydrocarbures aromatiques soit
geacuteneacuteralement reconnue par inhalation lrsquoimpact de ces composeacutes absorbeacutes agrave travers
lrsquoalimentation reste globalement meacuteconnu et assez peu eacutetudieacute Le benzo(a)pyregravene est par
exemple le seul hydrocarbure aromatique agrave faire lrsquoobjet drsquoune reacuteglementation dans les
produits alimentaires
Lrsquoobjectif du travail de thegravese vise donc agrave deacutevelopper les connaissances sur le niveau de
contamination des hydrocarbures aromatiques dans les pommes seacutelectionneacutees comme aliment
drsquoeacutetude
Le premier chapitre de ce document propose tout drsquoabord une preacutesentation geacuteneacuterale des
hydrocarbures aromatiques puis traite de la dispersion de ces composeacutes dans
lrsquoenvironnement Ce chapitre eacutetudie ensuite la preacutesence des hydrocarbures aromatiques dans
les aliments et particuliegraverement leur contenu dans les fruits et les leacutegumes Apregraves avoir
preacutesenteacute la toxiciteacute potentielle des hydrocarbures aromatiques via lrsquoalimentation les
diffeacuterentes meacutethodes drsquoextraction et drsquoanalyse disponibles dans la litteacuterature pour la
deacutetermination de ces composeacutes sont passeacutees en revue
Le second chapitre est consacreacute aux deacutetails du contexte de lrsquoeacutetude agrave travers la preacutesentation du
principal fruit investigueacute qui est la pomme ainsi que de lrsquoenvironnement des vergers en
Normandie Une preacutesentation des objectifs du travail de thegravese est eacutegalement apporteacutee agrave la fin
de ce chapitre
Le troisiegraveme chapitre preacutesente le mateacuteriel ainsi que les conditions opeacuteratoires des diffeacuterentes
techniques drsquoextraction et drsquoanalyse permettant la deacutetection et la quantification des
hydrocarbures aromatiques dans les fruits
Le quatriegraveme chapitre consacreacute aux hydrocarbures aromatiques monocycliques (BTEX)
aborde dans une premiegravere partie les meacutethodologies mises en œuvre pour la deacutetermination de
ces composeacutes dans la pomme mais eacutegalement dans drsquoautres fruits la poire la prune et le
raisin Le choix des meacutethodes drsquoextraction et drsquoanalyse est tout drsquoabord discuteacute puis le
2
processus drsquooptimisation est deacutetailleacute Les performances des meacutethodologies optimiseacutees sont
finalement preacutesenteacutees et compareacutees entre elles ainsi qursquoavec les donneacutees de la litteacuterature
Dans une seconde partie les meacutethodes sont appliqueacutees agrave la deacutetermination des hydrocarbures
aromatiques monocycliques dans des matrices fruitiegraveres Ainsi le contenu en BTEX dans des
fruits (pomme poire prune et raisin) provenant drsquoun supermarcheacute et dans des pommes
reacutecolteacutees en Normandie est eacutevalueacute Les BTEX reacutesultants drsquoexpositions aux fumeacutees de
combustion de biomasse et aux gaz drsquoeacutechappement drsquoun moteur diesel sont eacutegalement
quantifieacutes
Le cinquiegraveme chapitre reprend la mecircme structure que le chapitre preacuteceacutedent et preacutesente les
reacutesultats obtenus pour les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)
Enfin le sixiegraveme et dernier chapitre fait office de conclusion geacuteneacuterale des travaux de thegravese et
propose des perspectives au regard du potentiel des meacutethodologies optimiseacutees
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
3
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
La pollution atmospheacuterique repreacutesente une preacuteoccupation mondiale majeure agrave cause du
reacutechauffement climatique observeacute depuis le deacutebut du XXegraveme siegravecle mais aussi en raison du
lien eacutetabli entre les polluants atmospheacuteriques et de nombreux problegravemes de santeacute tels que des
problegravemes respiratoires cardiovasculaires ou encore neurologiques (Curtis 2006) Mecircme si la
qualiteacute de lrsquoair tend agrave srsquoameacuteliorer en Europe depuis les anneacutees 1980 la pollution
atmospheacuterique reste une cause importante de morbiditeacute et de surmortaliteacute (Elichegaray 2010)
La plus grande partie des polluants retrouveacutes dans lrsquoatmosphegravere est drsquoorigine anthropique En
effet les activiteacutes humaines fixes chauffage industries agriculturehellip et mobiles trafic
automobile fluvial et aeacuterien entraicircnent le rejet de nombreux polluants sous forme gazeuse tels
que le monoxyde de carbone (CO) et les oxydes drsquoazotes (NOx) mais aussi dans la phase
particulaire comme les meacutetaux Lrsquoagence de protection de lrsquoenvironnement ameacutericaine (US-
EPA) a eacutetabli une liste de polluants prioritaires agrave surveiller dans les eacutechantillons
environnementaux (US-EPA derniegravere mise agrave jour deacutecembre 2014) 16 Hydrocarbures
aromatiques polycycliques (HAP) ainsi que 3 composeacutes monocycliques (benzegravene toluegravene et
eacutethylbenzegravene) figurent dans cette liste Les hydrocarbures aromatiques sont des composeacutes
ubiquitaires associeacutes agrave des excegraves de cancer chez les personnes les ayant inhaleacutes Cette
introduction bibliographique cible plus particuliegraverement ces hydrocarbures aromatiques et va
dans un premier temps ecirctre consacreacutee agrave la preacutesentation de leurs principales caracteacuteristiques
(structure proprieacuteteacutes physico-chimiques origine sources et formation) La dispersion des
hydrocarbures aromatiques dans les diffeacuterents compartiments de lrsquoenvironnement ainsi que
les conseacutequences eacutecologiques engendreacutees par leur preacutesence seront dans un second temps
abordeacutees La contamination des aliments et la toxiciteacute de ces composeacutes par voie orale sera
ensuite eacutevoqueacutee Enfin la derniegravere partie de cette introduction bibliographique traitera des
diffeacuterentes meacutethodes drsquoextraction et drsquoanalyse des hydrocarbures aromatiques
11 Preacutesentation des hydrocarbures aromatiques
Il existe un tregraves grand nombre drsquohydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) (plus de
1000) mais les 16 de la liste de lrsquoUS-EPA eacutetablissant les polluants prioritaires agrave surveiller
seront plus particuliegraverement abordeacutes Ces HAP possegravedent au minimum 2 cycles aromatiques
et peuvent en comporter jusqursquoagrave 6 ou plus En ce qui concerne les hydrocarbures aromatiques
monocycliques ils regroupent le benzegravene le toluegravene lrsquoeacutethylbenzegravene et les xylegravenes (BTEX)
Les dimeacutethylbenzegravenes eacutegalement appeleacutes xylegravenes se composent de trois isomegraveres (meacuteta ortho
et para)
111 Structure et proprieacuteteacutes
Les hydrocarbures aromatiques sont composeacutes drsquoatomes de carbone et drsquohydrogegravene formant
un ou plusieurs cycles insatureacutes Les BTEX comportent un seul cycle aromatique tandis que
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
4
les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont constitueacutes drsquoau moins deux cycles
benzeacuteniques (figure 1)
a BTEX
Benzegravene (B)
Toluegravene (T)
Ethylbenzegravene (E)
meta-Xylegravene (m-X)
ortho-Xylegravene (o-X)
para-Xylegravene (p-X)
b HAP selon la liste de lrsquoUS-EPA
Naphtalegravene (NPH)
Aceacutenaphtylegravene (ACY)
Aceacutenaphtegravene (ACP)
Fluoregravene (FLR)
Anthracegravene (ANT)
Pheacutenanthregravene (PHE)
Fluoranthegravene (FA)
Pyregravene (PYR)
Benzo(a)anthracegravene
(BaA)
Chrysegravene (CHR)
Benzo(a)pyregravene (BaP)
Benzo(b)fluoranthegravene
(BbF)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
5
Dibenzo(ah)anthracegravene (DBahA)
Benzo(k)fluoranthegravene (BkF)
Benzo(ghi)perylegravene (BghiP)
Indeacuteno(123-cd)pyregravene (IP)
Figure 1 Structure des BTEX (a) et des 16 hydrocarbures aromatiques polycycliques prioritaires
de la liste de lrsquoUS-EPA (b)
Les hydrocarbures aromatiques sont des composeacutes lipophiles et possegravedent une bonne
solubiliteacute dans les solvants organiques et sont faiblement solubles dans lrsquoeau Le benzegravene est
par exemple 4 fois moins soluble dans lrsquoeau que lrsquohexan-1-ol 7 fois moins que lrsquoacide
hexanoiumlque et 54 fois moins que la cyclohexanone Parmi les hydrocarbures aromatiques les
BTEX sont des composeacutes plus volatils et plus solubles dans lrsquoeau que les HAP Le benzegravene
est le composeacute le plus soluble dans lrsquoeau avec une solubiliteacute de 16 x 103 mgL La preacutesence
suppleacutementaire de groupements carboneacutes au noyau benzeacutenique entraine une diminution de la
solubiliteacute des composeacutes Lrsquoaceacutenaphtylegravene comportant 3 cycles aromatiques a une solubiliteacute
dans lrsquoeau de 39 mgL contre 57 x 10-3 mgL pour le benzo(a)anthracegravene qui possegravede 4
cycles (tableau 1) Certains HAP possegravedent le mecircme nombre de cycle benzeacutenique mais leur
diffeacuterence de configuration leur confegravere des proprieacuteteacutes diffeacuterentes La solubiliteacute des HAP dans
lrsquoeau varie notamment en fonction de la complexiteacute de leur structure moleacuteculaire
Les pressions de vapeur eacuteleveacutees des BTEX expliquent en partie leur forte volatiliteacute (tableau
1) Comme pour la solubiliteacute la preacutesence de groupements carboneacutes suppleacutementaires diminue
la pression de vapeur du composeacute ce qui reacuteduit sa capaciteacute agrave se volatiliser Les HAP sont
quant agrave eux assez peu volatils Le naphtalegravene qui est le HAP le plus volatil possegravede une
pression de vapeur 80 agrave 1200 fois infeacuterieure agrave celles des BTEX (tableau 1) Neacuteanmoins les
HAP leacutegers de masse moleacuteculaire infeacuterieure ou eacutegale agrave 178 gmol sont consideacutereacutes comme
plus volatils (avec des pressions de vapeur supeacuterieures agrave 23 x 10-3 Pa) que les HAP lourds
(MM ge 202 gmol) dont les pressions de vapeur sont infeacuterieures agrave 67 x 10-4 Pa (tableau 1)
Les HAP possegravedent une importante capaciteacute agrave se lier agrave la matiegravere organique Cette propension
est exprimeacutee par un coefficient de partage carbone organiqueeau (Koc) eacuteleveacute (tableau 1) Le
caractegravere lipophile des hydrocarbures aromatiques est estimeacute par le coefficient de partage
octanoleau (Kow) Ces deux proprieacuteteacutes sont lieacutees agrave la masse moleacuteculaire du composeacute
consideacutereacute (tableau 1 INERIS 2005 Skupinska 2004)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
6
Tableau 1 Donneacutees physico-chimiques sur les BTEX et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (16 HAP de la
liste de polluants prioritaire eacutetablie par lrsquoUS-EPA)
BTEX et HAP Abbreacuteviation Masse
moleacuteculaire
(gmol)
CAS Ndeg Nombre
de
cycles
Solubiliteacute
dans lrsquoeauab
agrave 25 degC
(mgL)
log
Kowa
Log Koca Pression
vapeura (Pa)
Benzegravene B 78 71-43-2 1 16 103 c 213a 181a 13 104 (25 degC)c
Toluegravene T 92 108-88-3 1 52 102 c 334a 304a 38 103 (25 degC)c
Ethylbenzegravene E 106 100-41-4 1 17 102 c 279a 248a 13 103 (25 degC)c
meta-Xylegravene m-X 106 108-38-3 1 16 102 c 320d 222e 11 103 (25 degC)c
para-Xylegravene p-X 106 106-42-3 1 16 102 c 315d 231e 12 103 (25 degC)c
ortho-Xylegravene o-X 106 95-47-6 1 18 102 c 312d 211e 88 102 (25 degC)c
Naphtalegravene NPH 128 91-20-3 2 32 101 329a 297a 11 101 (25 degC)
Aceacutenaphthylegravene ACY 152 208-96-8 3 39 372a 339a 39 100 (20 degC)
Aceacutenaphthegravene ACP 154 83-32-9 3 34 398a 366a 21 10-1 (25 degC)
Fluoregravene FLR 166 86-73-7 3 17 418a 386a 86 10-2 (25 degC)f
Anthracegravene ANT 178 120-12-7 3 45 10-2 445a 415a 23 10-3 (25 degC)
Pheacutenanthregravene PHE 178 85-01-8 3 10 445a 415a 13 10-1 (25 degC)
Fluoranthegravene FA 202 206-44-0 4 21 10-1 490a 458a 67 10-4 (25 degC)
Pyregravene PYR 202 129-00-0 4 13 10-1 490a 458a 33 10-4 (25 degC)
Benz(a)anthracegravene BaA 228 56-55-3 4 57 10-3 561a 530a 29 10-6 (20 degC)
Chrysegravene CHR 228 218-01-9 4 18 10-3 561a 530a 84 10-7 (25 degC)
Benzo(b)fluoranthegravene BbF 252 205-99-2 5 14 10-2 606a 574a 67 10-5 (20 degC)
Benzo(k)fluoranthegravene BkF 252 207-08-9 5 43 10-3 606a 574a 67 10-5 (20 degC)
Benzo(a)pyregravene BaP 252 50-32-8 5 38 10-3 606a 674a 75 10-7 (25 degC)
Indeno(123-cd)pyregravene IP 276 193-39-5 6 53 10-4 650a 620a 13 10-8 (20 degC)
Benzo(ghi)perylegravene BghiP 276 191-24-2 6 26 10-4 650a 620a 14 10-8 (25 degC)
Dibenz(ah)anthracegravene DBahA 278 53-70-3 5 50 10-4 684a 652a 13 10-8 (20 degC)
Kow coefficient de partage octanoleau Koc coefficient de partage carbone organiqueeau a Mabey 1982
b May 1978 c Sanemasa 1982 d Hansch 1995 e Abdul 1987 f Verevkin 2004
112 Origines
Les hydrocarbures aromatiques (HAP et BTEX) peuvent ecirctre drsquoorigine naturelle ou
anthropogeacutenique Ils sont notamment preacutesents agrave leacutetat naturel dans le peacutetrole brut et des
processus tels que les eacuteruptions volcaniques ou les feux de forecircts sont agrave lrsquoorigine de leurs
eacutemissions dans lrsquoenvironnement
Le naphtalegravene est eacutegalement suspecteacute drsquoecirctre un composant physiologique de certaines fleurs
de magnolia permettant drsquoidentifier le sous genre Yulania Le naphtalegravene est retrouveacute (100 agrave
365 de la composition de lrsquoextrait eacutethereacute) dans les peacutetales de 5 taxons de Magnolia
(Magnolia (M) denudata M liliiflora M tomentosa M p var praecocissima et var
borealis) alors qursquoil nrsquoest rencontreacute ni dans leurs feuilles ni dans aucune partie des autres
taxons eacutetudieacutes (Azuma 1996) Dans la forecirct amazonienne 20 HAP sont eacutegalement retrouveacutes
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
7
dans des nids de termites (201-4208 microgkg) et agrave proximiteacute (dans les branches de bois 477-
1464 microgkg et dans le sol 15-397 microgkg) avec une preacutedominance pour le naphtalegravene le
pheacutenanthregravene et le perylegravene Dans les nids de termites la concentration en naphtalegravene atteint
3645 microgkg et 547 microgkg pour celle du peacuterylegravene Dans le bois et le sol agrave proximiteacute des
termitiegraveres le perylegravene (14 et 11 microgkg respectivement) et le naphtalegravene (jusqursquoagrave 1436 et 400
microgkg respectivement) ont de plus faibles concentrations ce qui laisse penser que ces
composeacutes sont produits dans les nids de termites Le peacuterylegravene pourrait ecirctre produit lors de la
digestion anaeacuterobie du bois et du sol dans lrsquointestin des termites (Wilcke 1999) En ce qui
concerne le naphtalegravene il est libeacutereacute par les termites pour la fumigation de leurs nids afin de
les proteacuteger des preacutedateurs il leur sert eacutegalement drsquoagent antiseptique contre les micro-
organismes pathogegravenes (Chen 1998) De mecircme en raison drsquoune quantiteacute importante de
pheacutenanthregravene observeacutee dans les eacutecorces et les branches des arbres Vismia cayennensis les
auteurs considegraverent une origine biologique possible pour ces deux HAP (Krauss 2005)
Malgreacute leur preacutesence agrave lrsquoeacutetat naturel les principales sources drsquoeacutemission des hydrocarbures
aromatiques sont anthropogeacuteniques Ces composeacutes peuvent ecirctre issus de la combustion du
bois des gaz deacutechappement automobile de lrsquoeacutevaporation de carburant au cours de son
stockage de son transport et de sa distribution Ils sont aussi retrouveacutes dans de nombreux
solvants ainsi que dans la fumeacutee de cigarette Les transports sont responsables de lrsquoeacutemission
de 30 des HAP retrouveacutes dans lrsquoatmosphegravere Les secteurs reacutesidentiel et tertiaire auxquels
appartient notamment le chauffage domestique repreacutesentent la principale source drsquoeacutemission
avec plus de 60 des HAP eacutemis De mecircme en Aquitaine en 2010 88 des eacutemissions de
benzegravene ont eacuteteacute imputeacutees aux secteurs reacutesidentiel et tertiaire (AIRAQ Atmo Aquitaine 2013)
113 Identification de profils drsquohydrocarbures aromatiques eacutemis en
fonction des sources drsquoeacutemission
En fonction de la source de combustion (biomasse produits peacutetroliershellip) diffeacuterents types
drsquohydrocarbures aromatiques sont eacutemis Les composeacutes de faibles masses moleacuteculaires
preacutesentant moins de trois cycles benzeacuteniques se forment agrave de faibles tempeacuteratures de
combustion lors de la combustion du bois par exemple Les composeacutes de masses
moleacuteculaires plus eacuteleveacutees (trois cycles ou plus) sont majoritairement eacutemis agrave de plus fortes
tempeacuteratures comme au cours de la combustion de lrsquoessence (Tobiszewski 2012) La
dominance des HAP leacutegers est eacutegalement suggeacutereacutee pour les eacutemissions de veacutehicules de fort
tonnage agrave motorisation diesel tandis que les veacutehicules leacutegers agrave essence sont la principale
source de benzo(a)pyregravene et de dibenzo(ah)anthracegravene (Miguel 1998) Ces diffeacuterences ont
permis la mise en place de ratios ayant pour but drsquoidentifier la source des eacutemissions
drsquohydrocarbures aromatiques (tableau 2)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
8
Tableau 2 Exemples de ratios utiliseacutes pour deacuteterminer la provenance des HAP (Tobiszewski 2012)
Ratio Valeur Source drsquoeacutemission Reacutefeacuterence
FA(FA + PYR) 04-05
gt05
Combustion de combustibles fossiles
Combustion dherbe bois charbon
De La
Torre-Roche
2009
IP(IP + BghiP) 02-05
gt05
Combustion de produits peacutetroliers
Combustion dherbe bois charbon
Yunker 2002
BaPBghiP gt06
lt06
Eacutemissions lieacutees au trafic
Eacutemissions non lieacutees au trafic
Katsoyiannis
2007
FA fluoranthegravene PYR pyregravene IP indeacuteno(123-cd)pyregravene BaP benzo(a)pyregravene BghiP benzo(ghi)perylegravene
Ces ratios sont des outils de diagnostic permettant de deacuteterminer lrsquoorigine des hydrocarbures
aromatiques ils peuvent ecirctre utiliseacutes pour lrsquoair le sol les seacutediments lrsquoeau et certains bio-
indicateurs tels que les feuilles les aiguilles de pins ou les moules (Li 2008 Tobiszewski
2012) Neacuteanmoins certains ratios sont eacutetablis avec des composeacutes tels que le chrysegravene le
benzo(a)anthracegravene lrsquoanthracegravene et le pheacutenanthregravene dont les niveaux peuvent ecirctre affecteacutes
par la preacutesence de lumiegravere ou par les changements climatiques (Tobiszewski 2012)
114 Formation
Les hydrocarbures aromatiques sont geacuteneacuteralement issus de combustions incomplegravetes Les
deux principaux meacutecanismes de formation des hydrocarbures aromatiques sont la
pyrosynthegravese et la pyrolyse (Kislov 2013) Les hydrocarbures aromatiques peuvent ecirctre
syntheacutetiseacutes dans des conditions deacuteficitaires en oxygegravene agrave partir drsquohydrocarbures satureacutes tels
que lrsquoeacutethane (figure 2)
Figure 2 Pyrosynthegravese du benzegravene agrave partir de lrsquoeacutethane (Ravindra 2008)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
9
Le benzegravene peut eacutegalement ecirctre geacuteneacutereacute par polymeacuterisation de lrsquoaceacutetylegravene (figure 3) Les
deacuteriveacutes substitueacutes du benzegravene que sont le toluegravene lrsquoeacutethylbenzegravene et les xylegravenes peuvent
ensuite ecirctre formeacutes par substitution aromatique eacutelectrophile
Figure 3 Formation du benzegravene par polymeacuterisation de laceacutetylegravene
Les hydrocarbures monocycliques peuvent ensuite ecirctre agrave lrsquoorigine des HAP gracircce agrave une
pyrosynthegravese A une tempeacuterature exceacutedant 500 degC les liaisons carbonecarbone et
carbonehydrogegravene sont rompues et forment des radicaux libres La combinaison de
lrsquoaceacutetylegravene agrave ces radicaux creacutee alors les structures aromatiques (figure 4 Kislov 2013)
Figure 4 Formation du pyregravene par combinaison de laceacutetylegravene avec le radical pheacutenanthregravene (Kislov 2013)
En ce qui concerne la pyrolyse des hydrocarbures aromatiques les produits primaires sont
principalement des composeacutes pheacutenoliques La reacuteaction de deacutegradation pyrolitique du pheacutenol
implique tout drsquoabord lrsquoeacutelimination de monoxyde de carbone agrave partir du carbone porteur de la
fonction hydroxyle Les radicaux cyclopentadiegraveniques srsquoassocient ensuite deux agrave deux pour
former la teacutetraline dont la deacutecomposition thermique conduit au naphtalegravene (figure 5) mais
eacutegalement agrave la plupart des hydrocarbures aromatiques (Cypres 1975)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
10
Figure 5 Formation du naphtalegravene par pyrolyse agrave partir du pheacutenol (Sharma 2003)
12 Dispersion et meacutecanismes de deacutegradation des hydrocarbures
aromatiques dans lrsquoenvironnement
Les sources drsquoeacutemission des hydrocarbures aromatiques sont multiples Ces composeacutes se
dispersent dans lrsquoenvironnement puis sont retrouveacutes dans lrsquoensemble des matrices
environnementales (air eau sol)
121 Dispersion des hydrocarbures aromatiques dans lrsquoair
Les hydrocarbures aromatiques preacutesents dans lrsquoatmosphegravere peuvent se trouver agrave lrsquoeacutetat gazeux
ou associeacutes aux particules La distribution des HAP dans la phase particulaire ou gazeuse
deacutepend de la pression de vapeur des composeacutes (donneacutees dans le tableau 1) qui est lieacutee agrave leur
masse moleacuteculaire Les HAP avec de faibles pressions de vapeur comme le benzo(a)pyregravene
(75 10-7 Pa agrave 25 degC) ont tendance agrave ecirctre adsorbeacutes sur des particules tandis que les
hydrocarbures aromatiques agrave fortes pressions de vapeur comme les BTEX ou le naphtalegravene
(11 101 Pa agrave 25 degC) se trouvent principalement en phase vapeur (Abdel-Shafy 2016) Ainsi
les HAP lourds (MM ge 252 gmol) caracteacuteriseacutes par leur faible volatiliteacute et leurs tempeacuteratures
de condensation relativement eacuteleveacutees sont geacuteneacuteralement adsorbeacutes sur les particules
atmospheacuteriques (Tobiszewski 2012) Les HAP semi-volatils (228 ge MM ge 202 gmol)
peuvent ecirctre rencontreacutes dans les phases particulaires et gazeuses tandis que les HAP leacutegers
(MM le 178 gmol) et les BTEX se retrouvent principalement dans la phase gazeuse
(Tobiszewski 2012) La plupart des HAP preacutesents dans la phase particulaire sont adsorbeacutes sur
des particules atmospheacuteriques ayant un diamegravetre aeacuterodynamique compris entre 01 et 20 μm
(Kiss 1998)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
11
La reacutepartition de ces composeacutes dans les deux phases deacutepend eacutegalement de la tempeacuterature Les
fortes tempeacuteratures (en eacuteteacute ou dans les reacutegions tropicales) engendrent une augmentation de la
repreacutesentation des HAP dans la phase gazeuse tandis que les plus faibles tempeacuteratures
(pendant lrsquohiver ou dans les reacutegions arctiques) augmentent le niveau de HAP dans la phase
particulaire (Li 2006) Le contenu important en HAP dans la phase particulaire pendant
lrsquohiver est aussi ducirc agrave lrsquoaugmentation du chauffage domestique Dans la reacutegion de la Haute-
Sileacutesie en Pologne la concentration en fluoranthegravene (HAP semi-volatil) dans la phase
particulaire est environ 30 fois plus eacuteleveacutee en hiver quen eacuteteacute notamment en raison de
lutilisation du charbon pour le chauffage domestique (Bodzek 1993)
Les hydrocarbures aromatiques de la phase gazeuse peuvent ecirctre transporteacutes dans lair sur de
longues distances contrairement aux HAP lourds (agrave partir de 4 cycles) sur les particules qui
ne sont que leacutegegraverement mobiles et sont principalement deacuteposeacutees pregraves de leur source
deacutemission (Hautala 1995 Wania 1996 Yang 1991) Le vent est un paramegravetre
meacuteteacuteorologique ayant une influence importante sur le transport et la dispersion des
hydrocarbures aromatiques aussi bien gracircce agrave sa vitesse qursquoagrave sa direction En effet la
direction du vent oriente les retombeacutees de polluants quant agrave la vitesse elle influe sur leur
dilution et leur dispersion Des vents faibles favorisent laccumulation locale de polluants De
plus lorsque les vents sont faibles lrsquoinfluence du relief local devient plus forte La vitesse du
vent augmente avec laltitude par conseacutequent la dispersion est faciliteacutee avec lrsquoeacuteleacutevation des
composeacutes dans lrsquoatmosphegravere (Diaf 2003) Les situations deacutepressionnaires correspondent
geacuteneacuteralement agrave des zones de fortes turbulences ce qui implique que la dispersion des
composeacutes en phase gazeuse soit faciliteacutee Par contre ces conditions instables empecircchent le
deacutepocirct des particules puisque les forts courants atmospheacuteriques permettent leur maintien en
suspension Les fortes pressions caracteacuterisant les situations anticycloniques induisent une
stabiliteacute favorable agrave lrsquoaccumulation de polluants agrave lrsquoeacutetat gazeux et aux retombeacutees des
particules (Abdel-Shafy 2016 Diaf 2003)
Lrsquoadsorption des hydrocarbures aromatiques agrave la surface des poussiegraveres les rend hautement
thermo- et photo-sensibles Dans lrsquoatmosphegravere la photo-oxydation constitue la voie de
deacutegradation la plus importante pour les HAP (Skupinska 2004) Les hydrocarbures
aromatiques reacuteagissent notamment avec lozone les oxydes dazote (NOx) les oxydes de
soufre (SOx) et les radicaux hydroxyle (bullOH) Leur dureacutee de vie dans lrsquoatmosphegravere varie de
quelques heures agrave plusieurs mois pendant lrsquohiver (INERIS 2004) La reacuteaction de
laceacutenaphtylegravene avec le NO3 induit notamment laddition du NO3 agrave la double liaison insatureacutee
carbone-carbone du cycle cyclopentane La figure 6 preacutesente diffeacuterents composeacutes de
deacutegradations obtenus en phase gazeuse ou particulaire apregraves reacuteaction de lrsquoaceacutenaphtylegravene avec
les radicaux hydroxyle et nitrate ainsi qursquoavec lrsquoozone en phase gazeuse
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
12
Figure 6 Composeacutes de deacutegradation obtenus apregraves reacuteaction de lrsquoaceacutenaphtylegravene avec un radical hydroxyle (bullOH)
lrsquoozone (O3) ou le radical nitrate (bullNO3) (Zhou 2013)
Lrsquoindication entre parenthegraveses preacutecise si le composeacute est retrouveacute en phase gazeuse ou particulaire
Les HAP ont des vitesses de reacuteaction similaires avec les radicaux bullOH Certains comme le
chrysegravene lrsquoanthracegravene le pheacutenanthregravene le benzo(a)pyregravene et le perylegravene reacuteagissent plus
rapidement avec le NO2 que le pheacutenanthregravene par exemple (Esteve 2004 Fraser 1998
Tobiszewski 2012 Niu 2007)
Les hydrocarbures aromatiques peuvent eacutegalement ecirctre soustraits de latmosphegravere par deacutepocirct
sec (particules et poussiegraveres) et humides (preacutecipitations) et contaminer les eaux les sols ainsi
que les veacutegeacutetaux (figure 7)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
13
Figure 7 Devenir des hydrocarbures aromatiques dans lrsquoatmosphegravere
122 Dispersion des hydrocarbures aromatiques au niveau du sol
Influence des conditions climatiques
Lrsquohumiditeacute de lrsquoatmosphegravere influe sur les concentrations des polluants retrouveacutes au niveau du
sol Les preacutecipitations permettent drsquoentraicircner les poussiegraveres ainsi que les polluants de
lrsquoatmosphegravere vers le sol avec une plus grande efficaciteacute pour les grosses particules
(Deacutegremont 2009) La pluie lessive tout drsquoabord les HAP de fortes masses moleacuteculaires (plus
de quatre cycles) associeacutes aux particules atmospheacuteriques Lorsque les preacutecipitations
augmentent le lessivage des hydrocarbures aromatiques de plus faibles masses moleacuteculaires
(jusqursquoagrave 4 cycles) devient plus efficace (Deacutegremont 2009 Kipopoulou 1999)
La tempeacuterature agit eacutegalement sur les proprieacuteteacutes physiques des polluants de faibles
tempeacuteratures vont entraicircner la diminution de la volatiliteacute des composeacutes qui vont donc
srsquoaccumuler au niveau du sol (Kipopoulou 1999) Au contraire lrsquoeacuteleacutevation de la tempeacuterature
augmente la solubiliteacute et la pression de vapeur saturante des hydrocarbures aromatiques
diminuant ainsi leur adsorption dans le sol
Les caracteacuteristiques du sol influent sur lrsquoeacutecoulement des flux gazeux et donc sur la dispersion
des polluants Par exemple la rugositeacute du sol augmente la turbulence des masses drsquoair
induisant ainsi le deacutepocirct des particules par capture aeacuterodynamique La quantiteacute de polluants
eacutelimineacutes de lrsquoair par deacutepocirct sec deacutepend du type de sol et plus particuliegraverement de sa sensibiliteacute
aux pheacutenomegravenes drsquoeacuterosion et de sa capaciteacute agrave adsorber les composeacutes ou agrave les remettre en
suspension (Diaf 2003 Desalme 2013)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
14
Influence de la distance avec la source drsquoeacutemission
Les concentrations en hydrocarbures aromatiques retrouveacutees dans les sols sont tregraves variables
en raison de la distance avec les sources de pollution de la profondeur deacutechantillonnage ou
mecircme des eacuteventuels deacuteversements accidentels
La contamination des sols urbains et industriels est geacuteneacuteralement plus importante que celle
des sites ruraux En Suisse le niveau en HAP (somme de 16 HAP) dans le sol de surface (0-
20 cm) atteint 8465 microgkg de poids sec (dw) dans un parc urbain contre 32 microgkg dw pour
un site proteacutegeacute de toute activiteacute humaine directe (Desaules 2008) Dans des eacutechantillons de
sol (forecircts et prairies) en surface (0-5 cm) provenant du Royaume-Uni (27 eacutechantillons) et de
Norvegravege (26 eacutechantillons) les concentrations en HAP (somme de 15) varient respectivement
entre 42 et 11200 microgkg (dw) et entre 86 et 1100 microgkg (dw) Dans cette eacutetude les
eacutechantillons de sol se trouvent plus contamineacutes au Royaume-Uni qursquoen Norvegravege en raison
drsquoune industrialisation et une densiteacute de population plus importante (Nam 2008)
Les concentrations en polluants diminuent avec lrsquoeacuteloignement de la source de contamination
La quantiteacute en HAP (somme de 17 composeacutes) retrouveacutee dans le sol agrave 10 megravetres (2627 microgkg
dw) drsquoune autoroute franccedilaise (70 000 veacutehicules par jour) est significativement supeacuterieure (p
lt 005) aux concentrations mesureacutees agrave 50 (1228 microgkg dw) et 150 megravetres (1078 microgkg dw)
(Creacutepineau 2003) Le deacutepocirct dhydrocarbures aromatiques se produit principalement sur une
distance de 15 megravetres drsquoune circulation routiegravere (Yang 1991) La quantiteacute en HAP pregraves drsquoune
autoroute tchegraveque (05 m) est 30 fois plus importante que la concentration releveacutee agrave 500 m de
lrsquoautoroute (respectivement 3095 et 106 microgkg de sol sec) (Tuhaacutečkovaacute 2001) Ce sont
principalement les composeacutes de plus haute masse moleacuteculaire (plus de 4 cycles) qui sont
deacuteposeacutes agrave proximiteacute de la voie alors que les composeacutes plus leacutegers (MM lt 252 gmol) sont
quant agrave eux distribueacutes plus largement (Yang 1991 Hautala 1995)
Devenir dans le sol
Le caractegravere lipophile des hydrocarbures aromatiques leur permet de srsquoadsorber sur la fraction
organique des particules du sol (Jaacutenskaacute 2006) Leur adsorption sur les matiegraveres organiques
implique une faible mobiliteacute dans le sol et une accumulation sur de longues peacuteriodes de
temps Les composeacutes de faibles masses moleacuteculaires tels que les BTEX sont moins
susceptibles drsquoecirctre retrouveacutes dans le sol agrave long terme car ils possegravedent des pressions de vapeur
saturantes et des solubiliteacutes eacuteleveacutees Ils vont donc facilement se volatiliser de la surface du sol
ou ecirctre entraicircneacutes dans lrsquoeau par ruissellement ou lixiviation La volatilisation la lixiviation
les deacutegradations biotiques et abiotiques ainsi que labsorption par les plantes sont les
principales voies drsquoeacutelimination des hydrocarbures aromatiques preacutesents dans les sols
(figure 8 Kipopoulou 1999)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
15
Figure 8 Devenir des hydrocarbures aromatiques au niveau du sol
Les sols tempeacutereacutes et tropicaux sont fortement soumis agrave ces processus deacutelimination en raison
des conditions meacuteteacuteorologiques telles que lexposition importante au soleil des tempeacuteratures
eacuteleveacutees et des preacutecipitations freacutequentes et substantielles (Li 2008 Wilcke 1999) La
diminution de la tempeacuterature inhibe quant agrave elle la croissance et le deacuteveloppement des
micro-organismes du sol reacuteduisant ainsi les reacuteactions biochimiques et donc la deacutegradation des
hydrocarbures aromatiques (Kipopoulou 1999) Cette biodeacutegradation est le fait de bacteacuteries
ou de champignons par le biais drsquooxydase libeacutereacutees dans des conditions aeacuterobies et concerne
plus particuliegraverement les hydrocarbures aromatiques ayant une masse moleacuteculaire infeacuterieure
ou eacutegale agrave 202 gmol (Posada-Baquero 2011) Le champignon Cladophialophora et les
bacteacuteries Pseudomonas putida ou Mycobacterium sp6PY1 sont notamment connus pour
deacutegrader les hydrocarbures aromatiques (Chevron Cottin 2007 Prenafeta-Bolduacute 2002
Christofoletti Mazzeo 2010) Au cours de la deacutegradation bacteacuterienne les hydrocarbures
aromatiques sont dabord oxydeacutes en cis-dihydrodiols puis en composeacutes aromatiques
dihydroxyleacutes (cateacutechols) (figure 9 Johnsen 2005 Prenafeta-Bolduacute 2002 Christofoletti
Mazzeo 2010)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
16
Figure 9 Cis-dihydrodiols et composeacutes aromatiques dihydroxyleacutes formeacutes apregraves oxydation du naphtalegravene et du
pheacutenanthregravene
La preacutesence de racines de plantes favorise leacutelimination des hydrocarbures aromatiques du sol
Des diminutions rapides des quantiteacutes de pyregravene ont eacuteteacute montreacutees dans des sols cultiveacutes avec
des plants de poivre et de radis En 8 semaines 74 du pyregravene est eacutelimineacute des sols cultiveacutes
contre 40 pour les sols sans veacutegeacutetaux (Liste 2000)
Divers meacutecanismes sont proposeacutes pour expliquer la remeacutediation des composeacutes organiques
preacutesents dans le sol par les plantes Tout drsquoabord la phytoremeacutediation peut srsquoexpliquer par la
deacutegradation importante des composeacutes organiques au niveau de la rhizosphegravere en raison des
densiteacutes eacuteleveacutees de microorganismes agrave cet endroit (Cunningham 1996) Ensuite la
transpiration des plantes peut favoriser le transport des contaminants dissous dans lrsquoeau vers
les racines avec une plus grande probabiliteacute pour les composeacutes organiques les plus solubles
dans lrsquoeau (Ferro 1994 Nyer 1996)
Malgreacute les divers processus drsquoeacutelimination la plupart des hydrocarbures aromatiques sont
persistants dans le sol (Kipopoulou 1999) Les meacutecanismes de biodeacutegradation peuvent ecirctre
limiteacutes en fonction de la solubiliteacute des hydrocarbures aromatiques la disponibiliteacute des
nutriments la tempeacuterature mais aussi de la preacutesence ou lrsquoabsence drsquooxygegravene (Zhang 2006)
De plus la biodeacutegradation est affecteacutee par la bioaccessibiliteacute reacuteduite des hydrocarbures
aromatiques Lrsquoadsorption des hydrocarbures aromatiques sur la matiegravere organique du sol
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
17
implique une faible surface drsquoeacutechange entre la fraction potentiellement biodeacutegradable des
composeacutes et les micro-organismes (Posada-Baquero 2011)
123 Dispersion des hydrocarbures aromatiques dans lrsquoenvironnement
aquatique
Les eacutevegravenements climatiques tels que le vent la pluie et le lessivage des sols sont responsables
de fortes concentrations en hydrocarbures aromatiques retrouveacutees dans lrsquoeau et les seacutediments
des oceacuteans et des riviegraveres (Cavalcante 2009 et 2010) Dans un environnement aquatique les
composeacutes les moins hydrophobes les BTEX et les HAP leacutegers (2 et 3 cycles aromatiques)
sont principalement retrouveacutes dans lrsquoeau Les HAP plus hydrophobes (4 agrave 6 cycles
aromatiques) srsquoaccumulent preacutefeacuterentiellement dans la fraction organique des seacutediments
(Kafilzadeh 2015)
Eau douce
Le lessivage des sols par la pluie est notamment responsable de la preacutesence de HAP (somme
de 14 composeacutes) entre 04 et 163 microgL dans lrsquoeau de la ville de Colombia en Caroline du Sud
(11 eacutechantillons) (Ngabe 2000) Aux Etats-Unis le toluegravene et le xylegravene font partie des
composeacutes organiques les plus freacutequemment deacutetecteacutes dans les eaux urbaines Dans la riviegravere
Sava qui est le deuxiegraveme plus grand affluent du Danube et qui traverse la Sloveacutenie la Croatie
et la Serbie les niveaux de BTEX releveacutes dans les seacutediments varient de moins de 54 microgkg agrave
3886 microgkg (dw) Cet important niveau de pollution mesureacute suite agrave une inondation est
notamment expliqueacute par des rejets deaux useacutees ainsi que par la preacutesence drsquoindustries de
raffinage du peacutetrole (Medunić 2015) Pour la riviegravere de Tonghui (Peacutekin) toucheacutee par
lrsquoimportant deacuteveloppement urbain et industriel des alentours la concentration totale en HAP
(somme de 16) retrouveacutee dans les seacutediments est supeacuterieure agrave celle mesureacutee dans lrsquoeau avec
des valeurs variant de 127 agrave 928 microgkg et de 02 agrave 26 microgL respectivement Les HAP
composeacutes de 2 (385 ) et 3 (365 ) cycles aromatiques sont les plus repreacutesenteacutes dans les
eacutechantillons drsquoeau tandis que les HAP avec 3 (408 ) et 4 (288 ) cycles sont majoritaires
dans les eacutechantillons seacutedimentaires (Zhang 2004)
Murphy et al (1988) indiquent que plus de 90 des hydrocarbures sont adsorbeacutes sur les
matiegraveres particulaires dans les riviegraveres et ne traversent pas la zone de lrsquoestuaire en raison des
changements physico-chimiques entraicircneacutees par le meacutelange de lrsquoeau douce et lrsquoeau saleacutee
Lrsquoaugmentation de la saliniteacute entraine ladsorption des polluants sur les particules qui se
retrouvent donc concentreacutes dans les estuaires par floculation (Brunk 1997) En Normandie
en 2003 le contenu en HAP (somme de 21 HAP) retrouveacute dans les seacutediments de lrsquoestuaire de
Seine varie entre 1275 et 12492 microgkg dw et entre 1763 et 2457 microgkg dw pour les
seacutediments de la baie de Seine Dans ces mecircmes seacutediments le niveau de BaP atteint jusqursquoagrave
1122 microgkg de poids sec dans lrsquoestuaire et 176 microgkg dw dans la baie (Cachot 2006)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
18
Eau saleacutee
Lrsquoenvironnement aux abords du lieu de preacutelegravevement influence le niveau drsquohydrocarbures
aromatiques releveacutes dans les eaux saleacutees et les seacutediments Dans lrsquoOceacutean Atlantique sur les
cocirctes de Fortaleza au Breacutesil le toluegravene est retrouveacute agrave un niveau de 163 μgL et de 115 μgL
pour le xylegravene Pour ces composeacutes le principal contributeur agrave cette pollution apparait ecirctre le
ruissellement urbain (Cavalcante 2010) La Lagune de Karavasta (Albanie) est impacteacutee par
de nombreuses sources de contamination telles que les deacuteversements drsquoeaux urbaines et de
lindustrie peacutetroliegravere les courants marins provenant de la mer Adriatique ou encore les
transports routier et maritime Le contenu total dans lrsquoeau de cette lagune est de 07 agrave 1 5
microgL pour les BTEX et de 01 agrave 12 microgL pour les HAP (somme de 13) Dans les seacutediments
les HAP sont retrouveacutes dans les mecircmes concentrations que dans lrsquoeau avec des valeurs entre
01 et 10 microgkg (Dukaj 2015) Dans des lagunes de la cocircte turque le contenu en BTEX
releveacute dans les seacutediments varie de 1 agrave 370 microgkg (dw) Le toluegravene est le composeacute le plus
retrouveacute (515 ) avec les mp-xylegravenes (403 ) La preacutedominance du toluegravene est notamment
expliqueacutee par lutilisation excessive de produits chimiques provenant des activiteacutes agricoles
(engrais et pesticides) et de la lutte contre les moustiques puisque les lagunes ne se trouvent
pas agrave proximiteacute de sites industriels (Uumlnluuml 2017)
Les activiteacutes portuaires sont eacutegalement responsables de fortes teneurs en hydrocarbures
aromatiques rencontreacutes dans les seacutediments Dans le port de Boston qui est le port le plus
pollueacute des Etats-Unis les concentrations en HAP (somme de 16) dans les seacutediments de
surface (environ 10 cm) varient de 7300 agrave 358000 microgkg (dw) Les HAP y sont retrouveacutes 4 agrave
7 fois plus associeacutes aux particules seacutedimentaires les plus grosses (gt 250 microm) qursquoagrave celles
infeacuterieures agrave 62 microm avec une preacutedominance (79-93 ) des composeacutes de 3 cycles et plus
(Wang 2001)
13 Conseacutequences eacutecologiques
131 Contamination des veacutegeacutetaux
Le contenu en hydrocarbures aromatiques dans les veacutegeacutetaux varie principalement en fonction
du niveau de pollution du site de croissance Les plantes cultiveacutees dans les zones urbaines
sont geacuteneacuteralement plus contamineacutees que dans les zones rurales Dans la zone meacutetropolitaine
de Campinas au Breacutesil (6 lieux de preacutelegravevements) le niveau de HAP (somme de 10 HAP)
mesureacute dans la laitue en zone rurale est de 912 microgkg de poids frais (3 deacuteterminations) et
atteint 1793 microgkg de poids frais (3 deacuteterminations) agrave proximiteacute de la route (Camargo 2003)
Les hydrocarbures aromatiques majoritairement preacutesents dans les fruits et leacutegumes sont ceux
ayant moins de 3 cycles aromatiques (Lei 2011) Ces composeacutes srsquoaccumulent
preacutefeacuterentiellement dans la peau qui est la partie la plus lipophile des veacutegeacutetaux (Goacuterna Binkul
1996 Goacuterna-Binkul 1997) Le benzegravene est notamment retrouveacute en concentration plus
importante dans la peau des fruits comme lrsquoorange (558 microgkg) la pomme (266 microgkg) et le
kiwi (321 microgkg) que dans la pulpe ougrave il nrsquoa pas pu y ecirctre deacutetecteacute (Goacuterna-Binkul 1996)
Lrsquoeacutelimination de la peau des concombres apregraves eacutepluchage permet de reacuteduire le contenu en
HAP (somme de 8 HAP) de 116 agrave 76 microgkg de poids frais (Ashraf 2012)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
19
Contamination des veacutegeacutetaux par voie aeacuterienne
Lrsquoadsorption des hydrocarbures aromatiques deacutepend du mode de croissance (aeacuterien ou
souterrain) du veacutegeacutetal La concentration moyenne en HAP (somme de 16 HAP) rencontreacutee
dans 3 leacutegumes souterrains (pomme de terre radis et navet) est de 3226 microgkg de poids sec
contre 6073 microgkg de poids sec pour 6 leacutegumes feuillus (eacutepinard fenugrec ou le chou-fleur
par exemple) La diffeacuterence significative observeacutee entre ces deux groupes de veacutegeacutetaux montre
que les eacutechanges aeacuteriens semblent ecirctre les principaux responsables de leur contamination par
les HAP (Tuteja 2011) Dans une eacutetude meneacutee en Gregravece en 1993 le profil en HAP deacutetermineacute
dans des leacutegumes (choux carottes laitues poireaux et endives) cultiveacutes pregraves dune zone
industrielle est similaire agrave celui observeacute dans lair (Kipopoulou 1999) Les transferts
drsquohydrocarbures aromatiques de lair vers les plantes deacutependent du coefficient de partage
octanolair des composeacutes (Goacuterna-Binkul 2001 Kipopoulou 1999) Le facteur de
bioconcentration entre lrsquoair et la veacutegeacutetation qui est le ratio entre les concentrations en
hydrocarbures aromatiques dans lrsquoair et dans la plante est plus important lorsque le
coefficient de partage octanolair augmente (Kipopoulou 1999)
Lrsquoadsorption des composeacutes organiques volatils de lrsquoatmosphegravere deacutepend de la morphologie de
la plante De grandes surfaces deacutechange avec la phase gazeuse favorisent la contamination
Ce pheacutenomegravene est notamment observeacute pour le chou (14 cm2g) et le maiumls (36 cm2g) dont les
grandes feuilles repreacutesentent une large surface deacutechange par rapport au raisin (19 cm2g) ou
la tomate (055 cm2g) Dans les eacutechantillons preacuteleveacutes pregraves dune industrie chimique ayant
brucircleacutee une semaine auparavant la teneur totale en HAP (somme de 10 HAP) est beaucoup
plus importante dans les feuilles de chou et de maiumls avec 42plusmn35 μgkg et 24plusmn18 μgkg
ww respectivement que dans le raisin (03plusmn02 μgkg) et la tomate (environ 009plusmn004
μgkg) Lorsque la concentration en HAP est rameneacutee agrave la surface externe du veacutegeacutetal eacutetudieacute il
apparaicirct que le niveau de contamination agrave la surface du raisin (176 pg de HAP cm2) et de la
tomate (160 pg de HAP cm2) est supeacuterieur agrave celui des feuilles de maiumls (67 pg de HAP cm2)
La plus faible teneur des HAP en microgkg dans ces fruits est due selon les auteurs agrave leur
biomasse plus importante (Rey-Salgueiro 2008b)
De plus dans des conditions de culture similaires des teneurs en HAP plus eacuteleveacutees sont
retrouveacutees dans les leacutegumes agrave feuilles larges et rugueuses (Vernonia amygdalina) que dans
ceux posseacutedant des petites feuilles lisses (Lasianthera africanum) (Inam 2016)
Contamination des veacutegeacutetaux par le sol
Mecircme si les eacutechanges avec la phase gazeuse constituent la principale voie de contamination
des veacutegeacutetaux aeacuteriens un transfert des hydrocarbures aromatiques du sol vers les fruits via le
xylegraveme peut eacutegalement ecirctre envisageacute Le transfert du sol vers les parties aeacuteriennes a eacuteteacute
deacutemontreacute pour des cultures de leacutegumes (laitue carotte pomme de terre haricots et tomates)
sous atmosphegravere controcircleacutee dans des pots contenant des sols pollueacutes Les parties aeacuteriennes y
sont environ 10 fois moins contamineacutees que les racines Un faible transfert des HAP vers les
fruits est donc constateacute (Fismes 2004) Pour les plantes (12 espegraveces) poussant dans des sols
additionneacutes de pheacutenanthregravene et de pyregravene les parties aeacuteriennes sont moins contamineacutees
(jusquagrave 196 et 737 mgkg dw respectivement) que les racines (jusquagrave 672 et 199 mgkg
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
20
dw respectivement) (Gao 2004) Les auteurs suggegraverent un transfert restreint des composeacutes
eacutetudieacutes des racines vers les parties aeacuteriennes mais aussi une possible contamination provenant
de la volatilisation des HAP du sol
En ce qui concerne les leacutegumes souterrains des concentrations eacuteleveacutees en hydrocarbures
aromatiques ont notamment eacuteteacute mesureacutees dans les pommes de terre et les carottes (Ashraf
2012 Kipopoulou 1999 Samsoslashe-Petersen 2002) Dans le sol des champs de cultures la
concentration en BaP la plus importante est rencontreacutee pour un ancien site denfouissement
pregraves de Copenhague avec 15 mgkg (dw) Les quantiteacutes en BaP retrouveacutees dans les carottes
et les pommes de terre non peleacutees atteignent des concentrations extrecircmes drsquoenviron 14 mgkg
et 08 mgkg poids humide respectivement Le transfert des hydrocarbures aromatiques du sol
vers les veacutegeacutetaux souterrains est lieacute agrave leur solubiliteacute ainsi qursquoau coefficient de partage
octanoleau Le facteur de bioconcentration sol-veacutegeacutetal (soit la concentration en HAP dans le
veacutegeacutetal diviseacutee par leur concentration dans le sol) augmente avec la solubiliteacute des HAP dans
leau et avec la diminution du coefficient de partage octanoleau (Kipopoulou 1999) Les
hydrocarbures aromatiques de faible poids moleacuteculaire sont relativement solubles dans lrsquoeau
(tableau 1) volatils et mobiles dans le sol Ils sont ainsi facilement eacutelimineacutes par volatilisation
ou lessivage Les BTEX sont par conseacutequent absents des leacutegumes souterrains (navet pomme
de terre radis panais ceacuteleri-rave carotte) (Goacuterna-Binkul 1996)
Le niveau de contamination des sols ne semble pas ecirctre systeacutematiquement correacuteleacute agrave la
concentration des HAP retrouveacutee dans les plantes Cela peut srsquoexpliquer drsquoune part par la
faible mobiliteacute des HAP comportant plus de 4 cycles qui ne peuvent pas migrer vers le
veacutegeacutetal et drsquoautre part par les processus de biodeacutegradation au niveau du sol qui entraicircne
lrsquoeacutelimination drsquoune partie des HAP (Li 2008 Samsoslashe-Petersen 2002)
Labsorption des HAP par les racines est renforceacutee par la preacutesence de la microflore du sol
Linoculation dun champignon mycorhiziens dans le sol facilite le transfert des HAP vers la
racine de ray-grass Apregraves 60 jours les niveaux de fluoregravene et de pheacutenanthregravene releveacutes dans
les racines des sols non inoculeacutes sont de 12 et 02 μgkg dw respectivement alors quils
atteignent 626 et 48 μgkg dw respectivement pour les racines des sols inoculeacutes avec des
champignons mycorhiziens (Gao 2010) Linoculation des champignons (Lewia sp) dans le
sol (contamineacute avec du pyregravene et du pheacutenanthregravene agrave 1500 mgkg dw) favorise eacutegalement la
sorption du pyregravene par les racines de feacutetuque La concentration de pyregravene est de 695 plusmn 246
mgkg dw dans les racines provenant des sols non inoculeacutes et de 1603 plusmn 336 mgkg dw
dans les racines des sols inoculeacutes (3 eacutechantillons par conditions) (Cruz-Hernaacutendez 2013)
132 Contamination de la faune terrestre
Les insectes tels que les abeilles sont souvent utiliseacutes comme indicateurs de la qualiteacute de
lrsquoenvironnement en raison de leur exposition et de leur sensibiliteacute aux polluants mais aussi de
leur large distribution dans lrsquoenvironnement et de lrsquoaccegraves agrave un nombre suffisant drsquoindividus
pour obtenir des reacutesultats significatifs (Fernaacutendez 2001 Kevan 1999 Lambert 2012) Les
abeilles sont exposeacutees aux hydrocarbures aromatiques pendant leur vol mais aussi par
ingestion lors de la reacutecolte du pollen et du nectar des fleurs (Lambert 2012) Une eacutetude
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
21
reacutealiseacutee en Bretagne sur diffeacuterents ruchers situeacutes agrave proximiteacute ou non drsquoagglomeacuterations du
trafic routier ou du trafic maritime a montreacute la preacutesence de HAP dans le miel et les abeilles
De plus fortes concentrations sont mesureacutees dans le corps des abeilles (703plusmn125 microgkg dw
en moyenne) que dans le miel (082plusmn001 microgkg ww en moyenne) Des teneurs significatives
sont retrouveacutees dans les abeilles (087-7383 microgkg) le miel (048-580 microgkg) et le pollen
(079-12941 microgkg) de licircle dOuessant probablement en raison du trafic intensif de bateaux
(Lambert 2012)
Lrsquoabsorption drsquohydrocarbures aromatiques agrave partir du sol par des animaux terrestres tels que
la chegravevre ou la vache engendre lrsquoexcreacutetion de meacutetabolites par les voies lacteacutee et urinaire
(Costera 2009 Ounnas 2009 Grova 2006 Lutz 2006) Les meacutetabolites principalement
retrouveacutes dans les fluides biologiques (3-hydroxypheacutenanthregravene 1-hydroxypyregravene) sont mono-
hydroxyleacutes (Ounnas 2009 Lutz 2006) Une relation dose-reacuteponse (R2 = 096) a pu ecirctre
eacutetablie entre les doses de pyregravene ingeacutereacutees et les quantiteacutes de 1-hydroxypyregravene excreacuteteacute dans
lurine et le lait de chegravevre (Ounnas 2009) Les meacutetabolites de HAP sont majoritairement
excreacuteteacutes par voie urinaire puisque leur concentration est 20 agrave 30 fois plus importante dans les
urines que dans le lait des ruminants (Costera 2009 Ounnas 2009) Le 1-hydroxypyregravene
atteint par exemple jusqursquoagrave 8000 microgL dans les urines et 450 microgL dans le lait des chegravevres 9
h apregraves la consommation de 49 mg de pheacutenanthregravene 43 mg de pyregravene et 50 mg de
benzo(a)pyregravene provenant drsquoun eacutechantillon de sol (Costera 2009) Lrsquoingestion involontaire de
sol par les ruminants repreacutesente une source non neacutegligeable de transfert des HAP dans la
chaine alimentaire car le sol est plus contamineacute par les HAP que les fourrages (Costera 2009
Ounnas 2009 Grova 2006 Lutz 2006)
En Coreacutee les concentrations en meacutetabolites hydroxyleacutes retrouveacutees dans lurine de vaches
laitiegraveres sont comprises entre 01 et 59 microgL pour le 3-hydroxypheacutenanthregravene et entre 05 et
36 microgL pour le 1-hydroxypyregravene Ces concentrations en meacutetabolites hydroxyleacutes sont assez
correacuteleacutees agrave celles des HAP non meacutetaboliseacutes retrouveacutees dans les muscles squelettiques avec
07 agrave 48 microgkg de poids frais pour le pheacutenanthregravene (R2 = 058) et 04 agrave 41 microgkg de poids
frais pour le pyregravene (R2 = 066) (Kang 2011)
Une eacutetude reacutealiseacutee en Reacutepublique tchegraveque (administration de HAP par apport alimentaire
percutaneacute et par inhalation) montre que les HAP non meacutetaboliseacutes sont retrouveacutes dans tous les
tissus bovins et porcins eacutetudieacutes (le foie les reins les poumons les muscles les tissus adipeux
le cristallin et lhumeur vitreacutee) Les plus fortes concentrations en HAP (somme de 16) sont
mesureacutees au niveau du cristallin avec 20 agrave 170 microgkg de poids frais pour les porcs et 72 agrave
219 microgkg de poids frais pour les bovins Malgreacute le caractegravere hydrophobe des HAP leurs
concentrations restent faibles dans les tissus adipeux 002 agrave 011 microgkg de poids frais pour les
porcs et 002 agrave 032 microgkg de poids frais pour les bovins en raison de leur meacutetabolisation
rapide (Ciganek 2006)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
22
133 Conseacutequences sur les micro-organismes du sol
La contamination du sol par les HAP a des conseacutequences sur la composition lrsquoabondance
ainsi que sur lrsquoactiviteacute des micro-organismes (champignons et bacteacuteries) La preacutesence des
HAP dans le sol affecte la composition de la communauteacute microbienne Par rapport au sol non
contamineacute le sol contamineacute par les HAP montre plus de γ-Proteobacteria et moins de
Bacteroidetes Les actinobacteacuteries semblent ecirctre les plus repreacutesenteacutees dans les sols
contamineacutes par le fluoranthegravene (Sawulski 2014)
Labondance en microorganismes est affecteacutee par le niveau des HAP dans le sol et deacutepend de
la distance avec la source de contamination Pregraves de lautoroute dans un sol contamineacute par
3095 μgkg dw (Somme de 10 HAP) la quantiteacute en bacteacuteries et champignons est
respectivement 8 et 3 fois supeacuterieure au niveau rencontreacute agrave 500 megravetres dans une prairie dont
le sol possegravede une teneur en HAP de 106 μgkg dw (Tuhaacutečkovaacute 2001) Lrsquoaugmentation de
la preacutesence de ces micro-organismes avec le rapprochement de la source de pollution est due agrave
lrsquoutilisation des hydrocarbures aromatiques comme source drsquoeacutenergie pour le deacuteveloppement
des colonies (Tuhaacutečkovaacute 2001) Neacuteanmoins lrsquoeffet inverse est observeacute pour drsquoautre
bacteacuteries telles que les actinomycegravetes (majoritairement des nocardioformes) dont la preacutesence
se trouve diminueacutee avec le rapprochement de la source en HAP
La preacutesence des HAP dans le sol reacuteduit significativement (p lt 005 par rapport au sol non
contamineacute) drsquoenviron 50 lrsquoactiviteacute (deacuteshydrogeacutenase) des bacteacuteries des archeacutees et des
champignons 2 jours apregraves la contamination Cependant 20 jours apregraves la contamination
lrsquoactiviteacute de ces micro-organismes dans les sols contamineacutes nrsquoest pas significativement
diffeacuterente de celle observeacutee dans le sol non contamineacute (Sawulski 2014)
134 Contamination des espegraveces aquatiques
Contamination des espegraveces en eau douce
Une eacutetude meneacutee dans diffeacuterents lac drsquoEurope et du Groenland montre la preacutesence de HAP
dans le foie des poissons Des concentrations similaires en HAP (somme de 14) sont releveacutees
dans le foie des truites (2 et 65 microgkg ww) et des ombles (11 et 65 microgkg ww) Les reacutesultats
montrent chez ces poissons la dominance de HAP leacutegers principalement le pheacutenanthregravene
(plus de 50 ) et dans de moindres mesures le fluoregravene le fluoranthegravene et le pyregravene (environ
10 chacun) (Vives 2003) Dans une reacuteserve naturelle en Camargue le pheacutenanthregravene est
geacuteneacuteralement le HAP le plus retrouveacute dans le foie (32-166 microgkg) et la veacutesicule biliaire (27-
111 microgkg) des poissons (carrassins anguilles poissons chat) (Pointet 2000)
Contamination des espegraveces en eau saleacutee
Dans les algues Fucus serratus et Fucus vesiculosus provenant drsquoun petit port de Norvegravege ougrave
les activiteacutes principales sont lindustrie et la circulation des bateaux les niveaux de BaP
releveacutes sont respectivement eacutegaux agrave 20 et 64 microgkg dw (Knutzen 1982)
De nombreuses espegraveces marines telles que les mollusques bivalves les phytoplanctons et les
zooplanctons se deacuteveloppent et se nourrissent dans le compartiment seacutedimentaire impliquant
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
23
lrsquoabsorption et lrsquoaccumulation des hydrocarbures aromatiques Une eacutetude reacutealiseacutee sur
diffeacuterentes espegraveces de poissons (thon maquereau saumon lespadon et autres poissons
blancs) et de fruits de mer (moules palourdes et crevettes) provenant du commerce espagnol
montre que les plus fortes concentrations en HAP (16 composeacutes) sont retrouveacutees dans les
coquillages Dans les moules les palourdes et les crevettes les fortes teneurs en HAP (2 agrave 21
microgkg ww) sont associeacutees agrave leur incapaciteacute agrave meacutetaboliser ces polluants impliquant une
importante accumulation (Martiacute-Cid 2007) Dans la moule bleue provenant des zones cocirctiegraveres
nordiques (Islande Norvegravege et Suegravede) les niveaux en HAP fluctuent entre 40 et 11670 microgkg
dw (Skarpheacuteethinsdoacutettir 2007) Pour les moules Mytilus galloprovincialis preacuteleveacutees le long
des cocirctes europeacuteennes (Allemagne France et Espagne) la contamination en BaP varie entre
022 microgkg dw en Meacutediterraneacutee (cocirctes franccedilaises Corse et Sardaigne) et 166 microgkg dw dans
le Bassin dArcachon (zones hautement urbaniseacutees avec espaces de loisirs) (Baumard 1999)
Ces valeurs restent tregraves infeacuterieures aux critegraveres deacutevaluation eacutecotoxicologique (EAC) compris
entre 5000 et 50 000 microgkg dw pour le BaP dans les moules (OSPAR 2000)
135 Contamination des aliments
La contamination des aliments bruts (animaux et veacutegeacutetaux) se produit pendant la croissance
mais aussi pendant le transport le stockage ainsi qursquoau cours des processus de transformation
(produits seacutecheacutes grilleacutes rocirctis fumeacutes ou fris)
Les concentrations en HAP (somme de 16 composeacutes en microgkg ww) sont geacuteneacuteralement plus
faibles dans les fruits (de 07 pour la banane agrave 1 microgkg pour la pecircche) et les leacutegumes (de 07
pour lrsquooignon agrave 41 microgkg pour le chou-fleur) que dans les produits gras (de 181 pour le
beurre agrave 192 microgkg pour la margarine) les produits laitiers (de 06 pour le yaourt agrave 128
microgkg pour le fromage) et la viande (de 12 pour la longe de porc agrave 3649 microgkg pour le
salami) Le niveau de toluegravene est eacutegalement plus eacuteleveacute dans les eacutechantillons de margarine
(272 microgkg) de fromage (255 microgkg) et de bacon (230 microgkg) que dans les fruits tels que
lrsquoorange (183 microgkg) la banane (36 microgkg) et la fraise (16 microgkg) ou dans les leacutegumes comme
lrsquoavocat (3 microgkg) (Fleming-Jones 2003) Ceci peut notamment ecirctre expliqueacute par le caractegravere
lipophile des hydrocarbures aromatiques qui ont une plus forte affiniteacute pour les lipides
(Camargo 2003 Martiacute-Cid 2008)
La viande et les produits carneacutes ainsi que les huiles et les graisses sont consideacutereacutes comme les
principaux contributeurs agrave lrsquoabsorption journaliegravere de HAP par ingestion avec respectivement
57-71 et 8-12 pour les adultes (Martorell 2010) La consommation de fruits et de
leacutegumes (environ 31 de lrsquoapport alimentaire total) contribue pour 5 agrave 10 agrave lrsquoabsorption
des HAP (Martorell 2010) Neacuteanmoins lrsquoabsorption journaliegravere drsquohydrocarbures aromatiques
peut varier selon la proportion de fruits et de leacutegumes inteacutegreacutee agrave lrsquoalimentation ou le niveau de
contamination de ces aliments qui deacutepend de leur environnement de culture de leur stockage
ou des proceacutedeacutes utiliseacutes pour leur transformation Les fruits et les leacutegumes repreacutesentent donc
une source significative drsquoapport drsquohydrocarbures aromatiques qui doit ecirctre consideacutereacutee
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
24
1351 Contenu en hydrocarbures aromatiques dans les fruits et les
leacutegumes
13511 Contenu en BTEX dans les fruits et leacutegumes
Dans la litteacuterature tregraves peu de donneacutees sont disponibles sur la preacutesence de BTEX dans les
fruits et les leacutegumes De plus la plupart de ces eacutetudes visent agrave deacuteterminer les concentrations
en BTEX dans des produits acheteacutes en supermarcheacute geacuteneacuterant un manque drsquoinformation sur
leurs conditions de culture mais aussi de stockage et de transport
Reacutepartition des BTEX dans les fruits et leacutegumes
Pour certains fruits et leacutegumes les contenus en BTEX dans la peau et la pulpe sont compareacutes
Les concentrations en toluegravene retrouveacutees dans la pulpe des tomates des kiwis des prunes des
poires et des pommes sont moins importantes que celles deacutetermineacutees dans leurs peaux
respectives En ce qui concerne le benzegravene qui nrsquoest pas deacutetecteacute dans la pulpe des pommes sa
concentration dans la peau est de 002 microgkg (ww) Dans le cadre drsquoune contamination
aeacuterienne les BTEX semblent preacutefeacuterentiellement srsquoadsorber et srsquoaccumuler au niveau de la
peau qui forme une barriegravere lipophile et qui est plus hydrophobe que la pulpe
Lrsquoeacutetude des BTEX dans des leacutegumes souterrains tels que le navet les pommes de terre le
radis le panais le celeri et la carotte nrsquoa reacuteveacuteleacute la preacutesence drsquoaucun hydrocarbure aromatique
monocyclique Ces reacutesultats semblent indiquer que lrsquoabsence de contact avec lrsquoair au cours de
la croissance preacutevient drsquoune contamination de ces veacutegeacutetaux par les BTEX (Goacuterna-Binkul
1996) Cette hypothegravese est conforteacutee par les pressions de vapeur eacuteleveacutees des BTEX
impliquant une importante volatilisation de ces composeacutes au niveau du sol
Distribution des BTEX
Parmi les BTEX le toluegravene semble ecirctre lrsquohydrocarbure aromatique monocyclique le plus
freacutequemment retrouveacute dans les eacutechantillons de fruits et de leacutegumes Le niveau de toluegravene dans
les fruits varie de 003 microgkg ww dans la pulpe de kiwi agrave 36 microgkg ww dans la pulpe de
banane En ce qui concerne les leacutegumes les concentrations en toluegravene sont comprises entre
002 microgkg ww dans les feuilles de chou et 3 microgkg ww dans lrsquoavocat
Le benzegravene peut atteindre une concentration tregraves forte de 132 microgkg ww pour la banane
(Fleming-Jones 2003)
Lrsquoeacutethylbenzegravene et les xylegravenes ne sont deacutetecteacutes que dans un faible nombre drsquoeacutechantillons
Lrsquoeacutethylbenzegravene est preacutesent dans la peau drsquoorange les olives et lrsquoavocat avec des quantiteacutes
respectives de 002 15 et 5 microgkg ww Le niveau en mp-xylegravenes est drsquoenviron 008 microgkg
ww dans la peau drsquoorange et est compris entre 1 et 39 microgkg ww dans les olives Seule la
peau drsquoorange montre une preacutesence drsquoo-xylegravene avec environ 0002 microgkg ww
Des contenus importants en BTEX ont eacuteteacute deacutetermineacutes dans les bananes les fraises et les
avocats notamment en raison de concentrations en benzegravene eacuteleveacutees entre 11 et 132 microgkg
(ww) Les investigations pour ces fruits et leacutegumes sont meneacutees par les mecircmes auteurs
(Fleming-Jones 2003) Il est donc possible drsquoenvisager que les conditions de culture et de
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
25
stockage si elles sont similaires pour lrsquoensemble des fruits et legumes eacutetudieacutes soient agrave
lrsquoorigine des niveaux de contamination eacuteleveacutes
13512 Contenu en HAP dans les fruits et leacutegumes
Compareacutes aux BTEX un plus grand nombre de travaux visant agrave deacuteterminer le contenu en
HAP dans les fruits et les leacutegumes sont disponibles dans la liteacuterature La plupart de ces
investigations sont meneacutees dans des environnements contamineacutes par des sources particuliegraveres
de HAP (brucirclage de deacutechets industries activiteacutes urbaines) Les niveaux de HAP deacutetecteacutes dans
les fruits et les leacutegumes sont globalement faibles Des quantiteacutes entre 001 et 05 microgkg (ww)
sont retrouveacutees pour les HAP classeacutes comme polluants prioritaires par lrsquoUS-EPA Cependant
plusieurs eacutetudes reacutevegravelent dans divers fruits et leacutegumes des concentrations supeacuterieures agrave 05
microgkg ww pour certains composeacutes qui peuvent mecircme atteindre jusqursquoagrave 5 microgkg (ww) Le
niveau de HAP est deacutependant du fruit ou du leacutegume eacutetudieacute de son environnement de
croissance ainsi que du HAP consideacutereacute
Influence de lrsquoenvironnement des cultures sur le contenu en HAP dans les fruits et leacutegumes
Parmi les eacutetudes disponibles certains environnements apparaissent plus contamineacutes par les
HAP entraicircnant de plus importantes concentrations retrouveacutees dans les cultures Des quantiteacutes
eacuteleveacutees en HAP (freacutequemment gt 6 microgkg jusqursquoagrave 110 microgkg) peuvent ecirctre observeacutees dans
diffeacuterents leacutegumes (chou carotte chou-fleur laitue et tomate) provenant de Chine (Lei
2011 Mo 2009 Wang 2012 Wu 2016 Zhong 2002) La proximiteacute des cultures avec un
site de combustion de deacutechet eacutelectronique dans le sud de la Chine reacutesulte en drsquoimportants
niveaux de HAP (somme de 8 HAP lourds) dans les pois et les eacutechalotes avec 655 et 488
microgkg ww respectivement (Wang 2012) Des concentrations en HAP lourds (somme de 8)
supeacuterieures agrave 10 microgkg sont trouveacutes dans le chou (11plusmn16 microgkg) le ceacuteleri (jusqursquoagrave 19plusmn46
microgkg dans les feuilles) le concombre (15plusmn14 microgkg dans la peau) lrsquoaubergine (12plusmn15 microgkg
dans la peau) la pomme de terre (15plusmn15 microgkg) et la tomate (13plusmn14 microgkg dans la peau)
cultiveacutes dans une reacutegion du nord de la Chine ougrave le charbon trouve de multiples applications
(industrie chauffage cuisson) (Zhong 2002) Certains niveaux en HAP sont associeacutes agrave des
eacutecarts types importants La quantiteacute drsquoanthracegravene retrouveacutee dans la peau des pommes de terre
(26 eacutechantillons) est estimeacutee agrave 102plusmn328 microgkg ww indiquant une importante variabiliteacute des
concentrations retrouveacutees dans les diffeacuterents eacutechantillons (Zhong 2002) Dans les leacutegumes
provenant de zones denseacutement peupleacutees et industrialiseacutees de Chine (Nanjing 8 millions
drsquohabitants preacutesence drsquoindustries peacutetrochimique et sideacuterurgique Wuhan 10 millions
drsquohabitants preacutesence drsquoindustries sideacuterurgique important trafic terrestre fluvial et aeacuterien) le
fluoregravene et pyregravene sont deacutetecteacutes en fortes concentrations Le pyregravene atteint 100 microgkg dans le
chou fleur et la concentration en fluoregravene est drsquoenviron 39 microgkg dans le luffa (Lei 2011
Wu 2016) Dans ces deux eacutetudes les taux de reacutecupeacuteration obtenus pour certains HAP
excegravedent les 100 Quelques estimations des niveaux de naphtalegravene drsquoaceacutenaphtegravene et de
fluoregravene sont infeacuterieures aux gammes de lineacuteariteacute deacutetermineacutees par Lei et al (2011) (entre 10
et 2000 microgkg pour le naphtalegravene et lrsquoaceacutenaphthegravene et de 2 agrave 2000 microgkg pour le fluoregravene)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
26
La proximiteacute des cultures avec une source de pollution influe sur la quantiteacute en HAP
retrouveacutee dans les veacutegeacutetaux Les veacutegeacutetaux provenant de zones urbaines ou industrielles
preacutesentent un contenu en HAP plus important que ceux cultiveacutes dans les zones rurales Le
niveau de HAP lourds (somme de 8) retrouveacute dans la laitue (moyenne de 3 deacuteterminations) est
drsquoenviron 13plusmn04 microgkg ww lorsqursquoelle est cultiveacutee dans une zone rurale contre 41plusmn15
microgkg ww pour celle reacutecolteacutee pregraves drsquoune route agrave proximiteacute drsquoune meacutetropole (Camargo
2003) Pour les feuilles drsquoaneth provenant drsquoune zone urbaine le niveau total en HAP (somme
de 15) est drsquoenviron 52 microgkg ww alors qursquoil est de 07 microgkg ww pour celles cultiveacutees
dans une zone rurale (Soceanu 2014)
Dans un environnement pollueacute par les HAP lrsquoexposition aeacuterienne semble ecirctre la principale
voie contribuant agrave la contamination des veacutegeacutetaux La comparaison des niveaux en HAP dans
des veacutegeacutetaux aeacuteriens et souterrains cultiveacutes dans un mecircme environnement montre que les
parties aeacuteriennes sont geacuteneacuteralement plus contamineacutees que les parties souterraines La
concentration moyenne en HAP (somme de 16) dans 6 leacutegumes agrave feuilles (607 microgkg dw)
reacutecolteacutes aux alentours drsquoune ville indienne (Panipat) est significativement supeacuterieure agrave celle
trouveacutee dans 3 leacutegumes souterrains (323 microgkg dw) (Tuteja 2011) De mecircme dans une zone
urbaine en Roumanie le niveau en HAP (somme de 15 composeacutes) deacutetecteacute dans les feuilles de
chou se situe autour de 10 microgkg ww contre 3 microgkg ww pour les pommes de terre
(Soceanu 2014)
Influence de la varieacuteteacute sur le contenu en HAP dans les fruits et leacutegumes
Lrsquoaccumulation des HAP dans les fruits et les leacutegumes semble ecirctre deacutependante de la varieacuteteacute
Parmi 3 varieacuteteacutes de carottes provenant de fermes biologiques les carottes de varieacuteteacute
laquo Nairobi raquo (3 eacutechantillons) avec 160plusmn25 microgkg ww dans la peau et 51plusmn08 microgkg ww
dans la chair sont celles absorbant la plus grande quantiteacute de HAP (somme de 15 HAP) par
rapport au niveau de contamination du sol (5897plusmn430 microgkg dw) Parmi 4 varieacuteteacutes de
pommes de terre eacutetudieacutees la pomme de terre de type laquo Deacutesireacutee raquo (3 eacutechantillons) preacutesente la
plus forte absorption de HAP avec des concentrations de 206plusmn22 microgkg ww dans la peau et
105plusmn13 microgkg ww dans la chair pour un niveau de HAP de 9780plusmn692 microgkg dw dans le
sol Lrsquoadsorption des HAP du sol est significativement deacutependante de la varieacuteteacute de leacutegume
cultiveacute (Zohair 2006) Pour les tomates agrave maturiteacute provenant de Constanta en Roumanie le
niveau de HAP (somme de 15 HAP) retrouveacute pour la varieacuteteacute laquo Campbell 146 raquo est de 529
microgkg ww et de 298 microgkg ww pour la varieacuteteacute laquo cœur de bœuf raquo (Soceanu 2012)
Influence du stade de maturiteacute sur le contenu en HAP dans les fruits et leacutegumes
Le niveau en HAP dans les fruits et leacutegumes ne semble pas deacutependre de leur stade de
maturiteacute Le contenu en HAP (somme de 8 HAP lourds) mesureacute dans les varieacuteteacutes de tomates
laquo cœur de bœuf raquo cultiveacutees dans une zone urbaine est drsquoenviron 2 microgkg pour les tomates agrave
maturiteacute et de 1 microgkg ww pour les tomates non arriveacutees agrave maturiteacute (Soceanu 2012) Le
contenu en HAP (somme de 15 HAP) semble plus faible pour les pommes (06 microgkg ww)
les cerises (51 microgkg) les nectarines (33 microgkg) et les abricots (04 microgkg ww) non mucircrs ou
agrave quasi maturiteacutes compareacute aux fruits agrave maturiteacute (52 77 76 et 39 microgkg respectivement)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
27
Neacuteanmoins la relation entre le contenu en HAP et le stade de maturiteacute nrsquoa pas pu ecirctre eacutetablie
par les auteurs (Soceanu 2016)
Diffeacuterences de contenus en HAP entre les fruits et les leacutegumes
Les fruits et les leacutegumes-fruits tels que les tomates ont geacuteneacuteralement un plus faible contenu
en HAP que les leacutegumes Dans les fruits et les tomates eacutetudieacutes dans la litteacuterature (excepteacute
ceux preacutesenteacutes pour la Chine) les teneurs en HAP lourds (somme de 8) excegravedent rarement 4
microgkg Par contre dans les leacutegumes tels que les eacutepinards et le navet les HAP lourds peuvent
ecirctre retrouveacutes autour de 6 microgkg (Ashraf 2012 2013) Le contenu total en HAP (somme de
10 HAP) varie entre 438 et 1793 microgkg ww pour les leacutegumes contre 377 agrave 405 microgkg ww
pour les fruits provenant du Breacutesil (Camargo 2003)
Distribution des HAP dans les fruits et leacutegumes
Les HAP semblent srsquoaccumuler preacutefeacuterentiellement au niveau de la peau des fruits et des
leacutegumes Le niveau en HAP (somme de 15 HAP) releveacute dans la pulpe (eacutechantillons extraits en
triplicat) de banane (072plusmn001 microgkg ww) est environ 8 fois plus faible que celui preacutesent
dans la peau (551plusmn024 microgkg ww) (Soceanu 2016) Concernant les carottes laquo Major raquo et
laquo Autumn Kings raquo provenant de fermes biologiques anglaises le contenu en HAP total
(somme de 15 HAP) dans la peau est environ 4 fois plus important que celui rencontreacute dans
leur chair respective (Zohair 2006) Pour 4 varieacuteteacutes de pommes de terre les concentrations en
HAP (somme de 15 HAP) dans la peau sont environ deux fois supeacuterieures agrave celles de la chair
(Zohair 2006) Lrsquoeacutepluchage des pommes de terre cultiveacutees en Egypte permet de reacuteduire
fortement le niveau de 7 HAP susceptibles drsquoecirctre canceacuterogegravenes (somme de 7 composeacutes) de
36 agrave 02 microgkg ce qui repreacutesente une perte drsquoenviron 93 (Abou-Arab 2014) Le contenu
lipidique de la peau est geacuteneacuteralement plus important que celui de la chair ce qui peut
expliquer lrsquoaccumulation preacutefeacuterentielle des contaminants hydrophobes dans la peau des
veacutegeacutetaux (Chiou 2001)
Dans les fruits et leacutegumes les HAP leacutegers avec des masses moleacuteculaires comprises entre 128
et 202 gmol sont rencontreacutes en plus fortes concentrations que les HAP lourds (MM ge 228
gmol) (Bishnoi 2002 Jaacutenskaacute 2006) Excepteacute pour le kiwi et le pamplemousse (Soceanu
2016) les contenus en HAP lourds (somme de 8) rencontreacutes dans les fruits (Bishnoi 2002
Jaacutenskaacute 2006 Soceanu 2016) sont infeacuterieurs agrave 6 microgkg ww tandis que la valeur de 8 microgkg
ww est freacutequemment atteinte pour les HAP leacutegers (somme de 8) Pour les fruits (pomme
sapota papaye raisin et ananas) provenant de Mumbai en Inde les HAP possegravedant 2 et 3
cycles repreacutesentent 60 agrave 85 du contenu total en HAP (somme de 14 HAP) (Bishnoi 2006)
En ce qui concerne les leacutegumes excepteacute pour certaines eacutetudes reacutealiseacutees en Chine les
quantiteacutes en HAP lourds (somme de 8) excegravedent rarement 8 microgkg tandis que les niveaux en
HAP leacutegers (somme de 8 HAP) atteignent jusqursquoagrave 31 microgkg ww dans le chou (Jaacutenskaacute 2006)
et environ 19 microgkg ww dans le taro (Bishnoi 2002 Wang 2012) Pour lrsquoeacutepinard et la
courge blanche (leacutegumes aeacuteriens) les HAP leacutegers (sans lrsquoaceacutenaphtegravene) repreacutesentent environ
89 du contenu total en HAP (16 composeacutes) et ce pourcentage atteint 95 pour la pomme
de terre et le radis (leacutegumes souterrains) (Tuteja 2011) Les HAP leacutegers (somme de 8)
constituent plus de 75 du contenu total en HAP (somme de 15 HAP) pour les carottes ainsi
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
28
que pour la peau et la chair des pommes de terre (Zohair 2006) Cette preacutedominance des HAP
leacutegers peut ecirctre expliqueacutee par leur mobiliteacute plus importante dans lrsquoair et le sol ainsi que par
leur solubliteacute plus eacuteleveacutee dans lrsquoeau cela induit une adsorption preacutefeacuterentielle des HAP leacutegers
par rapport aux HAP lourds sur les veacutegeacutetaux (Bishnoi 2006)
1352 Impact de lrsquoemballage et du stockage sur le contenu en
hydrocarbures aromatiques dans les aliments
La contamination de certains produits alimentaires bruts par les hydrocarbures aromatiques
peut se produire pendant le transport ou le stockage Les niveaux de HAP dans la cachaccedila
une boisson obtenue agrave partir de la canne agrave sucre conserveacutee 24 mois agrave tempeacuterature ambiante
dans diffeacuterents emballages ont pu ecirctre compareacutes La quantiteacute de HAP (somme de 16 HAP)
retrouveacutee dans la cachaccedila stockeacutee dans des contenants en polyeacutethylegravene est significativement
plus eacuteleveacutee (4924 μgL) que celle observeacutee apregraves conservation dans des bouteilles en verre
(689 μgL) (Machado 2014) Neacuteanmoins les emballages en polyeacutethylegravene teacutereacutephtalate
semblent eacutegalement ecirctre responsables drsquoune sorption de BaP La concentration en BaP dans
lhuile de tournesol stockeacutee dans des reacutecipients de polyeacutethylegravene teacutereacutephtalate diminue de 371 agrave
259 μgkg apregraves 50 h de stockage (eacutecart-type de 12 μgkg) (Šimko 2006) Au cours du
stockage agrave tempeacuterature ambiante la preacutesence dun grand volume dair dans les reacutecipients
fermeacutes peut induire une formation de HAP par oxydation drsquoun produit alimentaire comme
lrsquohuile Dans des reacutecipients avec 50 cm3 dair les niveaux en fluoregravene et en naphtalegravene dans
lhuile sont supeacuterieurs de 72 et 16 respectivement agrave ceux retrouveacutes pour des eacutechantillons
stockeacutes avec 11 cm3 dair (Guilleacuten 2008)
1353 Impact des proceacutedeacutes de cuisson sur le contenu en hydrocarbures
aromatiques dans les aliments
Au cours de la cuisson des hydrocarbures aromatiques peuvent eacutegalement ecirctre produits par
pyrolyse de la matiegravere organique (proteacuteines lipides steacuteroiumldes et sesquiterpegravenes) contenue
dans les veacutegeacutetaux et les tissus animaux (Chen 2001 Britt 2003 Francis 2012) La
formation des hydrocarbures aromatiques pendant les processus de cuisson deacutepend du type
drsquoaliment de la tempeacuterature de cuisson de la preacutesence doxygegravene de la dureacutee et du type de
cuisson La comparaison de diffeacuterents proceacutedeacutes de cuisson (figure 10 Perelloacute 2009) durant
entre 5 et 7 min montre que les concentrations en HAP (somme de 16 HAP) sont plus
importantes pour le merlu et le poulet rocirctis (1926 et 2793 microgkg de masse fraicircche
respectivement pour des tempeacuteratures de cuisson de 187 degC et 170 degC) que pour le merlu et le
poulet frits (1330 et 1496 microgkg de masse fraiche respectivement pour des tempeacuteratures de
cuisson de 119 degC et 174 degC) ou grilleacutes (respectivement 658 et 625 microgkg de masse fraiche
pour des tempeacuteratures de cuisson de 224 degC et 221 degC)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
29
Figure 10 Evolution du contenu en HAP (microgkg) en fonction du mode de cuisson
drsquoapregraves les reacutesultats de Perelloacute et al 2009 (pas drsquoeacutecarts-type disponibles)
somme de 16 HAP exprimeacutee en microgkg de masse fraicircche
nd non deacutetermineacute
Le niveau maximal de benzegravene retrouveacute dans les viandes et les produits carneacutes seacutecheacutes fumeacutes
ou fermenteacutes (environ 6 microgkg) est 5 fois plus eacuteleveacute que dans ces produits crus (125 microgkg)
De mecircme les poissons crus gras (9 microgkg) ou non gras (2 microgkg) ont un contenu 8 agrave 38 fois
moins important que les poissons fumeacutes (76 microgkg) (Medeiros 2012)
Une autre eacutetude montre que 3 fois plus de HAP (5268 microgkg) sont retrouveacutes dans le magret
de canard fumeacute agrave 60 degC pendant 3 h qursquoapregraves un fumage de 30 min (1546 microgkg) (Chen
1997) Pendant la cuisson au barbecue les graisses tombeacutees sur la source de chaleur geacutenegraverent
des fumeacutees concentreacutees en hydrocarbures aromatiques Ces fumeacutees sont les principales
responsables du transfert dhydrocarbures aromatiques sur les denreacutees alimentaires preacutepareacutees
au barbecue (Viegas 2012 Saint-Aubert 1992) Lutilisation de charbon de bois de noix de
coco permet la reacuteduction de la formation des HAP dans les aliments carneacutes gras par rapport agrave
lrsquoutilisation du charbon de bois (Viegas 2012)
Les fruits et les leacutegumes sont principalement consommeacutes crus mais quelques-uns neacutecessitent
une eacutetape de cuisson avant drsquoecirctre consommeacutes crsquoest notamment le cas pour la pomme de
terre Leacutebullition qui est la proceacutedure la plus courante pour la cuisson des leacutegumes peut
entraicircner une diminution du contenu total en HAP Par exemple la quantiteacute en HAP (somme
de 15 HAP) est reacuteduite de 88 pour les pommes de terre et 81 pour les eacutepinards apregraves
eacutebullition (figure 11 Abou-Arab 2014)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
30
Figure 11 Evolution du contenu en HAP (microgkg) des eacutepinards et des pommes de terre apregraves cuisson par eacutebullition
drsquoapregraves les reacutesultats de Abou-Arab et al 2014 somme de 15 HAP
Drsquoautres proceacutedeacutes de transformation peuvent eacutegalement ecirctre agrave lrsquoorigine de la formation
drsquohydrocarbures aromatiques Dans la province de Fujian en Chine les diffeacuterentes eacutetapes de
transformation du theacute noir (fleacutetrissage laminage fermentation et seacutechage) augmentent la
teneur en HAP (somme de 16) de 132 microgkg de masse segraveche pour les feuilles de theacute fraicircches agrave
9650 microgkg de masse segraveche agrave la fin du proceacutedeacute (Lin 2004) Pour les pommes de terre le
contenu en HAP (somme de 16 HAP) est 9 fois plus important apregraves friture (2869 microgkg
ww) qursquoapregraves eacutebullition (315 microgkg ww) (Perelloacute 2009)
La formation de composeacutes aromatiques tels que le benzegravene est eacutegalement possible par
deacutecarboxylation oxydative du benzoate de sodium de potassium ou de calcium (figure 12) en
preacutesence dacide ascorbique qui favorise la formation de radicaux hydroxyles Ces deux
substances sont utiliseacutees comme additifs alimentaires ou peuvent ecirctre dorigine naturelle dans
les aliments et les boissons (Medeiros 2010)
Figure 12 Formation du benzegravene agrave partir du benzoate de sodium (meacutecanisme proposeacute par Gardner et Laurence 1993)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
31
1354 Exposition humaine aux hydrocarbures aromatiques via
lrsquoalimentation
La preacutesence drsquohydrocarbures aromatiques dans les aliments expose les consommateurs agrave
lrsquoingestion de ces composeacutes potentiellement toxiques
En Reacutepublique tchegraveque lrsquoapport journalier alimentaire en HAP a eacuteteacute estimeacute pour certains
fruits et leacutegumes Il varie de 4486 ngjour pour les pommes agrave 136 ngjour pour le chou avec
des proportions de benzo(a)pyregravene respectivement eacutegales agrave 23 et 01 ngjour (Jaacutenskaacute 2006)
Lrsquoexposition aux HAP par voie alimentaire a eacutegalement eacuteteacute estimeacutee en Catalogne pour des
personnes dacircge et de sexe diffeacuterent ce sont les adolescents de sexe masculin qui absorbent
les plus grandes quantiteacutes de HAP avec 83 microgjour En revanche lexposition alimentaire aux
HAP est moins importante chez les personnes acircgeacutees de sexe feacuteminin avec 27 microgjour Cette
diffeacuterence est due agrave leurs habitudes alimentaires les viandes et produits carneacutes transformeacutes
fortement contamineacutes par les HAP repreacutesentent respectivement 78 et 38 de lrsquoalimentation
des adolescents masculins et des personnes acircgeacutees de sexe feacuteminin (Martorell 2010)
Les hydrocarbures aromatiques eacutetant des composeacutes ubiquitaires lrsquoHomme est exposeacute
quotidiennement agrave ces composeacutes par voie alimentaire Le sous-chapitre suivant srsquointeacuteresse
donc aux voies meacutetaboliques utiliseacutees par les hydrocarbures aromatiques ainsi qursquoagrave leur
potentielle toxiciteacute par voie orale
14 Exposition et meacutetabolisme des hydrocarbures aromatiques
potentielle toxiciteacute par voie orale
141 Les BTEX
Parmi les BTEX seul le benzegravene est reconnu comme canceacuterogegravene pour lrsquoHomme par
lrsquoagence internationale de recherche sur le cancer (IARC) En ce qui concerne le toluegravene
lrsquoeacutethylbenzegravene et les xylegravenes il nrsquoexiste pas de preuves suffisantes pour eacutetablir leur
canceacuterogeacuteniciteacute chez lrsquoHomme En effet lrsquoexposition agrave ces composeacutes srsquoeffectue
simultaneacutement agrave drsquoautres substances dangereuses (IARC 2000)
1411 Meacutetabolisme des BTEX
Le toluegravene lrsquoeacutethylbenzegravene et le xylegravene sont facilement eacutelimineacutes de lrsquoorganisme soit
directement dans lrsquoair expireacute soit par les urines apregraves avoir eacuteteacute meacutetaboliseacutes Apregraves absorption
par voie orale respiratoire et cutaneacutee le benzegravene est rapidement distribueacute dans lrsquoorganisme Il
est surtout retrouveacute dans les tissus riches en lipides comme les tissus adipeux le cerveau les
reins le sang et le foie Apregraves absorption le benzegravene est principalement meacutetaboliseacute au niveau
du foie et de la moelle osseuse Les transformations biochimiques preacutesenteacutees en figure 13
sont celles relieacutees aux effets toxiques du benzegravene
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
32
La premiegravere reacuteaction de meacutetabolisation subie par le benzegravene lorsqursquoil peacutenegravetre dans
lrsquoorganisme est une catalyse par le cytochrome P450 2E1 (CYP 2E1) Lrsquoabsence du gegravene
CYP 2E1 codant pour le cytochrome P450 induit une meacutetabolisation significativement reacuteduite
du benzegravene par rapport aux individus exprimant le gegravene apregraves 6 heures passeacutees dans une
atmosphegravere contamineacutee par le benzegravene (200 ppm) (Valentine 1996) Labsence de
geacutenotoxiciteacute et de cytotoxiciteacute du benzegravene dans la moelle osseuse le sang et les tissus
lymphoiumldes des souris sans CYP 2E1 montre que son meacutetabolisme par le CYP2E1 est
neacutecessaire au deacuteveloppement de sa toxiciteacute (Valentine 1996) Les meacutetabolites hydroquinone
et acide transtrans-muconique responsables des effets toxiques sont formeacutes agrave partir de
lrsquoeacutepoxybenzegravene (INRS FT 49 figure 13)
1412 Toxiciteacute des BTEX chez lrsquoHomme
Lrsquoensemble des BTEX induisent des effets toxiques chez lrsquoHomme comme lrsquoindique le
tableau 3 Neacuteanmoins tregraves peu de donneacutees sont disponibles sur la toxiciteacute de ces composeacutes
par ingestion en raison des difficulteacutes lieacutes agrave la reacutealisation drsquoessais sur lrsquoHomme Parmi les
BTEX le benzegravene est reconnu comme eacutetant le plus toxique
Figure 13 Meacutetabolisme du benzegravene
CYP 2E1 le cytochrome P450 en bleu un meacutetabolite urinaire et en vert les meacutetabolites urinaires eacutelimineacutes sous forme de
conjugueacutes glucuronide ou sulfate (INRS FT 49)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
33
Tableau 3 Effets toxiques des BTEX chez lrsquoHomme
benzegravene toluegravene eacutethylbenzegravene xylegravenes
Toxiciteacute aiguumle -Voie orale
troubles digestifs
-Voie cutaneacutee
irritations cutaneacutees
-Voie respiratoire
effets neurologiques
centraux
-Voie orale
troubles digestifs
deacutepression du systegraveme
nerveux central
pneumopathie
-Voie cutaneacutee
irritation
-Voie respiratoire
irritation des voies
aeacuterienne affection
reacuteversible du systegraveme
nerveux central
-Voie orale
fausses routes
atteinte bronchique
-Voie cutaneacutee
rougeur
-Voie respiratoire
irritation des voies
aeacuterienne deacutepression
du systegraveme nerveux
ventral
-Voie orale
troubles digestifs
deacutepression systegraveme
nerveux central
pneumopathie
-Voie cutaneacutee
irritation cutaneacutee
-Voie respiratoire
effets neurologiques
reacuteversibles irritation
des voies aeacuteriennes
Toxiciteacute
chronique
Troubles
neuropsychiques
atteinte du systegraveme
heacutematopoiumleacutetique
Modifications
heacutematologiques
troubles
neuropsychiques
toxiciteacute
neurosensorielle
Troubles
neuropsychiques
perturbations
heacutematologiques et
heacutepatiques
Troubles
neuropsychiques
Classement
carcinogeacutenique
Canceacuterigegravene pour
lrsquohomme groupe 1
CIRC (1982)
Inclassable quant agrave sa
canceacuterogeacuteniciteacute pour
lrsquohomme groupe 3
CIRC (1999)
Suspecteacute
canceacuterogegravene groupe
2 B CIRC (2012)
Inclassable quant agrave sa
canceacuterogeacuteniciteacute pour
lrsquohomme groupe 3
CIRC (1999)
Lrsquoinhalation de benzegravene induit une augmentation du risque de deacutevelopper des leuceacutemies
myeacuteloiumldes aiguumles et des modifications heacutematologiques agrave partir de faibles doses (Johnson
2007 Lan 2004) Une diminution des globules blancs des lymphocytes et des granulocytes
est observeacutee chez des travailleurs de la reacutegion de Tianjin en Chine ayant inhaleacute moins drsquo1
ppm de benzegravene au cours de lrsquoanneacutee (Lan 2004) Tregraves peu drsquoeacutetudes deacutecrivent lrsquoimpact de
lrsquoabsorption de benzegravene par voie orale A la fin du XIXegraveme siegravecle le benzegravene eacutetait administreacute
sous forme de capsules de geacutelatine afin de traiter la leuceacutemie chez lhomme Le benzegravene est
connu pour induire une leucopeacutenie crsquoest-agrave-dire une diminution des globules blancs
(leucocytes) dont la production est excessive chez les personnes atteintes par la leuceacutemie
(Huff 1989 Boardman 1915) Le traitement (3 agrave 5 g de benzegravene par jour) induisait dans un
premier temps une ameacutelioration de lrsquoeacutetat des patients leuceacutemiques avec une diminution de la
taille de la rate et des ganglions lymphatiques une augmentation du nombre de globules
rouges et une diminution du nombre de leucocytes Puis quelques mois apregraves le deacutebut du
traitement survenaient des complications telles que des troubles gastro-intestinaux des maux
de tecircte des eacuteruptions cutaneacutees lirritation des bronches et des reins des aneacutemies et des
heacutemorragies aboutissaient finalement agrave la mort des patients (Huff 1989 Boardman 1915)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
34
1413 Toxiciteacute des BTEX chez les animaux
Les animaux et plus particuliegraverement les rongeurs sont utiliseacutes pour deacuteterminer la dose qui
absorbeacutee par voie orale provoque la mort de 50 de la population animale (DL 50) Ces
valeurs sont preacutesenteacutees dans le tableau 4
Tableau 4 Donneacutees de toxiciteacute aiguumle pour lrsquoabsorption des hydrocarbures aromatiques monocycliques par voie orale
Composeacutes Toxiciteacute aiguumle par voie orale DL 50 a
Benzegravene 50-500 mgkg (Homme)
3306 mgkg (rat)a
4700 mgkg (souris)a
Toluegravene 2600-7500 mgkg (rat)a
Ethylbenzegravene 3500-5460 mgkg (rat)a
Xylegravenes 3523-8600 mg (meacutelange de xylegravenes)kg (rat)a
a valeurs provenant de National Institutes of Health (NIH)
DL 50 dose leacutetale pour 50 drsquoune population
Ladministration de benzegravene par ingestion agrave des rats et des souris provoque des tumeurs
malignes et des carcinomes Les effets canceacuterogegravenes du benzegravene par ingestion varient selon
les animaux testeacutes Lingestion de benzegravene est associeacutee aux carcinomes de la glande de
Zymbal et du preacute-estomac chez les rats et les souris Seuls les rats sont affecteacutes par les
carcinomes de la caviteacute buccale et les tumeurs du poumon ne sont retrouveacutees que chez la
souris (Maltoni 1989 Huff 1989)
Le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a estimeacute que les eacutetudes
eacutepideacutemiologiques et animales apportent des preuves suffisantes de la canceacuterogeacuteniciteacute du
benzegravene crsquoest pourquoi il est classeacute comme canceacuterogegravene pour lrsquoHomme (1982) ougrave il est
notamment responsable drsquoheacutemopathies malignes et de lymphopathies
142 Les hydrocarbures aromatiques polycycliques
En raison de la multitude des sources drsquoeacutemission les HAP se retrouvent dans lrsquoenvironnement
sous forme de meacutelanges Il est ensuite impossible drsquoeffectuer des eacutetudes eacutepideacutemiologiques sur
un HAP en particulier crsquoest pourquoi les effets toxicologiques individuels de ces composeacutes
restent souvent inconnus Les HAP les plus lourds comportant 4 agrave 6 cycles aromatiques sont
stables et ont un grand potentiel canceacuterigegravene Le benzo(a)pyregravene qui comporte 5 cycles
est notamment classeacute comme canceacuterogegravene aveacutereacute par le CIRC le cyclopenta(cd)pyregravene (5
cycles) le dibenzo(ah)anthracegravene (5 cycles) ainsi que le dibenzo(al)pyregravene (6 cycles) sont
classeacutes dans le groupe des canceacuterogegravenes probables et 11 autres HAP lourds sont des
canceacuterogegravenes possibles Les HAP leacutegers (2 agrave 3 cycles) sont quant agrave eux geacutenotoxiques et
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
35
induisent une toxiciteacute aiguumle agrave faible dose (Purcaro 2013 Deacutegremont 2009 Tuhaacutečkovaacute
2001 Kim 2013)
1421 Meacutetabolisme des HAP
Les HAP peacuteneacutetrant dans lrsquoorganisme humain interagissent avec les meacutecanismes cellulaires par
fixation directe sur les sites lipophiles ou par lrsquointermeacutediaire de leurs meacutetabolites Lors de la
meacutetabolisation les transformations biochimiques mises en œuvre pour tenter drsquoeacuteliminer les
HAP de lrsquoorganisme entraicircnent une augmentation de la polariteacute des composeacutes par lrsquoajout de
groupements polaires (figure 14 INRS FT 204 Purcaro 2013) Les meacutetabolites plus
hydrophiles que les HAP se fixent sur des structures cellulaires telles que les proteacuteines ou
lrsquoADN et peuvent induire des tumeurs par la formation drsquoadduits (Ifremer environnement
Purcaro 2013) Les adduits agrave lADN entraicircnent des mutations au niveau des gegravenes
Lrsquoeacutevolution de la cellule vers le stade canceacutereux deacutepend de la capaciteacute individuelle agrave reacuteparer
les leacutesions agrave lrsquoADN Si lrsquoorganisme nrsquoest pas capable drsquoeffectuer la reacuteparation enzymatique
des adduits ou drsquoinduire la mort cellulaire par apoptose alors la cellule devient canceacutereuse
Les adduits agrave lrsquoADN participent donc agrave lrsquoaugmentation du risque de deacuteveloppement de
cancers (van Schooten 1995 Kim 2013)
Figure 14 Meacutetabolisme du naphtalegravene
CYP P450 cytochrome P450 en bleu les meacutetabolites urinaires (INRS FT 204)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
36
1422 Toxiciteacute des HAP chez lrsquohomme
Les effets neacutefastes des HAP sur la santeacute humaine deacutependent de la voie et de la dureacutee
drsquoexposition de la concentration de la toxiciteacute ainsi que de lrsquoacircge de lrsquoeacutetat de santeacute et des
habitudes notamment tabagiques et alimentaires de lrsquoindividu (Kim 2013)
Les eacutetudes eacutepideacutemiologiques portant sur les HAP sont majoritairement reacutealiseacutees en milieu
professionnel cokerie raffinerie ou fonderie et sont repreacutesentatives des effets de meacutelanges de
HAP par inhalation (Kim 2013 Okona-Mensah 2005 Theacuteriault 1984 Blot 1983
Armstrong 1994 Chau 1993) Ces eacutetudes rapportent un risque accru de deacuteveloppement de
cancers au niveau des poumons du colon de lrsquoestomac ou encore de la vessie chez les
travailleurs exposeacutes aux HAP (Kim 2013 Okona-Mensah 2005 Theacuteriault 1984 Blot
1983 Armstrong 1994 Chau 1993)
Il nrsquoexiste aucune donneacutee eacutepideacutemiologique sur lrsquoeffet de lrsquoabsorption des HAP par voie
digestive chez lrsquoHomme Neacuteanmoins la contamination de lrsquoorganisme par les hydrocarbures
aromatiques peut ecirctre eacutetudieacutee par le suivi de meacutetabolites urinaires Lrsquoexcreacutetion urinaire de 1-
hydroxypyregravene est 4 agrave 12 fois plus importante lorsque le reacutegime alimentaire se compose
drsquoaliments grilleacutes ou frits que lorsque lrsquoalimentation est principalement constitueacutee de fruits et
de leacutegumes Cette diffeacuterence srsquoexplique par la preacutesence de 100 agrave 250 fois plus de
benzo(a)pyregravene dans les repas contenant des aliments grilleacutes et frits (2267 agrave 5613 ngrepas)
que ceux comprenant des fruits et leacutegumes (22 agrave 47 ngrepas) (Buckley 1992)
1423 Toxiciteacute des HAP chez lrsquoanimal
Chez lrsquoHomme lrsquoimpact des HAP par voie alimentaire reste peu documenteacute mais de
nombreuses donneacutees existent pour les animaux La majoriteacute des eacutetudes porte sur le BaP qui a
eacuteteacute le premier HAP agrave ecirctre identifieacute comme canceacuterigegravene et qui est souvent utiliseacute comme
marqueur de canceacuterogeacuteniciteacute pour les meacutelanges de HAP
Des eacutetudes sur les animaux ont notamment permis de deacuteterminer les doses leacutetales (tableau 5)
Tableau 5 Donneacutees de toxiciteacute aiguumle pour lrsquoabsorption drsquohydrocarbures aromatiques polycycliques par voie
orale
Composeacutes Toxiciteacute aiguumle par voie orale DL 50 a
Naphthalegravene 490 mgkg (rats)
2200 (male) - 2400 (femelle) mgkg (rat Sherman)
1200 mgkg (cobayes)
Anthracegravene 18000 mgkg (souris)
Pheacutenanthregravene 700-1000 mgkg (souris)
Fluoranthegravene 2000 mgkg (rats)
Benzo(a)pyregravene gt1600 mgkg (souris)
a valeur de lrsquoorganisation mondiale de la santeacute (WHO 2006)
DL 50 dose leacutetale pour 50 drsquoune population
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
37
Espegraveces aquatiques
Des travaux sur lrsquoexposition drsquoespegraveces piscicoles comme les flets (en milieu naturel) et le
meacutedaka japonais (en laboratoire) aux seacutediments de lrsquoestuaire de Seine ont deacutemontreacute le
caractegravere mutagegravene et canceacuterogegravene ainsi que le potentiel embryotoxique et teacuteratogegravene de
composeacutes organiques tels que les HAP de haut poids moleacuteculaires contenus dans les
seacutediments (Deacutegremont 2009) Les conseacutequences observeacutees sur les flets sont la diminution de
lrsquointeacutegriteacute de lrsquoADN lrsquoaugmentation de la freacutequence des tumeurs heacutepatiques et de la
mortaliteacute Le caractegravere geacutenotoxique des seacutediments exerce eacutegalement une pression seacutelective au
profit des individus les plus reacutesistants et donc une diminution de la diversiteacute geacuteneacutetique De
plus les eacutetapes de reacuteparation de lrsquoADN ont un coucirct eacutenergeacutetique important et se font donc au
deacutetriment drsquoautres processus biologiques comme la croissance la feacuteconditeacute ou la fertiliteacute
(Deacutegremont 2009 White 1999 Cachot 2006)
Les hydrocarbures aromatiques sont principalement retrouveacutes dans le foie des poissons
comme pour la sole ce qui provoque le deacuteveloppement de tumeurs heacutepatiques Pour les
mollusques bivalves tels que la moule bleue les hydrocarbures aromatiques srsquoaccumulent au
niveau des branchies et dans les organes digestifs induisant la formation dadduits agrave lrsquoADN
(Landahl 1990 Skarpheacuteethinsdoacutettir 2007)
Rongeurs
La consommation de benzo(a)pyregravene affecte la prise de poids ainsi que le deacuteveloppement
neurologique des souriceaux allaiteacutes par des souris auxquelles sont administreacutes par voie orale
2 et 20 mgkg de benzo(a)pyregravene Les petits ainsi exposeacutes au benzo(a)pyregravene par la lactation
ont une masse plus importante et montrent plus de difficulteacutes de motriciteacute par rapport aux
souriceaux non exposeacutes (Bouayed 2009) Les rats exposeacutes (gavage) au BaP (015 mgkg)
dissous dans une solution de cafeacuteine deacuteveloppent plus de tumeurs du preacute-estomac que ceux
contamineacutes via lrsquoalimentation (Altromin) Lrsquoexposition agrave 39 18 et 6 mgkgan de BaP dissous
dans une solution agrave 15 de cafeacuteine provoque la formation de papillomes du preacute-estomac
chez respectivement 22 39 et 17 des rats (Brune 1981)
Concernant lrsquoabsorption de BaP (10 mgkg) par voie orale les adduits agrave lrsquoADN sont 25 fois
plus preacutesents dans les globules blancs que dans lrsquoestomac ce qui montre que le BaP passe
facilement agrave travers la muqueuse gastro-intestinale Lrsquoalimentation est donc une voie
drsquoabsorption et de contamination importante pour le BaP (Godschalk 2000) Certains
aliments selon leur hydrophobiciteacute et leur composition peuvent modifier lrsquoabsorption des
HAP au niveau de lrsquointestin Ainsi le carbone ou encore la querceacutetine et lrsquoacide
chlorogeacutenique preacutesents dans les leacutegumes verts reacuteduisent le transfert du benzo(a)pyregravene agrave
travers la paroi intestinale alors que les aliments gras facilitent lrsquoabsorption intestinale de cet
HAP (Purcaro 2013 Van Veld 1987 Stavric 1994)
Le Comiteacute scientifique de lalimentation humaine considegravere que les preuves de
mutageacuteniciteacutegeacutenotoxiciteacute sur des cellules somatiques animales in vivo sont suffisantes pour
consideacuterer le benzo(a)pyregravene le dibenzo(ah)anthracegravene le benzo(a)anthracegravene le
benzo(b)fluoranthegravene le benzo(j)fluoranthegravene le benzo(k)fluoranthegravene le chrysegravene le
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
38
benzo(ghi)perylegravene et lrsquoindeacuteno(123-cd)pyregravene comme potentiellement geacutenotoxiques et
canceacuterogegravenes pour lrsquoHomme via lalimentation (EFSA 2008)
15 Reacuteglementations concernant la preacutesence drsquohydrocarbures
aromatiques dans lrsquoeau de consommation et les aliments
La potentielle toxiciteacute des hydrocarbures aromatiques par voie orale srsquoest traduite par
lrsquoexistence de normes pour les eaux destineacutees agrave la consommation ainsi que pour les aliments
151 Lrsquoeau
Les limites de pollution de lrsquoeau potable par le benzegravene varient en fonction des pays La
norme europeacuteenne fixe une limite de 1 μgL alors que les valeurs pour lrsquoUS EPA
(Environmental Protection Agency) et lrsquoOMS sont respectivement de 5 microgL et 10 microgL
LrsquoUS EPA donne eacutegalement des concentrations maximales leacutegales (MCL) dans lrsquoeau pour le
toluegravene 1000 microgL lrsquoeacutethylbenzegravene 700 microgL et les xylegravenes 10000 microgL LrsquoOMS (2006)
indique quant agrave elle des valeurs guides pour ces mecircmes composeacutes qui sont de 700 microgL pour
le toluegravene 300 microgL pour lrsquoeacutethylbenzegravene et 500 microgL pour les xylegravenes En Europe agrave
lrsquoexception du benzegravene il nrsquoexiste pas de norme pour les BTEX
En France lrsquoarrecircteacute du 11 janvier 2007 portant sur lrsquoeau destineacutee agrave la consommation humaine
(sauf lrsquoeau mineacuterale naturelle) impose que la somme de quatre HAP le
benzo(b)fluoranthegravene le benzo(k)fluoranthegravene le benzo(ghi)peacuterylegravene et lrsquoindeacuteno(123-
cd)pyregravene soit en concentration infeacuterieure agrave 01 μgL et fixe la limite de qualiteacute pour le
benzo(a)pyregravene agrave 001 microgL Pour lrsquoeau potable lrsquoOMS fixe une teneur limite de 02 μgL
pour six HAP (fluoranthegravene benzo(b)fluoranthegravene benzo(k)fluoranthegravene benzo(a)pyregravene
benzo(ghi)peacuterylegravene et indeacuteno(123-cd)pyregravene) avec une valeur limite pour le benzo(a)pyregravene
de 07 μgL (WHO Guidelines for drinking-water quality third edition ndash Chemical fact
Sheets p429)
152 Les aliments
Drsquoapregraves lrsquoensemble des donneacutees collecteacutees jusqursquoen juin 1991 Santeacute Canada a pu eacutevaluer la
dose journaliegravere admissible (DJA) exprimeacutee en fonction du poids corporel (pc) qui
repreacutesente ce qursquoune personne pourrait ingeacuterer quotidiennement au cours de sa vie entiegravere
sans effet nuisible Les valeurs obtenues pour les xylegravenes et le toluegravene sont respectivement de
15 et 022 mgkg pcjour (Santeacute Canada 1996)
Linstitut national de la santeacute publique et de lenvironnement des Pays-Bas (RIVM
Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu) a eacutevalueacute la dose virtuellement sucircre (VSD)
pour le benzo(a)pyregravene sa VSD est de 5 ngkg pcjour Cette dose absorbeacutee par voie orale
provoque un cas suppleacutementaire de cancer pour 1 million de personnes exposeacutees et est
deacutetermineacutee agrave partir des eacutetudes de canceacuterogeacuteniciteacute chez les animaux (Afssa 2003)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
39
Dans le cadre de lrsquoUE les directives du conseil 88388EEC du 22 juin 1988 fixent pour le
BaP preacutesent suite agrave lrsquoutilisation drsquoexhausteurs de goucirct une limite de 003 microgkg dans les
aliments et les boissons
Selon le Regraveglement (CE) ndeg 2082005 du 4 Feacutevrier 2005 le benzo(a)pyregravene peut ecirctre utiliseacute
comme marqueur de la preacutesence ainsi que des effets canceacuterogegravenes des HAP dans les aliments
Cette regraveglementation europeacuteenne impose des concentrations maximales en BaP (tableau 6)
dans diffeacuterents aliments
Aliments ML (microgkg masse fraicircche)
Huiles et graisses (sauf beurre de cacao)
2
Produits carneacutes fumeacutes
5
Produits de la pecircche fumeacutes (sauf mollusques bivalves chair brune de
crabe homard et crustaceacutes semblables)
5
Crustaceacutes et ceacutephalopodes non fumeacutes (avec les mecircmes exclusions que
preacuteceacutedemment)
5
Poissons non fumeacutes
2
Mollusques bivalves
10
Aliments pour nourrissons et enfants en bas acircge 1
La toxiciteacute des aliments contamineacutes par des meacutelanges de HAP peut ecirctre eacutevalueacutee gracircce agrave
lapplication de facteurs deacutequivalence toxique (TEF) pour chaque composeacute La toxiciteacute des
aliments eacutevalueacutee avec les facteurs deacutequivalence toxique est exprimeacutee en quantiteacute eacutequivalente
toxique (TEQ) (Nisbet 1992 Afssa 2003) Le TEF est un facteur de pondeacuteration eacutetabli par
rapport agrave un composeacute de reacutefeacuterence consideacutereacute comme eacutetant le plus toxique de la famille Les
TEF sont utiliseacutes pour exprimer la toxiciteacute drsquoun produit contamineacute par un meacutelange de
polluants Pour les HAP ces facteurs sont eacutetablis agrave partir du BaP qui a eacuteteacute le premier HAP
reconnu comme canceacuterigegravene et qui sert de reacutefeacuterence le TEF appliqueacute agrave ce composeacute est donc
de 1 (Afssa 2003 Nisbet 1992 Okona-Mensah 2005) Les facteurs drsquoeacutequivalence toxique
pour les HAP prioritaires deacutecrits par lUS-EPA sont preacutesenteacutes dans le tableau 7 Le facteur
deacutequivalence toxique de 5 attribueacute par Nisbet et al pour le dibenzo(ah)anthracegravene a eacuteteacute
reacuteeacutevalueacute par lAgence franccedilaise de seacutecuriteacute sanitaire des aliments (Afssa) Cet organisme
indique que le potentiel carcinogegravene du dibenzo(ah)anthracegravene (DBahA) est eacutequivalent agrave celui
du BaP et donc qursquoun facteur deacutequivalence toxique de 1 est plus approprieacute pour le
dibenzo(ah)anthracegravene Le BaP et le DBahA sont les composeacutes consideacutereacutes comme eacutetant les
plus toxiques (TEF=1) suivi par lrsquoindeacuteno(123-cd)pyregravene le benzo(k)fluoranthegravene le
Tableau 6 Teneurs maximales (ML) pour le benzo(a)pyregravene (Regraveglement CE ndeg2082005)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
40
benzo(b)fluoranthegravene et le benzo(a)anthracegravene (TEF=01) Les HAP les plus leacutegers sont
geacuteneacuteralement associeacutes agrave un TEF plus faible (0001) que les HAP les plus lourds
Tableau 7 Facteurs drsquoeacutequivalence toxique (TEF) pour les HAP prioritaires deacutefini par lrsquoUS-EPA (Nisbet 1992)
Composeacutes TEF
Naphtalegravene 0001
Aceacutenaphtylegravene 0001
Aceacutenaphtegravene 0001
Fluoregravene 0001
Anthracegravene 001
Pheacutenanthregravene 0001
Fluoranthegravene 0001
Pyregravene 0001
Benzo(a)anthracegravene 01
Chrysegravene 001
Benzo(a)pyregravene 1
Benzo(b)fluoranthegravene 01
Dibenzo(ah)anthracegravene 1
Benzo(k)fluoranthegravene 01
Benzo(ghi)perylegravene 001
Indeacuteno(123-cd)pyregravene 01 valeur de lrsquoAfssa (2003) pour le dibenzo(ah)anthracegravene
Lrsquoemploi de ces facteurs deacutequivalence toxique a eacuteteacute remis en cause par le groupe deacutetude sur
les contaminants de la chaicircne alimentaire (groupe CONTAM) de lrsquoautoriteacute europeacuteenne de
seacutecuriteacute des aliments (EFSA) Selon eux lapplication de ces facteurs ne permet pas une
eacutevaluation satisfaisante de la toxiciteacute des aliments en raison du manque de donneacutees sur la
canceacuterogeacuteniciteacute orale des HAP pris individuellement (EFSA 2008) Le groupe CONTAM
preacuteconise agrave la place la caracteacuterisation du risque toxique des aliments agrave partir de HAP pour
lesquels des donneacutees de canceacuterogeacuteniciteacute par voie orale sont disponibles Lrsquousage de la somme
des benzo(a)pyregravene chrysegravene benzo(a)anthracegravene et benzo(b)fluoranthegravene (HAP4) ou des
benzo(a)pyregravene benzo(a)anthracegravene benzo(b)fluoranthegravene benzo(k)fluoranthegravene
benzo(ghi)perylegravene chrysegravene dibenzo(ah)anthracegravene et indeacuteno(123-cd)pyregravene (HAP8) est
donc conseilleacute (EFSA 2008)
Les hydrocarbures aromatiques sont des polluants consideacutereacutes comme prioritaires leur
preacutesence doit donc ecirctre surveilleacutee dans lrsquoensemble des matrices environnementales
Lrsquoaccumulation des hydrocarbures aromatiques au long de la chaicircne alimentaire conduit agrave des
niveaux eacuteleveacutes chez les omnivores comme lrsquoHomme qui est au sommet de la chaicircne
alimentaire Lubiquiteacute des hydrocarbures aromatiques et leur potentiel canceacuterogegravene pour
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
41
lHomme neacutecessite de surveiller et deacutevaluer lapport de ces polluants via lrsquoalimentation Pour
cela les techniques dextraction et danalyse doivent ecirctre efficaces reproductibles sensibles
et adapteacutees aux matrices alimentaires afin drsquoestimer de faccedilon fiable le contenu en BTEX et
HAP dans les aliments
16 Meacutethodes de deacutetermination des hydrocarbures aromatiques
Le suivi global des hydrocarbures aromatiques dans les eacutechantillons peut dans un premier
temps ecirctre mis en œuvre agrave travers lrsquoapplication de meacutethodes spectroscopiques Lrsquoutilisation
des caracteacuteristiques de fluorescence drsquoabsorbance et de vibration speacutecifiques aux
hydrocarbures aromatiques permet leur identification au sein de la matrice (Kumke 1995
Pirali 2006 Tommasini 2016)
Les principales difficulteacutes rencontreacutees lors du suivi des hydrocarbures aromatiques sont lieacutees
agrave leurs proprieacuteteacutes physiques (volatiliteacute) leurs faibles concentrations et la complexiteacute de la
matrice environnementale biologique ou alimentaire dans laquelle ils sont contenus La
recherche individuelle plus preacutecise des hydrocarbures aromatiques dans un eacutechantillon
requiert donc une meacutethode drsquoextraction permettant de reacutecupeacuterer speacutecifiquement les composeacutes
drsquointeacuterecirct
Deacutetermination simultaneacutee des BTEX et des HAP
Dans la litteacuterature les meacutethodologies de dosage des hydrocarbures aromatiques sont
nombreuses Certaines strateacutegies ont permis lrsquoanalyse simultaneacutee des BTEX et des HAP pour
un nombre limiteacute de matrices La micro-extraction en phase solide dans lrsquoespace de tecircte (HS-
SPME) est notamment utiliseacutee pour lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques contenus dans
lrsquohuile drsquoolive avec une fibre DivinylbenzegraveneCarboxenPolydimeacutethylsiloxane (Vichi 2005)
Cependant seuls les BTEX et les HAP jusqursquoagrave quatre cycles aromatiques ont pu ecirctre
identifieacutes Au Breacutesil une eacutetude reacutealiseacutee sur lrsquoeau (de bouteille de riviegravere et du robinet) utilise
une eacutetape de micro-extraction en phase solide en immersion directe (DI-SPME) suivie drsquoune
eacutetape de HS-SPME afin de deacutetecter les BTEX et les HAP lourds (5 et 6 cycles) comme le
dibenzo(ah)anthracegravene ou le benzo(ghi)perylegravene (Bianchin 2012) Neacuteanmoins cette meacutethode
ne peut srsquoappliquer qursquoagrave des eacutechantillons liquides
Globalement la diffeacuterence de volatiliteacute entre le groupe des BTEX et des HAP leacutegers et celui
des HAP lourds (plus de quatre cycles) neacutecessite lrsquoutilisation de techniques drsquoextraction
distinctes Les principales meacutethodologies appliqueacutees aux eacutechantillons alimentaires et
environnementaux seront preacutesenteacutees
La preacutesence des hydrocarbures aromatiques agrave faibles teneurs dans les eacutechantillons peut
neacutecessiter de compleacuteter la proceacutedure drsquoextraction par une eacutetape de concentration afin
drsquoobtenir une meilleure sensibiliteacute La seacuteparation des composeacutes extraits en meacutelange requiert
lrsquoutilisation drsquoun systegraveme reacutesolutif Cette seacuteparation peut ecirctre effectueacutee au moyen drsquoune
meacutethode chromatographique telle que la chromatographie liquide agrave hautes performances
(HPLC) ou la chromatographie en phase gazeuse (CPG) Lrsquoeacutevaluation des quantiteacutes
individuelles drsquohydrocarbures aromatiques preacutesents agrave des concentrations de lrsquoordre du mgkg
ou du microgkg dans les eacutechantillons implique lrsquousage drsquoun deacutetecteur suffisamment sensible en
aval du systegraveme de seacuteparation chromatographique
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
42
Contraintes expeacuterimentales pour la preacuteparation des eacutechantillons
La manipulation deacutechantillons contenant des hydrocarbures aromatiques neacutecessite certaines
preacutecautions Les eacutechantillons doivent notamment ecirctre proteacutegeacutes de la lumiegravere car les
hydrocarbures aromatiques sont photo-sensibles et peuvent ecirctre deacutegradeacutes par photo-irradiation
et oxydation (Mottier 2000 Purcaro 2013) Le chrysegravene et le benzo(a)anthracegravene ainsi que
lrsquoanthracegravene et le pheacutenanthregravene sont particuliegraverement affecteacutes par la lumiegravere et subissent une
photodeacutegradation importante (Tobiszewski 2012 Niu 2007) En raison de lrsquoomnipreacutesence
des hydrocarbures aromatiques dans notre environnement tout le mateacuteriel en contact avec
lrsquoeacutechantillon doit ecirctre preacutealablement nettoyeacute avec un solvant afin de limiter la contamination
De plus seuls les mateacuteriaux inertes comme laluminium le verre et lacier inoxydable peuvent
ecirctre utiliseacutes car les hydrocarbures aromatiques sadsorbent sur les matiegraveres plastiques telles
que le polyeacutethylegravene (Purcaro 2013)
Pour les eacutechantillons liquides non gras dans lesquels les hydrocarbures aromatiques sont
faiblement solubles les composeacutes organiques sont susceptibles de srsquoadsorber sur les parois de
la verrerie ou sur les surfaces des cartouches utiliseacutees pour lrsquoextraction Lajout de petites
quantiteacutes de solvants organiques (entre 1 et 25) tels que le meacutethanol laceacutetonitrile ou le 2-
propanol permet de minimiser la perte dhydrocarbures aromatiques (Purcaro 2013)
En raison de la volatiliteacute des hydrocarbures aromatiques des pertes peuvent eacutegalement se
produire pendant les eacutetapes deacutevaporation qui sont freacutequemment utiliseacutees afin de concentrer
lrsquoeacutechantillon en analytes drsquointeacuterecirct Les conditions drastiques deacutevaporation doivent ecirctre eacuteviteacutees
en particulier pour les composeacutes les plus volatils tels que les BTEX
Pour certaines de ces matrices des meacutethodes standardiseacutees pour lrsquoextraction des
hydrocarbures aromatiques sont disponibles En ce qui concerne les fruits et les leacutegumes
aucune meacutethode standardiseacutee nrsquoest rapporteacutee dans la litteacuterature Pour ces matrices une
synthegravese plus exhaustive des meacutethodologies permettant la deacutetermination des hydrocarbures
aromatiques sera apporteacutee
161 Meacutethodes drsquoextraction
Les meacutethodes les plus communeacutement utiliseacutees pour lrsquoextraction des hydrocarbures
aromatiques dans les aliments sont des techniques drsquoextraction par solvant parmi lesquelles se
trouvent le soxhlet ainsi que lrsquoextraction liquide-liquide (LLE) ou solide-liquide (SLE)
pouvant ecirctre assisteacutees par les ultrasons (UAE) la pression (PLE) ou les micro-ondes (MAE)
Ces techniques drsquoextraction par solvant sont faiblement seacutelectives et requiegraverent geacuteneacuteralement
une eacutetape de purification qui peut ecirctre reacutealiseacutee par extraction sur phase solide (SPE) ou par
chromatographie drsquoexclusion La preacutesence des hydrocarbures agrave lrsquoeacutetat de traces dans les
eacutechantillons ainsi que les quantiteacutes importantes de solvants mises en jeu au cours des
extractions par un liquide neacutecessitent geacuteneacuteralement de concentrer lrsquoextrait en composeacutes
drsquointeacuterecirct Cette eacutetape de concentration consiste en une eacutevaporation du solvant notamment
gracircce agrave un flux drsquoazote ou par lrsquoutilisation drsquoun eacutevaporateur rotatif
Lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques peut eacutegalement ecirctre effectueacutee par des techniques
utilisant des supports drsquoextraction comme dans le cas de la micro-extraction en phase solide
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
43
(SPME) de lrsquoextraction par sorption sur barreau magneacutetique (SBSE) de la micro-extraction
par solide compacteacute (MEPS) ou encore de lrsquoextraction dynamique en phase solide (SPDE)
Lrsquoensemble de ces techniques a pour objectif lrsquoextraction sensible et seacutelective des
hydrocarbures aromatiques afin de permettre leur deacutetermination Le principe de chacune de
ces techniques va ecirctre dans un premier temps deacutetailleacute Dans un deuxiegraveme temps des
exemples drsquoapplication de ces proceacutedures agrave des matrices environnementales et alimentaires
seront preacutesenteacutees et selon les donneacutees disponibles dans la litteacuterature les applications aux fruits
et leacutegumes seront plus particuliegraverement cibleacutees
1611 Techniques drsquoextraction par solvant
16111 Soxhlet
Le soxhlet est une technique apparue en 1879 elle a eacuteteacute deacuteveloppeacutee par Franz von Soxhlet
pour lrsquoextraction de lipides agrave partir drsquoune matrice solide
Le soxhlet est une meacutethode drsquoextraction utilisant (i) la solubiliteacute (mecircme limiteacutee) des composeacutes
cibles dans un solvant organique pour les extraire drsquoeacutechantillons solides et (ii) lrsquoinsolubiliteacute du
reste de lrsquoeacutechantillon dans le solvant choisi
Le montage soxhlet (figure 15) permet le chauffage du solvant agrave reflux Les vapeurs de
solvants sont condenseacutees par le systegraveme de refroidissement afin de retomber dans la chambre
contenant lrsquoeacutechantillon Une partie des analytes cibles sont transfeacutereacutes de la matrice vers le
solvant chaud Le solvant se charge en composeacutes drsquointeacuterecirct puis est recycleacute pour un nouveau
cycle de distillation A chaque cycle le solvant se concentre en composeacutes drsquointeacuterecirct et le
processus peut srsquoeacutetendre sur plusieurs heures ou journeacutees La partie du solide non soluble dans
le solvant reste dans la chambre drsquoextraction et peut ainsi ecirctre facilement eacutelimineacutee sans eacutetape
suppleacutementaire de filtration
Figure 15 Scheacutema drsquoun appareillage de soxhlet
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
44
Lrsquoextraction des eacutechantillons est geacuteneacuteralement reacutealiseacutee au point deacutebullition du solvant et sur
de longues peacuteriodes Ces conditions sont susceptibles drsquoentraicircner une deacutecomposition
thermique des analytes si les composeacutes cibleacutes sont thermolabiles La technique est difficile agrave
automatiser et est limiteacutee agrave la seacutelectiviteacute des solvants En raison de la grande quantiteacute de
solvant utiliseacutee une eacutetape deacutevaporationconcentration est souvent neacutecessaire apregraves
lextraction La proceacutedure drsquoextraction est geacuteneacuteralement longue (2 agrave 25h pour les
hydrocarbures aromatiques tableau 8) et consommatrice de solvant (60-300 mL pour les
hydrocarbures aromatiques tableau 8) neacuteanmoins le soxhlet est une meacutethode simple utilisant
un appareillage peu couteux qui peut ecirctre reacuteutiliseacute Des variantes agrave lrsquoextraction
conventionnelle par soxhlet permettent de reacuteduire la dureacutee et la quantiteacute de solvant gracircce agrave
lrsquoutilisation de hautes pressions (de 7x106 agrave 107 Pa) drsquoultrasons ou de micro-ondes
Lrsquoeacutequipement Soxtecreg peut eacutegalement ecirctre mis en place afin drsquoautomatiser la proceacutedure en
combinant la solubilisation des analytes dans le solvant chaud le rinccedilage pour lrsquoextraction des
composeacutes solubles la distillation et la reacutecupeacuteration du solvant et le seacutechage pour concentrer
les reacutesidus drsquoextraction
Applications aux hydrocarbures aromatiques
Diffeacuterents paramegravetres sont susceptibles drsquoinfluer sur le rendement drsquoextraction comme la
nature (polariteacute) du solvant la composition de la matrice dans laquelle est contenu
lrsquoeacutechantillon et les caracteacuteristiques des analytes (hydrophobiciteacute volatiliteacute masse
moleacuteculairehellip)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
45
Tableau 8 Applications de la meacutethode soxhlet pour lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques dans des matrices environnementales et alimentaires
Reacutefeacuterence Matrice et analytes Extraction-Purification Seacuteparation-Deacutetection
Echantillons environnementaux
Helaleh 2005 boues 16 HAP (MM 128-
278 gmol)
25 g drsquoeacutechantillon sec de boue
Etude comparative Soxhlet (150 mL DCMhexane (11) 18 h) Soxtecreg (50 mL
DCMhexane (11) 3 h) ASE (60 ml DCMhexane (11) 20 min 100 atm Tdeg 100
C) GPC (10 g silice activeacutee 5 g Al2O3 activeacute 1 cm sulfate de sodium eacutelution 120
mL DCMhexane (11)) GPC (SX-3 eacutelution 75 mL DCMhexane (11))
GC-itMS (colonne DB-5MS 30 m x 032mm id x 01
microm)
Hollender
2003
sol 15 HAP (MM 128-278
gmol)
Etude comparative Soxhlet (30 g drsquoeacutechantillon de sol
8 h 300mL n-pentane ou DCM) UAE (10 g drsquoeacutechantillon de sol sonication 100mL
aceacutetone DCM n-pentane toluegravene ACN meacutethanol aceacutetonetoluegravene
meacutethanoltoluegravene eacutethanolamineaceacutetone acide aceacutetiqueaceacutetone 40 min RT
20kHz) concentration des extraits soxhlet et UAE (eacutevaporateur rotatif ajout 10 mL
ACN concentration ajout 5 mL ACN concentration par eacutevaporateur rotatif)
SFE (5 g drsquoeacutechantillon de sol CO2+co-solvant 10 MPa augmentation 5 MPa toutes
les 3 min jusqursquoagrave 40 MPa 90 degC)
ASE (5 g drsquoeacutechantillon de sol 90 degC 14MPa ACN meacutethanol aceacutetone n-pentane
DCMaceacutetone (8515) aceacutetonetoluegravene (11) meacutethanoltoluegravene (11) eacutevaporation agrave
sec et ajout 10 mL ACN)
HPLC-FLD-DAD (colonne RP-C18 250 mm x 3 mm id
x 5 microm preacute-colonne 125mm x 3mm)
Smith 2006 Veacutegeacutetaux de pacircture 31 HAP
(MM 128-278 gmol)
Etude comparative Comparaison UAE (DCM) et Soxhlet (30 g drsquoeacutechantillon de
veacutegeacutetaux + 50 g sulfate de sodium 350 mL drsquohexane DCM ou hexaneaceacutetone 41
2x4h) + saponification (meacutethanolKOH) colonne chromatographique (colonne 1
cm de granule de sulfate de sodium anhydre activeacute 20 g de gel de silice et 10 g
dalumine activeacutee)
GC-qMS (colonne HP-5MS 30m x 025 mm id x 025
microm)
Fruits et leacutegumes
Abou-Arab
2014
18 fruits et 78 leacutegumes 15
HAP (MM 152-278 gmol)
30 g drsquoeacutechantillon frais + 90 g de sulfate de sodium anhydre
Soxhlet (hexaneaceacutetone 11 300 mL 24h) colonne chromatographique
(Florisilreg activeacute et sulfate de sodium anhydre eacutelution DCM et n-hexane)
eacutevaporation agrave sec (eacutevaporateur rotatif RT) dissolution dans 1 mL hexane
GC-qMS (colonne HP-5 50
m x 02 mm id x 03 μm)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
46
Ashraf 2012 9 leacutegumes 8 HAP (MM
178-278 gmol)
50 g drsquoeacutechantillon frais et peleacute + 100-150 g de sulfate de sodium anhydre Soxhlet
(cyclohexaneaceacutetone 21 8h) colonne chromatographique (gel de silice + sulfate
de sodium anhydre eacutelution 75 mL DCM) eacutevaporation (N2) dissolution 2 mL ACN
HPLC-UV (colonne C18 250 mm x 46 mm id x 5 microm
phase mobile ACNndasheau 7525 15 mLmin)
Jaacutenskaacute 2006 3 fruits et 5 leacutegumes 16
HAP (MM 128-278 gmol)
20 g drsquoeacutechantillon + 80 g de sulfate de sodium anhydre
Soxhlet (170 mL hexaneaceacutetone 11 6h) eacutevaporation agrave sec (eacutevaporateur rotatif 40
degC) GPC (Bio-Beads S-X3 500 mm x 8mm id chloroforme 25 mL 06 mLmin)
eacutevaporation agrave sec (eacutevaporateur rotatif 40 degC) dissolution dans 05 mL ACN
HPLC-FLD (colonne SupelcosilTM LC-PAH 250 mm x
46 mm id colonne de garde SupelcosilTM LC-18 20
mm x 4 mm id phase mobile gradient 0 min ACNndasheau
5545 40 min 100 ACN 1 mLmin)
Kipopoulou
1999
5 Leacutegumes 16 HAP (MM
128-278 gmol)
5-10 g de leacutegume deacuteshydrateacute + 5-10 g de sulfate de sodium anhydre
Soxhlet (DCM 6h) eacutevaporation jusqursquoagrave 2 mL (eacutevaporateur rotatif) SPE (Florisilreg
2g eacutelution DCM) eacutevaporation agrave sec (N2) dissolution dans ACN
HPLC-FLD (colonne Hypersil Green PAH 100 mm x 46
mm id x 5 microm colonne de garde 46 mm id x 5 microm
phase mobile gradient 0-5 min ACN-eau 5050 5-20
min 100 ACN 15 mLmin)
Samsoslashe-
Petersen 2002
8 fruits et 6 leacutegumes 16
HAP (MM 128-278 gmol)
10 g drsquoeacutechantillon
Soxwave (Soxhlet + micro-ondes hexaneaceacutetone 11) rinccedilage (3x hexaneaceacutetone
11) centrifugation SPE (colonne NH2-SAX) eacutevaporation
HPLC-FLD et GC-MS
Soceanu 2012 Tomates 15 HAP (MM
128-278 gmol)
Soxhlet proceacutedure de purification (5 g de Al2O3 activeacute + 5 g de gel de silice activeacute
+ sulfate de sodium anhydre eacutelution hexaneDCM 31) eacutevaporation (Kudernandash
Danish et N2)
GC-qMS (colonne capillaire silice HP-5 296m x
025mm id x 025 microm)
Soceanu 2014 10 Leacutegumes 15 HAP (MM
128-278 gmol)
Soxhlet proceacutedure de purification (5 g de Al2O3 activeacute + 5 g de gel de silice activeacute
+ sulfate de sodium anhydre eacutelution hexaneDCM 31) eacutevaporation (Kudernandash
Danish et N2)
GC-qMS (colonne capillaire silice HP-5 296m x
025mm id x 025 microm)
Abbreacuteviations ACN aceacutetonitrile ASE extraction acceacuteleacutereacutee par solvant (ou PLE extraction liquide pressuriseacutee) DCM dichloromeacutethane (CH2Cl2) GC chromatographie en phase gazeuse (itMS spectromegravetre
de masse trappe ionique qMS spectromegravetre de masse quadripolaire) GPC chromatographie par permeacuteation de gel HPLC chromatographie liquide agrave hautes performances (DAD deacutetecteur agrave barettes de diode
FLD deacutetecteur agrave fluorescence UV deacutetecteur ultravioletndashvisible) id diamegravetre interne MAE extraction assisteacutee par les micro-ondes MM masse moleacuteculaire RT tempeacuterature ambiante SPE extraction sur
phase solide UAE extraction assisteacutee par les ultrasons
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
47
Choix du solvant
Pour lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques les solvants utiliseacutes sont organiques en
raison de la forte solubiliteacute de ces composeacutes dans ces solvants Les solvants organiques
utiliseacutes pour lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques doivent avoir un point drsquoeacutebullition
faible (lt115 degC) puisque les solvants ayant un haut point drsquoeacutebullition induisent la perte des
HAP les plus volatils tels que le naphthalegravene et lrsquoaceacutenaphthegravene (Hollender 2003) Quelle que
soit la matrice sol boue fruit leacutegume (tableau 8) les solvants les plus utiliseacutes pour
lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques sont le dichloromeacutethane (DCM) lrsquohexane le
cyclohexane mais aussi des meacutelanges de solvants tels que le meacutelange hexaneaceacutetone ou
cyclohexaneaceacutetone (Jie 2007 Smith 2006 Serrano 2006) Lrsquoensemble des hydrocarbures
aromatiques nrsquoest pas extrait de la mecircme maniegravere selon le solvant utiliseacute Les solvants peu
polaires ayant une constante dieacutelectrique faible (tableau 9) sont plus favorables agrave lrsquoextraction
des composeacutes lourds tandis que les solvants plus polaires avec une constante dieacutelectrique plus
eacuteleveacutee permettent une meilleure extraction des composeacutes leacutegers Les valeurs des constantes
dieacutelectriques pour certains solvants drsquoextraction sont indiqueacutees dans le tableau 9
Tableau 9 Constantes dieacutelectriques pour quelques solvants usuels
Solvant Constante dieacutelectrique ε
Pentane 184 (20 degC)
Hexane 188 (25 degC)
Heptane 192 (20 degC)
Cyclohexane 202 (20 degC)
Toluegravene 238 (25 degC)
Ether eacutethylique 433 (20 degC)
Aceacutetate drsquoeacutethyle 602 (25 degC)
Dichloromeacutethane (DCM) 893 (25 degC)
Aceacutetone 2070 (25 degC)
Meacutethanol 3270 (25 degC)
Aceacutetonitrile (ACN) 3750 (20 degC)
Eau 8010 (20 degC) Donneacutees issues des proprieacuteteacutes de solvants eacutetablies par Riddick et Bunger (1970)
Lrsquoextraction par soxhlet (pendant 4h avec 350 mL de solvant) meneacutee sur des veacutegeacutetaux de
pacircture (30 g) avec trois solvants (le dichloromeacutethane (DCM) un meacutelange hexaneaceacutetone
(41 vv) et lrsquohexane) proposant des solubilisations diffeacuterentes pour les HAP a montreacute que la
quantiteacute totale de HAP extraite varie significativement en fonction du solvant Le DCM qui
est le solvant le plus polaire parmi ceux testeacutes permet lrsquoextraction la plus efficace des HAP
dans les conditions opeacuteratoires eacutetablies avec 382 microgkg de masse fraicircche contre 312 microgkg
avec lrsquohexane Cependant les diffeacuterences srsquoavegraverent non significatives pour les composeacutes pris
seacutepareacutement (Smith 2006) Lrsquoextraction par soxhlet des HAP contenus dans des eacutechantillons
de sols (durant 8h avec 300 mL de solvant) montre que lrsquoutilisation du pentane permet
drsquoobtenir un meilleur rendement drsquoextraction que le DCM en particulier pour les HAP de
fortes masses moleacuteculaires (Hollender 2003)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
48
Applications aux matrices environnementales
Le soxhlet est appliqueacute agrave lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques dans de nombreuses
matrices environnementales et alimentaires (tableau 8) La norme ISO 13877 1998 preacuteconise
notamment lrsquoutilisation du Soxhlet avec un solvant drsquoextraction non polaire pour lrsquoextraction
de fortes quantiteacutes de HAP agrave partir du sol afin de dissoudre les composeacutes associeacutes aux
particules de suie ou de goudron
La reacutecupeacuteration des HAP peut ecirctre ameacutelioreacutee par lrsquoaddition drsquoune eacutetape de saponification sur
les reacutesidus de lrsquoextrait de soxhlet La quantiteacute en HAP extraite agrave partir des veacutegeacutetaux de pacircture
est plus importante lorsque le soxhlet est combineacutee agrave la saponification Cette association
permet de reacutecupeacuterer jusqursquoagrave 90 des HAP contenus dans les veacutegeacutetaux de pacircture (Smith
2006) Neacuteanmoins la saponification peut induire des pertes de composeacutes tels que le BaP en
raison de la formation deacutemulsions et de la deacutecomposition des analytes par photo-deacutegradation
oxydation ou deacutegradation alcaline
Applications aux fruits et leacutegumes
La meacutethode soxhlet peut facilement srsquoadapter agrave lrsquoextraction des HAP dans les fruits et
leacutegumes puisque les HAP sont des composeacutes hydrophobes et les fruits et leacutegumes des
matrices solides et hydrophiles Les solvants principalement utiliseacutes pour ces matrices sont
geacuteneacuteralement sous forme de meacutelange hexaneaceacutetone ou cyclohexaneaceacutetone (tableau 8)
Lrsquoutilisation de solvants avec des polariteacutes diffeacuterentes est favorable agrave lrsquoextraction des HAP
compris dans une large gamme de masses moleacuteculaires entre 128 et 278 gmol Pour les fruits
et leacutegumes selon Soceanu et al (Soceanu 2014 Soceanu 2012) les taux de reacutecupeacuteration
observeacutes apregraves lrsquoextraction des HAP par soxhlet sont geacuteneacuteralement satisfaisants avec
notamment un recouvrement de 96 agrave 99 (tableau 8) Neacuteanmoins les valeurs sont variables
selon les composeacutes Pour la pomme des taux de reacutecupeacuteration infeacuterieurs agrave 50 sont observeacutes
pour les HAP leacutegers (naphtalegravene et aceacutenaphtegravene) alors que le pourcentage atteint jusqursquoagrave 117
(forte variabiliteacute de lrsquoextraction) pour les composeacutes plus lourds (Jaacutenskaacute 2006)
16112 Extractions liquideliquide et solideliquide (LLE et SLE)
Lrsquoextraction liquide-liquide (LLE) et lrsquoextraction solide-liquide (SLE) consistent agrave mettre en
contact lrsquoeacutechantillon liquide pour la LLE et solide pour la SLE avec un solvant Les composeacutes
drsquointeacuterecirct agrave extraire doivent avoir une plus forte affiniteacute pour ce solvant que pour la matrice
dans laquelle ils sont contenus La seacuteparation solideliquide utilise geacuteneacuteralement la
centrifugation lrsquoampoule agrave deacutecanter sert agrave la seacuteparation liquideliquide La LLE est
notamment utiliseacutee pour lrsquoextraction des HAP agrave partir drsquoeacutechantillons drsquoeaux souterraines
apregraves agitation avec de lrsquohexane et utilisation drsquoune ampoule agrave deacutecanter (Adekunle 2017)
La SLE est appliqueacutee agrave lrsquoextraction des BTEX par addition de dichloromeacutethane aux
eacutechantillons de fruits et leacutegumes et centrifugation pendant 6h (Goacuterna-Binkul 1996) La norme
ISO 13877 1998 recommande lrsquoextraction liquide avec un solvant polaire (aceacutetone) pour
lrsquoanalyse de faibles quantiteacutes de HAP dans les sols Une agitation meacutecanique est neacutecessaire
afin de briser les agreacutegats et augmenter la surface de contact de lrsquoeacutechantillon avec le solvant
drsquoextraction La norme ISO 157532006 indique que lrsquoextraction des HAP contenus dans les
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
49
corps gras dorigine animale ou veacutegeacutetale srsquoeffectue avec un meacutelange de solvants polaires
aceacutetonitrileaceacutetone
Les principaux inconveacutenients rencontreacutes en LLE sont la dureacutee de preacuteparation de lrsquoeacutechantillon
et lrsquoutilisation de grandes quantiteacutes de solvants toxiques et inflammables mais eacutegalement la
formation drsquoeacutemulsions qui entraicircne la perte drsquoanalytes (Purcaro 2009 Rodil 2007 Zhao
2009)
Afin de reacuteduire la quantiteacute de solvant ainsi que le temps drsquoextraction et ameacuteliorer le
rendement de reacutecupeacuteration les techniques drsquoextraction liquide-liquide et solide-liquide sont
geacuteneacuteralement assisteacutee (Purcaro 2009 Purcaro 2013)
- des ultrasons (ultrasound assisted extraction UAE)
- des micro-ondes (microwave assisted extraction MAE)
- de la pressurisation (pressurized liquid extraction PLE)
161121 Extraction assisteacutee par les ultrasons (UAE)
Lrsquoextraction assisteacutee par les ultrasons (UAE) est geacuteneacuteralement utiliseacutee pour des eacutechantillons
solides Lrsquoeacutechantillon placeacute dans un solvant drsquoextraction est soumis agrave des ondes de pression
acoustiques ayant des freacutequences geacuteneacuteralement autour de 20 kHz Lrsquoutilisation des ultrasons
induit une augmentation de la pression et de la tempeacuterature dans le milieu ce qui favorise la
peacuteneacutetration du solvant dans la matrice et ameacuteliore la solubiliteacute et la diffusiviteacute des analytes
vers le solvant Lrsquoutilisation des ultrasons engendre un deacuteplacement de lrsquoeacutequilibre qui permet
de reacuteduire la dureacutee drsquoextraction
LrsquoUAE est une proceacutedure dont lrsquoautomatisation est difficile mais qui permet lrsquoextraction des
analytes thermolabiles qui sont eacuteventuellement deacutegradeacutes par les conditions appliqueacutees au
moyen drsquoun soxhlet
Applications aux hydrocarbures aromatiques
LrsquoUAE a eacuteteacute utiliseacutee pour lrsquoextraction de nombreux contaminants tels que les pesticides les
produits pharmaceutiques (notamment des hormones) les HAP ou encore des meacutetaux agrave partir
drsquoeacutechantillons environnementaux et alimentaires (Farreacute 2012 Tadeo 2010)
Extraction des hydrocarbures aromatiques dans les matrices environnementales
LrsquoUAE est appliqueacutee agrave lrsquoextraction des HAP dans des eacutechantillons de sol (aceacutetone) de bois
(hexane) et de lichens (cyclohexane) (tableau 10 Guidotti 2003 Moret 2007)
Choix du solvant
Lrsquoextraction par UAE des HAP agrave partir drsquoeacutechantillons de sol avec diffeacuterents solvants montre
que le meacutethanol et lrsquoaceacutetonitrile deux solvants polaires sont peu efficaces pour la
reacutecupeacuteration des analytes Au contraire le dichloromeacutethane et lrsquoaceacutetone qui sont moins
polaires permettent un meilleur rendement drsquoextraction pour les HAP (Hollender 2003)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
50
Dureacutee drsquoextraction
Les dureacutees drsquoextraction sont geacuteneacuteralement comprises entre 15 min et 2 h (tableau 10)
Neacuteanmoins Tadeo et al indiquent que des cycles de sonication trop longs (supeacuterieurs agrave 60
min) ne permettent pas drsquoameacuteliorer le rendement drsquoextraction agrave partir drsquoeacutechantillons de sols
en raison de lrsquoeacutevaporation des HAP les plus volatils Geacuteneacuteralement deux cycles de 15 min
suffisent pour lrsquoextraction en UAE (Tadeo 2010)
Application aux aliments
La norme ISO 15753 2006 deacutecrit une meacutethode de deacutetermination pour 15 HAP preacutesents dans
les graisses dorigine animale et veacutegeacutetale Les HAP sont extraits par une meacutethode drsquoextraction
assisteacutee par les ultrasons (UAE) avec un meacutelange aceacutetonitrileaceacutetone (6040 vv)
Neacuteanmoins lrsquohexane est le solvant le plus utiliseacute pour lrsquoextraction des HAP dans les aliments
en UAE (tableau 10) Ce solvant est notamment appliqueacute aux eacutechantillons de viande fumeacutee
de pain grilleacute ou encore de fruits et de leacutegumes (Bishnoi 2006 Purcaro 2009 Rey-
Salgueiro 2008a Rey-Salgueiro 2008b Tuteja 2011) Lrsquohexane est un solvant apolaire
dans lequel les HAP sont particuliegraverement solubles
161122 Extraction assisteacutee par les micro-ondes (MAE)
Lrsquoutilisation de lrsquoeacutenergie des micro-ondes pour la proceacutedure drsquoextraction a eacuteteacute pour la
premiegravere fois deacutecrite au milieu des anneacutees 1980 par Ganzler et al (Ganzler 1986) et Lane et
Jenkins (Lane 1984) pour lrsquoextraction de divers composeacutes dans des produits alimentaires tels
que les agrumes les plantes aromatiques ou les ceacutereacuteales La MAE est particuliegraverement
adapteacutee aux eacutechantillons solides qui sont placeacutes dans un solvant et soumis aux micro-ondes
Les micro-ondes sont des rayonnements eacutelectromagneacutetiques non ionisants dont les freacutequences
varient de 300 MHz agrave 300 GHz Les rayonnements chauffent le milieu par la rotation des
dipocircles et la conduction ionique La chaleur apporteacutee au milieu drsquoextraction permet la
dissolution et le transfert des analytes dans le solvant
La proceacutedure MAE utilise une quantiteacute faible de solvant (entre 6 et 30 mL) et la dureacutee
drsquoextraction est plus courte (geacuteneacuteralement entre 5 et 15 min) que lors drsquoune extraction par
soxhlet (Ridgway 2007a Serrano 2006)
Les principaux paramegravetres susceptibles drsquoinfluer sur le rendement drsquoextraction sont le choix
du solvant et le temps drsquoextraction ainsi que la quantiteacute drsquoeacutechantillon
Choix du solvant
Les solvants non-polaires nrsquoabsorbent pas lrsquoeacutenergie des micro-ondes et ne sont donc
geacuteneacuteralement pas utiliseacutes en MAE (Ridgway 2007a) Neacuteanmoins lrsquoagitateur Carboflonreg
technologie mise au point par la socieacuteteacute CEM France est capable drsquoabsorber les micro-ondes
et de transmettre de la chaleur au solvant afin de permettre lrsquoutilisation des solvants apolaires
en MAE (Purcaro 2009) Les solvants plus geacuteneacuteralement utiliseacutes en MAE possegravedent une
constante dieacutelectrique forte et sont capables de convertir lrsquoeacutenergie micro-onde en chaleur Des
meacutelanges de solvants organiques avec une faible constante dieacutelectrique (hexane
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
51
dichloromeacutethane toluegravene cyclohexane) et de co-solvants polaires (eau aceacutetone) en faibles
quantiteacutes sont freacutequemment utiliseacutes (Serrano 2006)
Applications aux hydrocarbures aromatiques dans les aliments
La MAE est appliqueacutee agrave lrsquoextraction des HAP dans les fruits et leacutegumes en utilisant
lrsquoaceacutetonitrile comme solvant drsquoextraction (tableau 10 Wu 2016) Une eacutetude comparative
meneacutee sur des viandes fumeacutees en MAE montre que le meacutelange hexaneaceacutetone (31 vv) et
lrsquohexane seul donnent des rendements drsquoextraction eacutequivalents (tableau 10 Purcaro 2009)
Les rendements drsquoextraction sont eacutegalement eacutequivalents avec diffeacuterentes dureacutees drsquoextraction
(5 15 et 30 min) et deux tempeacuteratures testeacutees (60 degC et 115 degC) Lrsquoaugmentation du ratio
eacutechantillonsolvant ne modifie pas les reacutesultats pour les HAP lourds mais entraicircne une
diminution du rendement drsquoextraction pour les HAP leacutegers comme le pheacutenanthregravene
Lrsquoabsence de diffeacuterence significative entre les reacutesultats lors du changement des paramegravetres
drsquoextraction peut ecirctre due agrave lrsquoadsorption superficielle des HAP sur les viandes fumeacutees
permettant une extraction efficace mecircme avec de faibles tempeacuteratures et temps drsquoextraction
(Purcaro 2009) La MAE (115 degC 15 min hexane) appliqueacutee aux eacutechantillons de viandes
fumeacutees lyophiliseacutees permet une ameacutelioration significative de lrsquoefficaciteacute drsquoextraction par
rapport agrave lrsquoUAE utilisant le mecircme solvant (Purcaro 2009)
161123 Extraction par liquide pressuriseacute (PLE) Lextraction par liquide pressuriseacute (PLE) dont la version la plus mise en œuvre est
lrsquoextraction acceacuteleacutereacutee par solvant (ASE) a eacuteteacute pour la premiegravere fois deacutecrite en 1996 par
Richter et al (Richter 1996) LrsquoASE est une technique drsquoextraction solide-liquide utilisant
des solvants agrave des tempeacuteratures (50-200 degC) et pressions eacuteleveacutees (35-20 x106 Pa) mais en
dessous de leurs points critiques Les solvants sont chauffeacutes agrave des tempeacuteratures supeacuterieures agrave
leur point deacutebullition ce qui reacuteduit leur viscositeacute ainsi que leur tension superficielle et
ameacuteliore la solubiliteacute et le transfert des analytes dans le solvant Les fortes pressions
favorisent quant-agrave-elles la peacuteneacutetration du solvant dans la matrice solide Leau est le solvant
le plus utiliseacute au cours de la proceacutedure car lrsquoASE modifie les constantes dieacutelectriques
(polariteacute) des analytes drsquointeacuterecirct ce qui permet de les extraire Lrsquoeacutethanol le meacutethanol lrsquohexane
le propane le dichloromeacutethane laceacutetone ou laceacutetate deacutethyle sont des solvants eacutegalement tregraves
reacutepandus en ASE
Applications aux hydrocarbures aromatiques
LrsquoASE a par exemple eacuteteacute utiliseacutee pour lrsquoextraction des HAP dans des eacutechantillons de viandes
et de poissons fumeacutes avec un meacutelange de solvant dichloromeacutethaneaceacutetonitrile (9010 vv
100 degC 107 Pa) (tableau 10 Wang 1999) Le meacutelange de solvant aceacutetonetoluegravene (11 vv)
conduit dans ce cas de figure aux meilleurs reacutesultats lors de lrsquoanalyse drsquoeacutechantillons de sols
peu pollueacutes Cependant les reacutesultats restent bons quelle que soit la polariteacute du solvant utiliseacute
par ASE (meacutethanol aceacutetonitrile aceacutetone pentanehellip) (Hollender 2003) Parmi les diffeacuterentes
meacutethodes drsquoextraction testeacutees (UAE SFE soxhlet ASE) avec des eacutechantillons de sol lrsquoASE
permet drsquoobtenir les meilleurs reacutesultats (Hollender 2003)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
52
Tableau 10 Applications des meacutethodes drsquoextraction par solvant pour la reacutecupeacuteration des hydrocarbures aromatiques dans des matrices environnementales et alimentaires
Reacutefeacuterence Matrice et analytes Extraction-Purification Seacuteparation-Deacutetection
Echantillons environnementaux
Adekunle 2017 eau souterraine 7 HAP (MM
128-202 gmol)
500 mL drsquoeacutechantillon drsquoeau
LLE (extraction x 3 meacutelange 10 min + 20 mL hexane dans une ampoule agrave
deacutecanter deacutecantation 15 min) eacutevaporation (N2) SPE (silice + 1 g sulfate de
sodium eacutelution 50 mL hexane)
GC-TOF-MS (colonne primaire Rxi-5 SilMS 30 m x
025 mm id 025 microm colonne secondaire Rxi 17 Sil
MS 1 m x 025 mm id x 025 microm)
Burkhardt 2005 seacutediments 41 HAP et HAP
alkyleacutes (MM 108-322 gmol)
15-30 g drsquoeacutechantillon humide
PLE (eaualcool isopropylique (5050 vv) 120 degC 3x10min 13 800 kPa)
PLE (eaualcool isopropylique (2080) 200 degC 3x10min 13 800 kPa) SPE (1g
PSDVB) + SPE (cartouche 4 g sulfate de sodium 1 g Florisilreg) eacutelution
3x10mL DCMeacutether dieacutethylique (8020)
GC-qMS (colonne silice (5 diphenyl 95 dimeacutethyl
polysiloxane) 25 m times 020 mm id x 033 microm)
Domentildeo 2006 lichens 16 HAP (MM 128-
278 gmol)
02 g drsquoeacutechantillon
Etude comparative ASE dynamique (35 kHz 20 degC 02 mLmin 10 min
diffeacuterents solvants hexane cyclohexane DCM meacutethanol et toluegravene) ASE
statique (4 x 15mL DCM 15 min 20 degC)+colonne chromatographique (Al2O3
3 2 g sulfate de sodium anhydre eacutelution 20mL hexanendashDCM (31)) Soxhlet
(250mL DCM 6 h)
GC-qMS (colonne VF5-ms 60 m times 025 mm id times 025
microm)
Guidotti 2003 lichens 17 HAP (MM 128-
278 gmol
2 g drsquoeacutechantillon
UAE (sonication 2 x 30 mL cyclohexane 30 min RT) colonne
chromatographique (colonne 10 g silice activeacutee eacutelution 25 mL
dichloromeacutethanepentane 23)
GC-qMS (colonne HP5-MS 30 m x 025 mm id x 025
microm)
Moret 2007 sol bois olives 13 HAP (MM
166-278 gmol)
1 g de sol sec
UAE (sonication 10 mL aceacutetone 1 h) centrifugation eacutevaporateur rotatif SPE
(cartouche silice 500 mg eacutelution 9 mL cyclohexane)
1 g de bois sec
UAE (sonication 10 mL hexane 2 h) SPE (cartouche silice 500 mg eacutelution
9mL cyclohexane)
15 g drsquoolives segraveches
UAE (sonication 40 mL hexane 1 h) filtration eacutevaporateur rotatif SPE
(cartouche silice 5 g eacutelution 8 mL hexaneDCM 7030)
HPLC-FLD (colonne C18 250 mm times 3 mm id x 5 μm
phase mobile ACNeau 1 mLmin)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
53
Aliments
Purcaro 2009 viande fumeacutee 15 HAP (MM
128-278 gmol)
Etude comparative - MAE (20mL hexane+barreau Carboflon temps
dextraction 5-30 min tempeacuteratures 60-115 degC et quantiteacute deacutechantillon 1-3 g)
SPE (5g silice eacutelution 8 ml hexaneDCM 7030) - UAE (2 g drsquoeacutechantillon
sonication 20 mL hexane 1 h RT) SPE (5 g silice eacutelution 8 ml hexaneDCM
7030)
HPLC-FLD (colonne C18 250 mm x 3 mm id x 5 microm
phase mobile ACNeau 1 mlmin)
Rey-Salgueiro
2008a
pain grilleacute 11 HAP (MM 228-
278 gmol)
1 g drsquoeacutechantillon UAE (sonication 3 x 10 min 10 mL hexane) SPE (cartouche
silice 10 mL hexane) eacutevaporation (N2)
HPLC-FLD (colonne Supelcosil LC-PAH 250 mm x 46
mm id x 5 microm phase mobile ACNeau 1mLmin)
Wang 1999 Viandes et poissons fumeacutes 16
HAP (MM 128-278 gmol)
5 g drsquoeacutechantillon fumeacute ASE (1500 psi 100 degC 20 mL de solvant hexane
DCMACN 91 ou DCMACN 73) colonne chromatographique (colonne 6g
Florisilreg eacutelution 10 mL de DCM)
GC-qMS (colonne HP-5MS 30 m x 025 mm id x 025
microm)
Fruits et leacutegumes
Bishnoi 2006 fruits et leacutegumes 16 HAP
(MM 128-278 gmol)
5 g de fruit deacuteshydrateacute et 2 g de leacutegume deacuteshydrateacute
UAE (25 mL hexane) centrifugation filtration seacutechage (N2 haute pression)
SPE (cartouche C18)
HPLC-UV (colonne C18 250 mm x 46 mm id x 5 microm
colonne de garde 10 mm x 46 mm phase mobile
ACNeau 7525 1 mLmin)
Goacuterna-Binkul
1996
fruits et leacutegumes BTEX (MM
78-106 gmol)
SLE (DCM 05 mLg masse fraicircche) agitation (6 h) filtration (filtre Millex-HV
045microm) seacutechage (50-60 degC 7 j)
GC-qMS (colonne DB-5 50 m x 0258 mm id x 025
microm)
Mo
2009
fruits et leacutegumes
12 HAP
(MM 128-278 gmol)
20 g drsquoeacutechantillon deacuteshydrateacute
UAE (triplicat 60 mL eacutether eacutethylique 30 min) eacutevaporation jusqursquoagrave 2 mL
(eacutevaporateur rotatif 50 degC) GPC (colonne gel de silice et alumine + sulfate de
sodium anhydre eacutelution 20-80 mL DCM) eacutevoparation jusqursquoagrave 05 mL (N2)
GC-qMS (colonne HP-5 30m x 025 mm id x 025 microm)
Rey-Salgueiro
2008b
plante (feuilles choux
maiumlshellip) 11 HAP (MM 202-
278 gmol)
UAE (20-100mL hexane 20 min) SPE (cartouche sep-pack silice 690 mg + 10
mL hexane) eacutevaporation agrave sec (N2 TurboVap) dissolution 05 mL ACN
HPLC-FLD (colonne Supelcosil 250 mm x 46 mm id x
5 microm gradient phase mobile ACNeau 8020 40 min
ACNeau 955 1 min ACNeau 8020 maintenu 10 min
1 mLmin)
Tuteja 2011 leacutegumes 16 HAP (MM 128-
278 gmol)
UAE (hexane) + eacutevaporateur rotatif x2 centrifugation (15 min 12 000 rpm)
filtration (filtres seringues 045 microm) purification colonne chromatographique
HPLC-UV (colonne C18 250 mm x 46 mm id x 5 microm
mobile phase ACNeau 7525 1 mLmin)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
54
Wennrich 2002 fruits et leacutegumes 14 HAP
(MM 154-278 gmol)
10 g drsquoeacutechantillon
ASE (5 g cellulose hexaneaceacutetone 11 10 MPa 100 degC 2x5min) addition de
5 mL hexane eacutevaporation agrave sec (RT) + 05 mL benzegraveneDCM 41 GPC
(colonne de gel de silice eacutelution 50 mL benzegraveneDCM 41) concentration agrave sec
(RT) + 02 mL ACN
HPLC-FLD (colonne LiChroCART 250 mm x 3 mm
id x LiChrospher PAH 5 microm gradient phase mobile 0
min ACNeau 5050 3 min ACNeau 6040 14 min
ACNeau 1000 05 mLmin)
Wu
2016
leacutegumes 16 HAP
(MM 128-278 gmol)
10 g drsquoeacutechantillon
MAE (20 mL ACN 100 degC 10 min) centrifugation (x3) addition 100 mL
sulfate de sodium (4) extraction x2 (30 mL hexane) eacutevaporation jusqursquoagrave 1 mL
(eacutevaporateur rotatif) GPC (colonne gel silice alumine eacutelution 20 mL hexane 70
mL DCM)
GC-qMS (colonne HP-5MS 30m x 025 mm id x 025
microm)
Abbreacuteviations ACN aceacutetonitrile ASE extraction acceacuteleacutereacutee par solvant (ou PLE extraction liquide pressuriseacutee) DCM dichloromeacutethane (CH2Cl2) GC chromatographie en phase gazeuse (qMS spectromegravetre
de masse quadripolaire TOF analyseur de masse agrave temps de vol) GPC chromatographie par permeacuteation de gel HPLC chromatographie liquide agrave hautes performances (FLD deacutetecteur agrave fluorescence UV
deacutetecteur ultravioletndashvisible) id diamegravetre interne MAE extraction assisteacutee par les micro-ondes MM masse moleacuteculaire PDMS polydimeacutethylsiloxane PSDVB co polymegravere styregravene-divinylbenzegravene RT
tempeacuterature ambiante SBSE extraction par sorption sur barreau magneacutetique SPE extraction sur phase solide UAE extraction assisteacutee par les ultrasons
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
55
1612 Purification
Les extractions par solvant preacutesenteacutees preacuteceacutedemment sont peu seacutelectives et induisent la co-
extraction de composeacutes issus de la matrice La proceacutedure drsquoextraction doit donc ecirctre
compleacuteteacutee par une eacutetape de purification geacuteneacuteralement reacutealiseacutee gracircce agrave une extraction en phase
solide (SPE) ou agrave une chromatographie drsquoexclusion steacuterique La norme ISO 157532006
recommande notamment suite agrave lrsquoextraction liquide des HAP contenus dans les corps gras
dorigine animale ou veacutegeacutetale des eacutetapes de purification au moyen drsquoune phase inverse C18 et
drsquoune phase de type Florisilreg
16121 Extraction en phase solide (SPE)
Lextraction en phase solide (SPE) a commenceacute agrave se deacutevelopper agrave partir de 1974 gracircce aux
travaux de trois chercheurs (Reginald Adams Thomas Good et Michael Telepchak) La SPE
est un proceacutedeacute de preacuteparation deacutechantillon au cours duquel les composeacutes drsquointeacuterecirct qui sont
dissous ou preacutesents en suspension dans un meacutelange liquide sont seacutepareacutes des autres composeacutes
du milieu en fonction de leurs proprieacuteteacutes physico-chimiques
Lrsquoeacutechantillon contenant les analytes constitue la phase mobile Cette phase mobile est deacuteposeacutee
dans une cartouche contenant une phase stationnaire solide agrave travers laquelle lrsquoeacutechantillon
srsquoeacutecoule Selon laffiniteacute des diffeacuterents composeacutes pour la phase stationnaire soit les impureteacutes
sont retenues par la phase solide ce qui purifie et concentre la phase mobile en analytes
dinteacuterecirct soit les analytes sont retenus par la phase solide et les impureteacutes sont eacutelimineacutees avec
la phase mobile Dans le cas ougrave les analytes sont retenus par la phase stationnaire une eacutetape
suppleacutementaire drsquoeacutelution est neacutecessaire pour permettre leur reacutecupeacuteration (figure 16)
Figure 16 Principe drsquoune extraction en phase solide (SPE) avec reacutetention des analytes
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
56
Les supports SPE sont geacuteneacuteralement composeacutes de silices ou de polymegraveres Pour les supports agrave
base de silice il existe 4 modes de fonctionnement en phase normale en phase inverse en
mode mixte ou en mode eacutechange drsquoions
La phase normale
Le mode en phase normale permet la purification de moleacutecules dont la structure preacutesente un
grand nombre de fonctions polaires La silice pure ainsi que des silices greffeacutees au moyen de
groupements cyanopropyl (CN) ou diol retiennent par adsorption les composeacutes polaires par
lrsquointermeacutediaire de liaisons hydrogegravene Les composeacutes drsquointeacuterecirct doivent posseacuteder une meilleure
affiniteacute pour le solvant drsquoeacutelution que pour le support de reacutetention afin de permettre leur
reacutecupeacuteration
La phase inverse
En mode phase inverse le greffage hydrophobe de type C8 ou C18 permet des interactions de
type Van der Walls Ce mode utilisant le partage avec un solvant drsquoeacutelution srsquoapplique agrave la
purification de composeacutes hydrophobes ou faiblement hydrophobes Lrsquoutilisation des chaicircnes
carboneacutees longues permet drsquoameacuteliorer la reacutetention des composeacutes drsquointeacuterecirct hydrophobes Le
greffage pheacutenyl est particuliegraverement adapteacute agrave la reacutetention des composeacutes aromatiques et
souvent en association avec des solvants drsquoeacutelution tels que le meacutethanol ou lrsquoaceacutetonitrile
Le mode eacutechange drsquoion
En mode eacutechange drsquoions le meacutecanisme de reacutetention mis en jeu est lrsquointeraction ionique qui
deacutepend essentiellement du pH et de la force ionique Le greffage du support induit agrave son
extreacutemiteacute une attraction forte envers les analytes ayant des fonctions ioniseacutees antagonistes
Le principe de lrsquoextraction est baseacute sur la reacutetention des composeacutes sous leur forme ioniseacutee par
des interactions eacutelectrostatiques Lrsquoeacutelution est ensuite reacutealiseacutee agrave un pH pour lequel les
composeacutes sont sous forme neutre Dans le cas ougrave la neutraliteacute du composeacute est impossible agrave
obtenir lrsquoeacutelution est effectueacutee avec une solution ayant une grande force ionique
Les phases eacutechangeuses drsquoanions se composent geacuteneacuteralement drsquoamines permettant drsquoextraire
des acides avec une ou plusieurs charges neacutegatives et les phases eacutechangeuses de cations ayant
des fonctions sulfoniques ou carboxyliques sont utiliseacutees pour lrsquoextraction de composeacutes
basiques avec une ou plusieurs charges positives
Le mode mixte
Le mode mixte donne les extractions les plus seacutelectives gracircce agrave des supports en silices
comportant un double greffage lrsquoun eacutetant une chaicircne carboneacutee hydrophobe et lrsquoautre
permettant lrsquoeacutechange drsquoions Les supports peuvent ecirctre constitueacutes drsquoun acide (sulfonique ou
carboxylique) et drsquoun greffon hydrophobe pour lrsquoextraction de bases portant une ou plusieurs
charges positives ou bien drsquoune base drsquoamine et de greffons hydrophobes afin drsquoextraire les
acides portant une ou plusieurs charges neacutegatives
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
57
Choix de la phase drsquoextraction
Le choix de la phase drsquoextraction deacutepend de la matrice de lrsquoeacutechantillon mais eacutegalement des
caracteacuteristiques physico-chimiques (solubiliteacute polariteacute preacutesence de groupements fonctionnels
chargeacutes masse moleacuteculaire) des analytes agrave extraire Dans le cas drsquoune matrice aqueuse des
supports hydrophobes sont geacuteneacuteralement utiliseacutes puisque lrsquoeau est une phase mobile peu
eacuteluante A lrsquoinverse si lrsquoeacutechantillon est une phase organique comme les huiles ou les produits
peacutetroliers les supports seacutelectionneacutes en SPE sont polaires (silices vierges ou greffeacutees polaires
ou alumines)
La SPE est une technique utilisant une quantiteacute assez importante de solvant et dont la
seacutelectiviteacute est limiteacutee De plus des problegravemes de colmatage de cartouche ont eacuteteacute rapporteacutes
(Garciacutea-Falcoacuten 2005) Neacuteanmoins cette proceacutedure est relativement rapide et peut ecirctre
facilement automatiseacutee
Applications
La SPE est utiliseacutee pour la purification et la concentration de nombreux analytes (pesticides
steacuteroiumldes HAPhellip) dans diverses matrices complexes telles que lurine le sang les boissons
le sol ou encore les tissus animaux
Extraction des hydrocarbures aromatiques
La SPE est une proceacutedure majoritairement utiliseacutee comme eacutetape de purification et de
concentration suite agrave une extraction liquide de type soxhlet ou SLE Neacuteanmoins la SPE peut
eacutegalement ecirctre utiliseacutee seule pour lrsquoextraction des HAP contenus dans des eacutechantillons
liquides tels que le cafeacute (Houessou 2005)
Choix du support
Les supports SPE les plus freacutequemment rencontreacutes pour lrsquoextraction des HAP sont
lrsquoaminopropyl la silice lrsquoalumine le Florisilreg le polystyregravenedivinylbenzegravene (PS-DVB) ou
encore le meacutelange C18Florisilreg (Plaza-Bolantildeos 2010 Purcaro 2009 Purcaro 2013)
Le Florisilreg est une phase polaire constitueacutee doxydes de silicium (environ 85 ) et de
magneacutesium (environ 15 ) permettant lrsquoextraction des HAP de matrices organiques Le PS-
DVB est un agent de sorption tregraves utiliseacute pour lrsquoextraction des HAP en raison de son caractegravere
hydrophobe et des interactions π-π avec les HAP (Houessou 2005) Il peut de plus ecirctre
utiliseacute pour la plupart des matrices alimentaires (Veyrand 2007)
Choix du solvant
Des meacutelanges de solvants de polariteacute diffeacuterente (par exemple hexanedichloromeacutethane
meacutethanolteacutetrahydrofurane ou isooctanecyclohexane) peuvent ecirctre utiliseacutes pour lrsquoextraction
des HAP selon lrsquoeacutechantillon consideacutereacute Lrsquoutilisation de meacutelanges de solvants permet de
trouver un compromis pour la reacutecupeacuteration des HAP lourds et leacutegers (Purcaro 2013)
Lrsquoaugmentation du pourcentage de teacutetrahydrofurane dans le meacutelange
meacutethanolteacutetrahydrofurane diminue la polariteacute du meacutelange appliqueacute agrave des eacutechantillons de
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
58
cafeacute cela favorise la solubilisation des HAP et leur deacutesorption de la colonne (Houessou
2005)
16122 Chromatographie drsquoexclusion
La chromatographie drsquoexclusion technique de seacuteparation en phase liquide est geacuteneacuteralement
employeacutee comme eacutetape de purification suite agrave une proceacutedure drsquoextraction de type soxhlet
SLE ou LLE Le principe de cette technique consiste agrave placer lrsquoeacutechantillon dans une colonne
contenant des granules micro-poreuses Les moleacutecules ayant une taille supeacuterieure agrave celui des
pores ne circulent que dans lrsquoespace extra-granulaire et sont rapidement eacutevacueacutees de la
colonne Les moleacutecules dont le diamegravetre est infeacuterieur agrave celui des pores circulent dans lrsquoespace
inter- et intra-granulaire et ont un temps de parcours plus long (figure 17) La
chromatographie drsquoexclusion permet la seacuteparation des moleacutecules selon leur diamegravetre
Applications aux hydrocarbures aromatiques
La chromatographie drsquoexclusion est appliqueacutee suite agrave une proceacutedure drsquoextraction liquide telle
que le soxhlet lrsquoASE lrsquoUAE ou la MAE pour la reacutecupeacuteration des hydrocarbures aromatiques
(tableaux 11 et 13)
Cette technique est particuliegraverement adapteacutee agrave la seacuteparation des HAP dont la masse
moleacuteculaire est geacuteneacuteralement infeacuterieure agrave 300 gmol et des lipides contenues dans les
matrices grasses qui ont des masses moleacuteculaires entre 600 et 1500 gmol (Ballesteros 2006)
Figure 17 Principe de la chromatographie drsquoexclusion
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
59
Colonnes chromatographiques
Les colonnes chromatographiques freacutequemment rencontreacutees en chromatographie drsquoexclusion
pour la purification des extraits contenant des hydrocarbures aromatiques se composent de
gels drsquoalumine ou drsquooxydes drsquoaluminium de silice et eacutegalement de Florisilreg
Une chromatographie sur gel de silice et drsquoalumine est par exemple associeacutee agrave la MAE afin
drsquoextraire des HAP contenus dans des eacutechantillons de fruits et de leacutegumes (Wu 2016)
Solvants drsquoextraction
La chromatographie drsquoexclusion est une meacutethode qui consomme une assez grande quantiteacute de
solvant entre 20 agrave 80 mL par eacutechantillon Les solvants utiliseacutes comme phase mobile sont
souvent des solvants chloreacutes tels que le dichloromeacutethane (DCM) ou le chloroforme (tableaux
11 et 13) Le DCM utiliseacute seul ou en meacutelange avec le pentane ou lrsquohexane est le solvant le
plus freacutequemment rencontreacute pour la reacutecupeacuteration des hydrocarbures aromatiques Une eacutelution
avec 20 agrave 80 mL de DCM est notamment reacutealiseacutee agrave travers une colonne constitueacutee drsquoun gel de
silice et drsquoalumine pour reacutecupeacuterer les HAP drsquoun extrait UAE de fruits ou de leacutegumes Cette
seacuteparation chromatographique comporte un ajout de sulfate de sodium anhydre freacutequemment
utiliseacute comme agent desseacutechant pour les solutions organiques (Mo 2009)
1613 Proceacutedures drsquoeacutevaporation de solvant
La preacutesence de faibles quantiteacutes drsquoanalytes dans les eacutechantillons et lrsquoutilisation drsquoimportants
volumes de solvant au cours de lrsquoextraction neacutecessitent la mise en place drsquoune proceacutedure
drsquoeacutevaporation La reacuteduction du volume de solvant permet ainsi de concentrer lrsquoextrait en
composeacutes drsquointeacuterecirct Lrsquoeacutevaporation des solvants est souvent reacutealiseacutee par lrsquoapplication drsquoun flux
gazeux ou par lrsquoutilisation drsquoun eacutevaporateur rotatif
16131 Concentration sous flux gazeux
La concentration sous flux gazeux utilise un gaz inerte geacuteneacuteralement lrsquoazote avec lequel les
composeacutes drsquointeacuterecirct ne vont pas reacuteagir Le gaz est envoyeacute agrave la surface de lrsquoeacutechantillon agrave travers
une ou plusieurs aiguilles pour permettre lrsquoeacutevaporation du solvant Cette technique est adapteacutee
aux solvants volatils mais peut se reacuteveacuteler lente pour des solvants tels que lrsquoeau qui sont
difficiles agrave eacutevaporer Cette technique peut entraicircner des pertes par projection dans le cas drsquoun
deacutebit de gaz trop eacuteleveacute La concentration srsquoeffectue geacuteneacuteralement avec un flux leacuteger
La concentration sous flux drsquoazote est notamment utiliseacutee suite agrave une eacutetape de purification agrave
travers une colonne de gel de silice et drsquoalumine pour reacuteduire le volume de solvants volatils
tels que le dichloromeacutethane (concentration jusqursquoagrave 05 mL) dans le cadre de lrsquoextraction des
HAP dans des eacutechantillons de fruits et leacutegumes (Mo 2009)
16132 Concentration par eacutevaporateur rotatif
Lrsquoeacutevaporateur rotatif est un systegraveme ayant pour but lrsquoeacutevaporation de solvant afin de
concentrer lrsquoeacutechantillon en analytes Le principe de cette technique est baseacute sur lrsquoeacutevaporation
drsquoimportantes quantiteacutes de solvant sous vide drsquoair Le solvant contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute
dans un ballon mis en rotation dans un bain marie chauffeacute La pression du montage est ensuite
diminueacutee gracircce agrave une trompe drsquoeau Le solvant porteacute agrave eacutebullition va srsquoeacutevaporer puis ecirctre
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
60
refroidi par le systegraveme de refroidissement Les vapeurs condenseacutees de solvant pur vont ecirctre
reacutecupeacutereacutees dans un ballon de reacutecupeacuteration (figure 18) Cette proceacutedure srsquoapplique agrave des
analytes non thermolabiles afin de minimiser les pertes en composeacutes drsquointeacuterecirct
Figure 18 Principe de lrsquoeacutevaporateur rotatif
Lrsquoeacutevaporateur rotatif est notamment utiliseacute suite agrave des proceacutedures drsquoUAE visant agrave reacutecupeacuterer
des HAP dans des fruits et leacutegumes pour lrsquoeacutelimination de solvants tels que lrsquohexane ou lrsquoeacutether
eacutethylique (Mo 2009 Tuteja 2011)
1614 Techniques drsquoextraction avec support drsquoextraction miniaturiseacute
Lextraction par sorption sur barreau magneacutetique (SBSE) la micro-extraction par solide
compacteacute (MEPS) la micro-extraction en phase solide (SPME) et lrsquoextraction dynamique en
phase solide (SPDE) sont des techniques drsquoextraction sans solvant ou tregraves peu
consommatrices de solvant eacutegalement utiliseacutees pour la reacutecupeacuteration des hydrocarbures
aromatiques Ce sont des techniques drsquoextraction miniaturiseacutees baseacutees sur la sorption des
analytes sur un support (figure 19)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
61
16141 Micro-extraction en phase solide (SPME)
La SPME a eacuteteacute deacuteveloppeacutee par Arthur et Pawliszyn au deacutebut des anneacutees 1990 Cette technique
est baseacutee sur lrsquoeacutequilibre entre les analytes cibles contenus dans un eacutechantillon et ceux
adsorbeacutes sur la phase stationnaire drsquoune fibre La reacutecupeacuteration des analytes cibles srsquoeffectue
par immersion directe de la fibre dans lrsquoeacutechantillon (DI-SPME) ou par exposition dans
lrsquoespace libre ou espace de tecircte au-dessus de lrsquoeacutechantillon (HS-SPME) (figure 20)
Figure 20 Principe de la micro-extraction en phase solide (SPME)
DI immersion directe HS extraction dans lrsquoespace de tecircte
Figure 19 Comparaison des supports drsquoextraction miniaturiseacutes
SBSE extraction par sorption sur barreau magneacutetique MEPS micro-extraction par solide compacteacute SPME micro-
extraction en phase solide SPDE extraction dynamique en phase solide
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
62
Lrsquoeacutequilibre est geacuteneacuteralement atteint plus rapidement en HS-SPME qursquoen DI-SPME car les
moleacutecules cibleacutees se deacuteplacent plus rapidement dans lrsquoair que dans les matrices liquides ou
solides De plus lrsquoutilisation drsquoun espace drsquoextraction restreint en HS-SPME permet
drsquoaugmenter la concentration des composeacutes dans la phase gazeuse ce qui reacuteduit le temps
neacutecessaire pour atteindre lrsquoeacutequilibre
De nombreux paramegravetres sont susceptibles drsquoinfluer sur lrsquoextraction des analytes comme la
tempeacuterature la saliniteacute de lrsquoeacutechantillon la nature des analytes et leur matrice ainsi que
lrsquoeacutepaisseur et le type de revecirctement de la fibre
Choix de la phase stationnaire
La phase stationnaire de la fibre possegravede geacuteneacuteralement un revecirctement en silice de 1 agrave 2 cm de
longueur dont lrsquoeacutepaisseur varie entre 7 et 100 microm Les revecirctements les plus fins sont adapteacutes agrave
lrsquoadsorption des analytes semi-volatils tandis que des revecirctements plus eacutepais sont
geacuteneacuteralement destineacutes agrave lrsquoextraction des composeacutes volatils (King 2003 Kataoka 2000)
Divers types de revecirctements sont disponibles pour les fibres drsquoextraction tels que le
polyacrylate (PA) le divinylbenzegravene (DVB) le carboxen (CAR) ou le polydimeacutethylsiloxane
(PDMS) Ces constituants peuvent ecirctre preacutesents seuls comme le polyacrylate (PA) qui est un
revecirctement polaire indiqueacute pour lrsquoextraction des analytes les plus polaires (alcools pheacutenols)
ou en meacutelange ce qui permet drsquoaugmenter la capaciteacute de reacutetention des fibres comme avec
lrsquoassociation CARPDMS (Kataoka 2000)
Agitation
Lrsquoagitation de lrsquoeacutechantillon permet de diminuer la dureacutee drsquoextraction en favorisant le
deacuteplacement des analytes vers la fibre lrsquoeacutequilibre est atteint plus rapidement Lors de
lrsquoextraction en immersion directe leacutepaisseur de la couche statique (limite de Prandtl) qui
entoure la fibre est reacuteduite par agitation ce qui permet la diminution de la dureacutee drsquoextraction
(King 2003)
Choix de la tempeacuterature
La tempeacuterature optimale neacutecessaire pour assurer lrsquoeacutequilibre entre lrsquoeacutechantillon lrsquoespace de
tecircte et lrsquoadsorption des analytes sur la fibre doit ecirctre identifieacutee pour chaque type drsquoeacutechantillon
Lrsquoaugmentation de la tempeacuterature de lrsquoeacutechantillon peut permettre drsquoameacuteliorer les rendements
drsquoextraction Cependant eacutetant donneacute la nature exothermique des interactions moleacuteculaires
neacutecessaires agrave lrsquoadsorption des analytes laugmentation de la tempeacuterature peut aussi conduire agrave
une reacuteduction de la constante de distribution aussi appeleacutee constante de partage entre le
revecirctement de la fibre et lrsquoeacutechantillon ou lrsquoespace de tecircte (King 2003 Pentildealver 1999)
Ajout de sel et modification du pH
Lrsquoajout de sels et lrsquoajustement du pH peuvent modifier lrsquoeacutequilibre Lrsquoajout de sels augmente le
rendement drsquoextraction pour certains analytes en particulier pour les composeacutes polaires et
volatils La reacutealisation de la proceacutedure drsquoextraction dans des conditions acides ou alcalines
permet le passage des espegraveces ioniques non volatiles sous forme neutres et favorise
respectivement lrsquoextraction des composeacutes acides et basiques (King 2003 Pentildealver 1999)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
63
Reacutecupeacuteration des analytes
Les analytes retenus sur la fibre peuvent ensuite ecirctre deacutesorbeacutes thermiquement dans lrsquoinjecteur
drsquoun chromatographe en phase gazeuse (GC) ou gracircce agrave un solvant pour permettre des
analyses en chromatographie liquide agrave hautes performances (HPLC) ou par eacutelectrophoregravese
Avantages et inconveacutenients de la meacutethode drsquoextraction
Les fibres utiliseacutees pour lrsquoextraction sont fragiles ont une dureacutee de vie limiteacutee et un coucirct
relativement eacuteleveacute (Plaza-Bolantildeos 2010 Zhao 2009) De plus la faible eacutepaisseur du
revecirctement sur les fibres peut srsquoaveacuterer ecirctre un facteur limitant pour lrsquoextraction des analytes
(Ridgway 2007a) Neacuteanmoins la SPME est une technique dextraction directe et rapide
Applications
La SPME est une meacutethode appliqueacutee agrave lrsquoextraction de nombreux polluants comme les
pesticides les HAP les PCB les pheacutenols les amines aromatiques les BTEX ou encore les
phtalates provenant drsquoeacutechantillons environnementaux (air sol eau) biologiques (sang
urinehellip) et alimentaires (jus fruits leacutegumes huileshellip) aussi bien solides que liquides
(Lambropoulou 2007) Les analytes les plus eacutetudieacutes par HS-SPME sont des composeacutes
volatils tels que les pesticides organophosphoreacutes (OP) ou organochloreacutes (OC) mais aussi les
HAP leacutegers et les BTEX (Lambropoulou 2007 Cavalcante 2010)
Extraction des hydrocarbures aromatiques
Les hydrocarbures aromatiques eacutetant des composeacutes plutocirct volatils leur extraction est
geacuteneacuteralement reacutealiseacutee dans lrsquoespace gazeux (tableau 11)
Choix du support drsquoextraction
Pour les HAP qui sont des composeacutes plutocirct apolaires les fibres les plus freacutequemment choisies
ont un revecirctement apolaire (King 2003) De nombreux types de fibre sont utiliseacutes pour
lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques mais la plupart utilisent le polydimeacutethylsiloxane
(PDMS) Le revecirctement PDMS seul est souvent seacutelectionneacute pour lrsquoextraction des HAP lourds
car mecircme si les fibres Carboxenpolydimeacutethylsiloxane (CARPDMS) montrent de meilleurs
rendements drsquoextraction la reacutepeacutetabiliteacute des reacutesultats est moins bonne et lrsquoeacutequilibre est plus
long agrave atteindre (Doong 2000 Kataoka 2000) La fibre de type CarbopackZPDMS permet
lrsquoextraction des HAP gracircce agrave des interactions π-π (Purcaro 2007) La fibre CarbowaxPDMS
65microm est particuliegraverement efficace pour lrsquoextraction du Naphtalegravene mais lrsquoest moins pour les
HAP comprenant 4 cycles aromatiques ou plus (Doong 2000)
Le revecirctement divinylbenzegravenecarboxenpolydimeacutethylsiloxane (DVBCARPDMS) est adapteacute
agrave lrsquoanalyse des HAP ayant une masse moleacuteculaire infeacuterieure ou eacutegale agrave 202 gmol (Doong
2000 Vichi 2005)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
64
Extraction des hydrocarbures aromatiques agrave partir des matrices environnementales
La comparaison des meacutethodes SPME (fibre PDMS 100 microm) en immersion directe et en
utilisant lrsquoespace de tecircte avec des eacutechantillons drsquoeau montre que la HS-SPME permet
drsquoobtenir des reacuteponses 2 agrave 3 fois supeacuterieures agrave celles observeacutees en DI-SPME pour les HAP les
plus volatils (naphtalegravene aceacutenaphtylegravene aceacutenaphtegravene fluoregravene pheacutenanthregravene et anthraceacutene)
(Doong 2000) La HS-SPME est eacutegalement appliqueacutee agrave lrsquoextraction des BTEX agrave partir
drsquoeacutechantillon aqueux ou de sol gracircce agrave des fibres CARPDMS (75 microm) ou PDMS (100 microm)
(tableau 11 Ezquerro 2004 Meneacutendez 2000)
Extraction des hydrocarbures aromatiques agrave partir des matrices alimentaires
En ce qui concerne les aliments la plupart des extractions sont reacutealiseacutees par HS-SPME en
raison de la complexiteacute des matrices alimentaires En immersion directe (DI-SPME) les
composants de la matrice preacutesents en concentrations plus importantes que les analytes
peuvent entraicircner des liaisons compeacutetitives sur les fibres et induire des erreurs de
quantification En DI-SPME les fibres peuvent ecirctre rendues inutilisables par ladsorption
irreacuteversible de proteacuteines (Ridgway 2007a) Des reacutesidus triglyceacuterides peuvent eacutegalement ecirctre
adsorbeacutes sur le revecirctement des fibres lors dextraction agrave partir de matrices grasses telles que
lhuile (Purcaro 2007 Purcaro 2013)
La HS-SPME est notamment appliqueacutee agrave la deacutetermination des HAP leacutegers (jusquagrave 202 gmol)
dans les leacutegumes et les BTEX sont eacutetudieacutes en utilisant lrsquoespace de tecircte dans les olives (tableau
11 Gilbert-Loacutepez 2010 Lei 2011) La HS-SPME srsquoest eacutegalement reacuteveacuteleacutee approprieacutee agrave
lextraction des BTEX agrave partir drsquoeacutechantillons de pommes (Poinot 2014)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
65
Tableau 11 Applications de la micro-extraction en phase solide (SPME) pour la reacutecupeacuteration des hydrocarbures aromatiques dans des eacutechantillons environnementaux et
alimentaires
Reacutefeacuterence Matrice et analytes Extraction-Purification Seacuteparation-Deacutetection
Echantillons environnementaux
Bianchin
2012
eau (riviegravere bouteille
robinet) HAP + BTEX
(MM 78-278 gmol)
25 mL deacutechantillon
Etude comparative DI-SPME + HS-SPME (fibres PDMS 100 microm
PDMSDVB 65 microm et DVBCARPDMS 5030 microm TdegC 10ndash80 C temps
dextraction 30ndash120 min et chlorure de sodium 0ndash9 g)
GC-qMS (colonne Rtx-5MS 30 m times 025 mm id
times 025 microm)
Doong 2000 eau 16 HAP (MM 128-
278 gmol
10 mL drsquoeacutechantillon
Etude comparative DI-SPME et HS-SPME (fibres PDMS 100 30 ou 7
microm fibre PA 85 microm et fibre CARPDMS 65 microm temps dextraction 90 min
TdegC 25 ou 60 degC)
GC-FID (colonne HP-5 30m x 05 mm id x 05
microm) GC-itMS (colonne Ultra Alloy-5 30 m x 025
mm id x 025 microm)
Ezquerro
2004
sol BTEX (MM 78-106
gmol)
15-20 mg sol + 600 microL eau ultrapure (30 degC agitation 400 rpm 10 min)
HS-SPME x 3 (fibre CARPDMS 75 microm 20 min deacutesorption 10 min)
GC-FID (colonne CP-Select 624 CB 30 m x 025
mm id x 14 microm)
Gilbert-
Loacutepez 2010
olives et huile drsquoolive
BTEX (MM 78-106
gmol)
125 g drsquoeacutechantillon drsquohuile
5 g drsquoolive + 10 mL eau + 15 g KCl
Preacutelegravevement dans lrsquoespace de tecircte (700 rpm 30 min 90 degC coupleacute agrave la
chromatographie)
GC-qMS (colonne VF-5ms 30 m x 025 mm id x
025 microm)
Meneacutendez
2000
eacutechantillons aqueux
BTEX (MM 78-106
gmol)
10 mL eacutechantillon
DI-SPME (10 min 150 degC fibre PDMS 100 microm)
11 mL drsquoeacutechantillon
HS-SPME (4 min RT fibre PDMS 100 microm)
GC-FID (colonne DB-5 50 m x 053 mm id)
Tankiewicz
2013
eau (robinet incendie)
hydrocarbures
aliphatiques (C6 agrave C20) +
toluegravene et xylegravene
2 mL eacutechantillon
HS-SPME (fibre 100 μm PDMS temps dextraction 5-60 min TdegC 23-90
degC ajout de sel 5-20 (wv) chlorure de sodium agitation 0 agrave 1000 rpm)
GCndashFID (colonne ZB-5 30 m times 025 mm id x
025 μm)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
66
Aliments
Lei 2011 leacutegumes 8 HAP (MM
128-202 gmol)
1g de leacutegume + 2 g eau + NaCl
HS-SPME (comparaison de fibres fibre 30 mg 70 microm benzoxy-C[6]OH-
TSO fibre 72 microm C[4]OH-TSO et fibre PDMS 100 microm 20-100 degC 0-120
h NaCl 0-240 mgg 0-600 rpm addition de solvant 20 microL meacutethanol
eacutethanol DCM ACN hexane aceacutetone)
GC-FID (colonne SE-54 30 m x 032 mm id x
025 microm)
Poinot 2014 pomme BTEX et HAP
(MM 78-202 gmol)
Etude comparative - HS-SPME (fibres CARPDMS 75 microm PDMSDVB
65 microm temps drsquoextraction 15 30 et 45 min tempeacuteratures 40 60 et 80 degC 20
g drsquoeacutechantillon) ndash SPE (1 g drsquoeacutechantillon + 5 mL cyclohexane agitation 1
min cartouche Envi Chrom-P eacutelution 12 mL cyclohexaneaceacutetate drsquoeacutethyle
4060 concentration N2) ndash soxhlet (5 g drsquoeacutechantillon + 25 g sulfate de
sodium anhydre 250 mL cyclohexaneDCM 11 6 h concentration par
eacutevaporateur rotatif puis N2 injection ou eacutetape SPE avec 150 microL drsquoextrait) ndash
UAE (1 g drsquoeacutechantillon + 10 mL DCM ultrasons 30 kHz 30 degC 10 min
centrifugation (3000 rpm 10 min 30 degC) filtration reacutecupeacuteration du reacutesidu +
10 mL cyclohexane ultrasons 30 kHz 30 degC 10 min centrifugation (3000
rpm 10 min 30 degC) filtration concentration par eacutevaporateur rotatif des
extraits DCM et cyclohexane injection ou eacutetape SPE)
GC-itMS (colonne DB5-MS 60 m x 025 mm id x
025 microm)
Vichi 2005 huile BTEX et HAP
(jusquagrave 4 cycles) (MM
91-202 gmol)
HS-SPME (fibre DVBCarPDMS 5030 microm 700rpm Tdeg 40-100 degC temps
dexposition 15-60 min)
GC-qMS (colonnes Supelcowax-10 et HP-5MS 30
m times 025 mm id x 025 microm)
Abbreacuteviations ACN aceacutetonitrile Al2O3 oxyde drsquoaluminum ASE extraction acceacuteleacutereacutee par solvant (ou PLE extraction liquide pressuriseacutee) CAR Carboxen DCM dichloromeacutethane DI-
SPME micro-extraction en phase solide en immersion directe DVB divinylbenzegravene GC chromatographie en phase gazeuse (FID detecteur ionisation flame itMS spectromegravetre de masse agrave
trappe ionique qMS spectromegravetre de masse quadripolaire) HS-SPME micro-extraction en phase solide dans lrsquoespace de tecircte id diamegravetre interne MM masse moleacuteculaire PDMS
polydimeacutethylsiloxane rpm rotation par minute RT tempeacuterature ambiante
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
67
16142 Extraction dynamique en phase solide (SPDE)
Des techniques utilisant des aiguilles dont les surfaces internes sont recouvertes drsquoun
revecirctement drsquoextraction ont commenceacute agrave apparaicirctre degraves la fin des anneacutees 1990 Puis le
premier dispositif commercial dextraction dynamique en phase solide (SPDE) deacuteveloppeacute par
Chromtech (Idstein Allemagne) est apparu en 2000
La SPDE met en œuvre une seringue eacutetanche de 25 mL eacutequipeacutee drsquoune aiguille en acier
inoxydable (8 cm) dont lrsquointeacuterieur est revecirctu drsquoun film drsquoeacutepaisseur variable geacuteneacuteralement 50
microm drsquoun meacutelange de polydimeacutethylsiloxane (PDMS) et de 10 de charbon actif (figure 19)
Lrsquoeacutechantillon liquide ou gazeux est aspireacute dans la seringue et les analytes sont adsorbeacutes sur la
phase stationnaire Lrsquoaspiration peut ecirctre renouveleacutee plusieurs fois afin de permettre
drsquoaugmenter la quantiteacute drsquoanalyte extraite Lrsquoadsorption des composeacutes drsquointeacuterecirct reacuteside dans
lrsquoeacutequilibre de partage qui se creacuteeacute entre lrsquoeacutechantillon et le support drsquoextraction Suite au
preacutelegravevement la seringue est dirigeacutee gracircce agrave un automate vers lrsquoinsert drsquoun chromatographe en
phase gazeuse pour permettre la deacutesorption et lrsquoanalyse des composeacutes drsquointeacuterecirct
La SPDE est une proceacutedure geacuteneacuteralement automatiseacutee et dont la seringue a une dureacutee de vie
drsquoenviron 1500 injections
Applications aux hydrocarbures aromatiques
La SPDE dans lrsquoespace de tecircte est notamment utiliseacutee pour lrsquoextraction des HAP agrave partir
drsquoeacutechantillons drsquoeau Cette extraction est reacutealiseacutee gracircce agrave une seringue dont la surface interne
est recouverte de polypyrrole Le polypyrrole est un polymegravere particuliegraverement adapteacute agrave
lrsquoextraction des HAP en raison de sa structure poreuse offrant une large surface drsquoeacutechange
mais aussi pour ses proprieacuteteacutes hydrophobes mettant en œuvre des interactions π-π (Begheri
2009) La SPDE dans lrsquoespace de tecircte est eacutegalement appliqueacutee agrave lrsquoextraction des BTEX dans
des boissons gracircce agrave des supports drsquoextraction composeacute de polydimeacutethylsiloxane (PDMS)
seul ou associeacute agrave 10 de charbon actif Ces 2 supports se montrent efficaces pour lrsquoextraction
des BTEX avec des pourcentages de reacutecupeacuteration supeacuterieurs agrave 72 (Ridgway 2007b)
16143 Extraction par sorption sur barreau magneacutetique (SBSE)
Lextraction par sorption sur barreau magneacutetique (SBSE) a eacuteteacute deacuteveloppeacutee par Baltussen et al
en 1999 (Baltussen 1999) Elle est principalement destineacutee agrave lrsquoextraction de composeacutes
drsquointeacuterecirct dans une phase liquide La SBSE est baseacutee sur la sorption des analytes sur un film
tregraves eacutepais de PDMS recouvrant un barreau drsquoagitation magneacutetique (figure 21) Lrsquoextraction
des analytes srsquoeffectue agrave lrsquoeacutequilibre entre la matrice et la phase stationnaire
Les analytes adsorbeacutes et concentreacutes sur le revecirctement sont reacutecupeacutereacutes soit par deacutesorption
thermique puis directement transfeacutereacutes dans un chromatographe en phase gazeuse (GC) ou soit
gracircce agrave un solvant pour permettre lrsquoanalyse par chromatographie liquide agrave hautes
performances (HPLC)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
68
En SBSE le revecirctement se limite le plus souvent au PDMS qui est un mateacuteriau inerte
particuliegraverement adapteacute agrave lrsquoadsorption des composeacutes apolaires (Ridgway 2007a) Neacuteanmoins
du fait drsquoune plus grande quantiteacute de polymegravere preacutesente sur le barreau magneacutetique la SBSE
procure une capaciteacute drsquoadsorption plus importante que la SPME De plus lrsquoeacutepaisseur
importante du barreau magneacutetique permet de pallier au problegraveme de fragiliteacute rencontreacute avec
les fibres SPME (Ridgway 2007a Zuin 2006)
Applications
La SBSE est geacuteneacuteralement utiliseacutee pour extraire des composeacutes volatils et semi-volatils
apolaires ou tregraves faiblement polaires tels que les pesticides ou les hydrocarbures aromatiques
dans des matrices non grasses (Ridgway 2007a) Elle est notamment utiliseacutee pour lrsquoextraction
du benzo(a)pyregravene dans des eacutechantillons de jus de canne agrave sucre lrsquoextraction de cet HAP y
est plus efficiente et reacutepeacutetable qursquoavec la MASE (Zuin 2006) La SBSE est aussi appliqueacutee agrave
lrsquoextraction des BTEX agrave partir drsquoeacutechantillons drsquoeau Lrsquoutilisation du support polypyrrole-
dodeacutecyl sulfate permet la reacutetention des BTEX par lrsquointermeacutediaire drsquointeractions π-π
(Babanezhad 2012)
La SBSE est aussi utiliseacutee pour des matrices grasses puisqursquoelle a permis lrsquoextraction des
BTEX agrave partir drsquoexsudats obtenus apregraves cuisson drsquoeacutechantillons de viande (Benet 2015)
La SBSE est une proceacutedure qui est largement appliqueacutee aux eacutechantillons liquides drsquoorigine
biologique (sang urine) environnementale (eaux de riviegraveres) et alimentaire (boissons miel)
mais eacutegalement agrave des matrices gazeuses (Ridgway 2007a Li 2011) Lors
drsquoexpeacuterimentations meneacutees sur les HAP dans lrsquoair inteacuterieur le barreau est utiliseacute comme
capteur passif et est suspendu dans lrsquoenvironnement agrave analyser (Li 2011)
Figure 21 Principe de lrsquoextraction par sorption sur barreau magneacutetique (SBSE)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
69
La SBSE est eacutegalement mise en œuvre pour des matrices solides ayant subi une extraction
liquide preacutealable La SBSE est par exemple appliqueacutee agrave lrsquoextraction de HAP tels que le
pheacutenanthregravene ou le benzo(ghi)perylegravene contenus dans un mateacuteriau de reacutefeacuterence (SRM 1649a)
suite agrave une eacutetape de MAE (Yamaguchi 2010)
16144 Micro-extraction par solide compacteacute (MEPS)
La micro-extraction par solide compacteacute (MEPS) a eacuteteacute utiliseacutee pour la premiegravere fois en 2004
par Abdel-Rehim et al et consiste en une miniaturisation de la proceacutedure drsquoextraction en
phase solide (SPE) (Abdel-Rehim 2004) Une seringue (100-250 μL) dans laquelle se trouve
1 agrave 4 mg de sorbant est utiliseacutee pour preacutelever un eacutechantillon geacuteneacuteralement sous forme liquide
Lrsquoextraction en MEPS peut comprendre de multiples cycles de preacutelegravevements Un mecircme
aliquot peut ecirctre extrait plusieurs fois en aspirant puis rejetant un volume deacutefini drsquoeacutechantillon
dans un mecircme flacon (va-et-vient) ou plusieurs aliquots drsquoeacutechantillon peuvent ecirctre extraits
chaque aliquot est aspireacute une fois puis est eacutelimineacute de la seringue MEPS (aspiration-
eacutelimination) (Abdel-Rehim 2010) Les analytes sont retenus par le support et doivent ensuite
ecirctre reacutecupeacutereacutes par eacutelution Le solvant deacutelution doit ecirctre un solvant organique capable drsquoeacuteluer
avec un faible volume (20 agrave 50 μL) lrsquoensemble des analytes retenus par le support MEPS Le
passage drsquoun volume important drsquoeacutechantillon agrave travers le support MEPS et lrsquoutilisation drsquoune
faible quantiteacute de solvant pour lrsquoeacutelution permet drsquoaugmenter la concentration de lrsquoextrait en
composeacutes drsquointeacuterecirct (Silva 2014)
La MEPS est une meacutethode drsquoextraction rapide et facile agrave mettre en œuvre La proceacutedure peut
ecirctre automatiseacutee et coupleacutee avec des systegravemes drsquoanalyse chromatographique Neacuteanmoins
lrsquoaspiration de lrsquoeacutechantillon agrave travers la seringue MEPS doit ecirctre lente et reacuteguliegravere car une
vitesse trop importante empecircche lrsquoadsorption des analytes sur le sorbant et induit une faible
reacutepeacutetabiliteacute des reacutesultats (Wang 2011)
La MEPS a pour avantage drsquoecirctre plus rapide et moins consommatrice de solvant que la SPE
Les volumes drsquoeacutechantillon passant agrave travers le support MEPS peuvent varier de 10 microL agrave
environ 1 mL alors que la SPE neacutecessite plusieurs millilitres drsquoeacutechantillon (Silva 2014) De
plus le sorbant de la seringue MEPS peut ecirctre utiliseacute plus de 100 fois contrairement aux
cartouches SPE qui sont souvent agrave usage unique
Choix du support drsquoextraction
Les supports MEPS peuvent ecirctre de diffeacuterentes natures et permettre des extractions en phase
normale (extraction danalytes polaires provenant de solvants organiques non polaires) en
phase inverse (extraction danalytes hydrophobes ou danalytes organiques agrave partir de matrices
aqueuses) ou en mode mixte avec eacutechanges drsquoions (extraction drsquoanalytes chargeacutes dans des
eacutechantillons organiques non polaire ou aqueux) Les supports disponibles en MEPS sont
notamment de type C18 C8 ou C2 (extraction en phase inverse) mais il existe eacutegalement des
supports en silice (extraction en phase normale) HILIC (chromatographie liquide
dinteraction hydrophile) ou en copolymegravere de polystyregravene-divinylbenzegravene (PS-DVB)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
70
Applications
La MEPS trouve de nombreuses applications pour la recherche de meacutedicaments et de
meacutetabolites dans les fluides biologiques tels que lrsquourine le plasma ou le sang (Abdel-Rehim
2011)
Extraction des hydrocarbures aromatiques
La MEPS est une technique notamment adapteacutee agrave lrsquoextraction des HAP dans des eacutechantillons
drsquoeau (tableau 12) La meacutethode MEPS deacuteveloppeacutee par El-Beqqali et al (El-Beqqali 2006)
pour lrsquoextraction drsquoanthracegravene de chrysegravene de fluoranthegravene de fluoregravene et de pyregravene de lrsquoeau
consiste agrave preacutelever un eacutechantillon de 50 microL 60 fois gracircce agrave une seringue MEPS (250 microL)
contenant 1 mg de sorbant silice-C8 Lrsquoeacutelution des analytes est ensuite effectueacutee gracircce agrave 30
microL de meacutethanol La MEPS est eacutegalement appliqueacutee agrave lrsquoextraction de 8 HAP (naphthalegravene
pyregravene anthracegravene aceacutenaphthylegravene pheacutenanthregravene fluoranthegravene fluoregravene et aceacutenaphthegravene)
dans des eacutechantillons drsquoeau provenant de lacs et de riviegraveres La proceacutedure utilise une seringue
de 100 microL posseacutedant un sorbant C18 pour preacutelever 50 microL drsquoeacutechantillon qui est aspireacute puis
eacutevacueacute de la seringue 40 fois Les analytes sont reacutecupeacutereacutes par eacutelution avec 50 microL de meacutethanol
(Fu 2012) Lrsquoextraction par MEPS srsquoeffetue geacuteneacuteralement avec des sorbants de type C8 ou
C18 pour la reacutecupeacuteration des HAP dans les eacutechantillons drsquoeau (El-Beqqali 2006 Fu 2012)
Les HAP eacutetant des composeacutes hydrophobes leur extraction en MEPS neacutecessite qursquoils soient
contenus dans une matrice polaire (Silva 2014)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
71
Tableau 12 Applications de la micro-extraction par solide compacteacute (MEPS) pour la reacutecupeacuteration des hydrocarbures aromatiques dans des eacutechantillons drsquoeau
Abbreacuteviations CV coefficient de variation GC chromatographie en phase gazeuse (qMS spectromegravetre de masse quadripolaire msdMS deacutetecteur seacutelectif de masse) id diamegravetre
interne LOD Limite de deacutetection LOQ Limite de quantification MEPS micro-extraction par solide compacteacute MM masse moleacuteculaire SPE extraction en phase solide
Reacutefeacuterence Composeacutes
eacutetudieacutes Extraction Seacuteparationdeacutetection Performances
El-Beqqali
2006
5 HAP (MM 166-228
gmol)
MEPS (seringue 250 microL 1 mg silice-C8) conditionnement (50 microL meacutethanol et 50 microL eau) preacutelegravevement 50 microL (aspireacute et rejeteacute 60 fois) eacutelution (30 microL
meacutethanol)
GC-msdMS (colonne HP-50 25
m x 025 mm id 031 microm)
Lineacuteariteacute 10-1000 ngL
R2 (n=6) 0998-0999
LOD 1-5 ngL
LOQ 5 ngL
Fideacuteliteacute
Intrajournaliegravere (n=6) 56-14
Interjournaliegravere (n=18) 83-16
Fu 2012 8 HAP
(MM 128-202 gmol)
Comparaison de meacutethode
MEPS (seringue 100 microL support C18) conditionnement (80 microL meacutethanol et 100 microL eau ultrapure) preacutelegravevement 50 microL (aspireacute et rejeteacute 40 fois) rinccedilage
(100 microL eau ultrapure) seacutechage (10 cycles preacutelegravevement drsquoair) eacutelution (50 microL
meacutethanol) SPE (cartouche C18 1 g 6 mL) conditionnement (10 mL meacutethanol) rinccedilage
(10 mL eau ultrapure) passage de 50 mL drsquoeacutechantillon rinccedilage (5 mL eau)
seacutechage de la cartouche (N2 10 min) eacutelution (10 mL meacutethanol) concentration (eacutevaporateur rotatif) ajustement du volume drsquoeacutechantillon agrave 1 mL (aceacutetone)
GC-qMS (colonne capillaire
silice Rxi-5ms 30 m x 025 mm
id 025 microm)
MEPS
Lineacuteariteacute 005-2 microgL R2 09965-09997
LOD 08-82 ngL
LOQ 25-275 ngL Reacutepeacutetabiliteacute (n=5 eau ultrapure)
10-76 (01 microgL)
27-99 (05 microgL) 07-89 (2 microgL)
Reacutepeacutetabiliteacute (n=5 eacutechantillons
environnementaux)
16-140 (01 05 et 15 microgL)
Reacutecupeacuteration 70-117
SPE
Lineacuteariteacute 025-10 microgL R2 09978-09998
LOD 48-359 ngL
LOQ 158-1196 ngL Reacutepeacutetabiliteacute (n=5 eau ultrapure)
15-78 (05 microgL)
08-82 (2 microgL) 33-95 (10 microgL)
Reacutepeacutetabiliteacute (n=5 eacutechantillons
environnementaux)
27-146 (035 4 et 8 microgL)
Reacutecupeacuteration 72-134
Quinto
2012
16 HAP (MM 128-278 gmol)
MEPS (seringue 50 microL support silice C8) conditionnement (100 microL meacutethanol et 100 microL eau ultrapure) preacutelegravevement (aspireacute et rejeteacute 300 fois)
eacutelution (50 microL meacutethanol aspireacute et rejeteacute 20 fois)
GC-MS (colonne BPX50 30 m
x 025 mm id x 025 microm)
Lineacuteariteacute 10-1000 ngL
R 09963-09993 LOD 05-2 ngL
LOQ 16-62 ngL
Reacutepeacutetabiliteacute (n=3) 05-142 (50 100 et 200 ngL)
Fideacuteliteacute
Intrajournaliegravere (n=6) 58-101
Interjournaliegravere (n=24) 75-12
Reacutecupeacuteration 557-853
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
72
Extractions agrave partir de matrices solides
Tregraves peu drsquoexemples drsquoapplications de la MEPS agrave des eacutechantillons solides sont disponibles
dans la litteacuterature (Yang 2017) La meacutelatonine et certains antioxydants sont notamment
extraits par MEPS agrave partir drsquoeacutechantillons de raisin broyeacutes puis soumis agrave une eacutetape de
centrifugation afin de reacutecupeacuterer le surnageant (Mercolini 2012) Dans cette eacutetude
lrsquoapplication de la MEPS au raisin a neacutecessiteacute tregraves peu de preacuteparation pour lrsquoeacutechantillon
Neacuteanmoins pour la majoriteacute des matrices solides une eacutetape drsquoextraction en milieu liquide
doit ecirctre effectueacutee preacutealablement agrave la proceacutedure MEPS (tableau 13) Une extraction liquide
pressuriseacutee (PLE) est par exemple reacutealiseacutee avant une purification par MEPS afin de reacutecupeacuterer
les bromodipheacutenyl eacutethers drsquoeacutechantillons de boues drsquoeacutepuration (Martiacutenez-Moral 2014)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
73
Tableau 13 Applications de la micro-extraction par solide compacteacute (MEPS) pour la reacutecupeacuteration drsquoanalytes dans des matrices solides
Reacutefeacuterence Matrice Composeacutes eacutetudieacutes Extraction Seacuteparationdeacutetection Performances Reacutecupeacuteration
Du 2014 porc Clenbuterol 2 g broyat de porc + 4 mL ACN UAE (5 min) centrifugation (8000
rpm 10 min) eacutevaporation du surnageant (N2) dissolution 1 mL eau ultrapure
MEPS (seringue 1 mL support 4 mg SMIPs) conditionnement (2 mL
meacutethanol et 2 mL eau) preacutelegravevement (300 microL 25 fois) rinccedilage (300 microL ACNeau 50 50 v v) eacutelution (500 L meacutelange meacutethanolacide
chlorhydrique 9010 vv) eacutevaporation agrave sec (N2) dissolution 50 microL
phase mobile
HPLC-UV (colonne VP-ODS 250 mm x 46 mm id
x 5 microm phase mobile meacutethanoleau (3070) 1
mL min)
Lineacuteariteacute 002-50 microgkg
R2 09989 Reacutepeacutetabiliteacute (n=5)
42-64 (002 1 et 50 microgkg)
Preacutecision intermeacutediaire (n=3) 68-101 (002 1 et 50 microgkg)
LOD 0009 microgkg
LOQ 002 microgkg
865-912
Martiacutenez-
Moral 2014
boues
drsquoeacutepuration
Dipheacutenyleacutethers
bromeacutes
PLE (ASE200) eacutechantillon lyophiliseacute + Florisil + sulphate de sodium
extraction hexaneDCM 5050 (40 degC 2min) eacutevaporation filtration (flitre nylon 045 microm) dilution (volume final 5 mL) 100 microL drsquoextrait
eacutevaporeacute agrave sec addition 250 microL aceacutetone + 750 microL eau
MEPS (seringue 100-250 microL supports 1-2 mg C2 C8 C18 silice MIPs) conditionnement (3 x 250 microL meacutethanol et 250 microL eau)
preacutelegravevement eacutechantillon (250 microL 10 fois) rinccedilage (250 microL eau) seacutechage
(250 microL air 5 fois) eacutelution (100 microL hexane)
GC-itMSMS (colonne VF-5MS 30 m x 025 mm id
x 025 microm)
R2 09977-09997
Reacutepeacutetabiliteacute (n=3) 4-7 Fideacuteliteacute intermeacutediaire (n=3)
7-14
LOD instrument 04-6 pgmL LOD meacutethode 001-004 ngg
92plusmn11-102plusmn9
Mercolini
2012
raisin et produits
deacuteriveacutes
Meacutelatonine et
antioxydants
Echantillon liquide centrifugation (5 min 1400 x g) filtration
surnageant x 2 (filtre 045 microm) congeacutelation (-20 degC 1h) Raisin 10 grains (50-80 g) broyeacutes centrifugation (5 min 1400 x g)
surnageant congeleacute (-20 degC 1h)
Deacutecongeacutelation des eacutechantillons centrifugation (5 min 1400 x g) MEPS (seringue 250 microL support C8) conditionnement (100 microL
meacutethanol 3 fois et 100 microL eau ultrapure 3 fois) preacutelegravevement meacutelange 100 microL surnageant + 10 microL solution eacutetalon interne (10 fois) rinccedilage (x2
100 microL eau) eacutelution (250 microL meacutethanol 3 fois) eacutevaporation de lrsquoeacuteluat
(eacutevaporateur rotatif) dissolution 100 microL phase mobile
HPLC-FLD (colonne Microsorb MV-Rainin C8 250
mm x 46 mm id x 5 microm preacute-colonne C8 phase mobile ACNtampon phosphate 08 mLmin)
R2 09992-09997
Reacutepeacutetabiliteacute (n=6) 25-48
Fideacuteliteacute intermeacutediaire (n=6)
28-55
LOD 002-10 ngg
LOQ 005-25 ngg
91-96
Mercolini
2016
feuille drsquoargan Composeacutes
pheacutenoliques
Seacutechage eacutechantillon (40 degC)
Extraction x 3 sous agitation (25 g de broyat + 250 mL eacutethanol 70 24 h) filtration (Buumlchner) seacutechage (faible pression)
Solubilisation de lrsquoextrait 50 mL eau + 50 mL de chloroforme x 3
Evaporation (eacutevaporateur rotatif) des phases aqueuse et organique Dissolution des extraits dans meacutethanol centrifugation filtration du
surnageant (filtre nylon 045 microm)
MEPS (seringue 100 microL support C8+SCX) conditionnement (200 microL meacutethanol et 200 microL eau ultrapure) preacutelegravevement (10 fois) meacutelange 100
microL eacutechantillon dilueacute + 100 microL eau ultrapure + 5 microL solution eacutetalon
interne rinccedilage (100 microL eau et 100 microL eaumeacutethanol 9010 vv) eacutelution (500 microL meacutethanol) eacuteluat seacutecheacute sous vide dissolution 100 microL
meacutethanol
LC-DAD-qMSMS (colonne Waters XTerra MS C18
100 mm x 21 mm id x 35 microm gradient phase mobile 0 min acide formiqueACN 982
augmentation 5 min jusqursquoagrave acide formiqueACN
7525 maintenu 5 min diminution 1 min jusqursquoagrave acide formiqueACN 982 maintenu 2 min 03
mLmin)
Lineacuteariteacute 03-100 ngmL
R2 gt 09991
Reacutepeacutetabiliteacute (n=6) 36-47
Fideacuteliteacute intermeacutediaire (n= 6)
44-54
LOD 01 ngmL
LOQ 03 ngmL
91-95
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
74
Miyaguchi
2009
cheveu Ampheacutetamine et
meacutethampheacutetamine
Echantillon 1 mg pour la quantification et 5 mg pour lrsquoidentification
Extraction micro-pulveacuterisation 20 microL 3-amino-1-pheacutenylbutane + 230 microL eau homogeacuteneacuteisation (5 min pulveacuterisateur automatique 1500
coupmin) centrifugation addition de sorbant (Oasis MAX) vortex (1
min) centrifugation filtration (filtre microporeux Poly(fluorure de vinylidegravene) 045 microm)
aceacutetylation (125 microL Na2CO3 + 5 microL anhydride aceacutetique)
MEPS (seringue 100 microL support octadeacutecylsilice) conditionnement (100 microL meacutethanol et 50 microL eau) eacutechantillon 80 microL (15 fois) rinccedilage (50
microL 20 meacutethanol) eacutelution (50 microL meacutethanol)
GC-MS (colonne DB-17ms 30 m x 025 mm id x
025 microm) Extraction micro-pulveacuterisation-LCMSMS (colonne
Capcell Pak CR 150 mm x 2 mm id x 5 microm phase
mobile ACN-aceacutetate drsquoammonium 73 03 mLmin)
Deacuteterminations
intrajournaliegraveres (n=5)
36-70 (02 5 et 50 ngmg)
interjournaliegraveres (n=5)
26-106 (02 5 et 50 ngmg)
LOQ 02 ngmg
611-742
Paredes
2014
sol Chloropheacutenols 25 g eacutechantillon + 6 mL bicarbonate de potassium + 120 microL anhydride
aceacutetique vortex (5 min) centrifugation (4500 rpm 5 min) filtration
(filtre PTFE 045 microm) QuEChERS 25 mL aceacutetate drsquoeacutethyle homgeacuteneacuteisation (15 min)
addition 1 g MgSO4 + 025 g NaCl homgeacuteneacuteisation (1 min) filtration de
la phase organique (filtre PTFE 045 microm) MEPS (support C18) conditionnement (100 microL aceacutetate drsquoeacutethyle et 100
microL eau ultrapure) preacutelegravevement 1 mL (10 x 100 microL) rinccedilage x 2 (100
microL) seacutechage (10 x 100 microL air) eacutelution (10 microL aceacutetate drsquoeacutethyle)
GC-qMS (colonne DB-VRX 20 m x 018 mm x 1
microm)
Lineacuteariteacute 1-12 microgkg
R2 09861-09966
Reacutepeacutetabiliteacute (n=10 5 microgkg) 66-94
Reproductibiliteacute (n=8x3 5
microgkg) 71-11 LOD 0118ndash0894 microgkg
LOQ 0353-2683 microgkg
13-23
Saacutenchez
2014
textile Amines aromatiques Echantillon 02 g + 425 mL tampon citrate + 075 mL dithionite de
sodium vortex (3000 rpm 1 min) UAE (70 degC 30 min) retour RT MEPS (seringue 500 microL supports C18 PGC PEP) conditionnement
(500 microL 1-propanol et 500 microL eau ultrapure) eacutechantillon vortexeacute (3000
rpm 1 min) filtreacute (filtre PTFE 045 microm) 3 mL (6 x 500 microL) lavage
(250 microL eau ultrapure) seacutechage (10 x 500 microL air) eacutelution (60 microL 1-
propanol)
SALLE eacutelimination du solvant addition 750 microL aceacutetate drsquoeacutethyle meacutelange (3000 rpm 1 min) centrifugation (4000 rpm 5 min) filtration
(filtre PTFE 045 microm)
GC-qMS (colonne DB-VRX 20 m x 018 mm id x 1
microm)
MEPS
R2 09972-10000
Reacutepeacutetabiliteacute (n=8) 2-14
Reproductibiliteacute (n=24) 6-22
LOD 004-42 microgL
LOQ 013-139 microgL
SALLE
R2 09971-09998
Reacutepeacutetabiliteacute (n=8) 3-11
Reproductibiliteacute (n=24) 5-18
LOD 01-37 microgL
LOQ 035-12 microgL
MEPS 1-96
SALLE 26-99
Abbreacuteviations ACN aceacutetonitrile ASE extraction acceacuteleacutereacutee par solvant (ou PLE extraction liquide pressuriseacutee) DCM dichloromeacutethane GC chromatographie en phase gazeuse (qMS
spectromegravetre de masse quadripolaire itMS spectromegravetre de masse agrave trappe ionique) HPLC chromatographie liquide agrave hautes performances (DAD deacutetecteur de diode FLD deacutetecteur agrave
fluorescence UV deacutetecteur ultravioletndashvisible) id diamegravetre interne LOD Limite de deacutetection LOQ Limite de quantification MEPS micro-extraction par solide compacteacute MIPs
polymegraveres agrave empreinte moleacuteculaire PGC carbone graphite poreux PEP polar enhanced polymer PTFE polytetrafluoroeacutethylegravene QuEChERS Quick Easy Cheap Effective Rugged and
Safe SALLE extraction liquide-liquide assisteacutee par salage SMIPs surface de polymegraveres agrave empreinte moleacuteculaire UAE extraction assisteacutee par les ultrasons
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
75
Les meacutethodes utilisant un support pour la reacutecupeacuteration des hydrocarbures aromatiques
permettent une extraction seacutelective des composeacutes drsquointeacuterecirct Ces proceacutedures ont pour avantage
drsquoecirctre rapide et ne neacutecessite pas lrsquoutilisation drsquoune eacutetape suppleacutementaire de concentration
De plus les techniques SBSE SPME et SPDE permettent la deacutesorption directe des analytes
dans lrsquoinjecteur drsquoun systegraveme de seacuteparation chromatographique
162 Seacuteparation et deacutetection analytique des hydrocarbures aromatiques
Suite agrave lrsquoextraction la deacutetermination des faibles quantiteacutes drsquohydrocarbures aromatiques
neacutecessite lrsquoutilisation de systegravemes de seacuteparation et de deacutetection sensibles et reacutesolutifs Les
techniques chromatographiques en phase liquide (HPLC) et gazeuse (GC) se montrent
suffisamment efficaces pour permettre la seacuteparation des hydrocarbures aromatiques
Suite agrave la seacuteparation par chromatographie liquide les deacutetecteurs les plus communeacutement
rencontreacutes pour la deacutetection hydrocarbures aromatiques sont le deacutetecteur ultravioletndashvisible
(UV) le deacutetecteur agrave barrette de diodes (DAD) le deacutetecteur de fluorescence (FLD) et le
spectromegravetre de masse (MS) La seacuteparation par chromatographie gazeuse est quand-agrave-elle
geacuteneacuteralement coupleacutee agrave un deacutetecteur agrave ionisation de flamme (FID) ou agrave un spectromegravetre de
masse (MS)
1621 Seacuteparation par chromatographie liquide agrave hautes performances
(HPLC)
La chromatographie liquide agrave hautes performances (HPLC) est une meacutethode seacuteparative
drsquoadsorption de partage drsquoeacutechange drsquoion ou drsquoexclusion steacuterique Cette technique utilise une
phase mobile liquide de force ionique variable geacuteneacuteralement constitueacutee drsquoun meacutelange de
solvants La phase mobile traverse la colonne contenant une phase stationnaire qui est
constitueacutee de mateacuteriaux monolithiques poreux ou de micro-particules spheacuteriques ayant un
diamegravetre compris entre 2 et 10 microm La chromatographie liquide agrave ultra performances (UPLC)
et la chromatographie liquide agrave hautes tempeacuteratures (HTLC) utilisent le principe de lrsquoHPLC
avec respectivement des diamegravetres de particules infeacuterieurs agrave 2 microm et des tempeacuteratures eacuteleveacutees
(geacuteneacuteralement 50-150 degC)
LrsquoHPLC couvre une grande partie du domaine drsquoapplication de la chromatographie en phase
gazeuse et est de plus particuliegraverement adapteacutee agrave lrsquoanalyse des composeacutes thermosensibles
polaires et de masses moleacuteculaires eacuteleveacutees
Choix du mode de seacuteparation
En HPLC la seacuteparation peut srsquoeffectuer en phase normale ou en phase inverse En phase
normale la phase stationnaire est constitueacutee de gel de silice tregraves polaire et la phase mobile
utiliseacutee est apolaire La phase normale permet ainsi la reacutetention des composeacutes polaires
Neacuteanmoins la phase normale est aussi appliqueacutee agrave la seacuteparation des hydrocarbures
aromatiques par Wilson et al (2017) avec une phase stationnaire aminopropyl et une phase
mobile composeacutee de 98 de n-hexane et de 2 de dichloromeacutethane (Wilson 2017)
Drsquoautres phases stationnaires avec des groupements fonctionnels cyano- phenyl-
pentabromobenzyl- nitrophenyl- et amino- sont eacutegalement utiliseacutee pour la seacuteparation des
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
76
hydrocarbures aromatiques en phase normale en association avec des meacutelanges hexane et de
meacutethyl tert-butyl eacutether pour la phase mobile (Olsson 2014)
Les phases stationnaires composeacutees de silice greffeacutee avec des chaicircnes lineacuteaires de 8 ou 18
atomes de carbones (C8 et C18) sont utiliseacutee en phase inverse Le greffage du support en
silice conduit agrave une diminution de sa polariteacute ce qui neacutecessite lrsquoutilisation drsquoune phase mobile
polaire La phase inverse est particuliegraverement adapteacutee agrave la reacutetention des composeacutes apolaires
tels que les hydrocarbures Le caractegravere hydrophobe des hydrocarbures aromatiques permet agrave
ces composeacutes drsquoecirctre retenus par des colonnes de type phase inverse
Applications aux hydrocarbures aromatiques
Les colonnes apolaires de type C18 ou Supercosilreg ayant une longueur comprise entre 100 et
250 mm et un diamegravetre interne de 30 agrave 46 mm avec des diamegravetres de particules de 3 agrave 5 microm
sont principalement utiliseacutees pour la seacuteparation des hydrocarbures aromatiques Ces colonnes
sont aussi bien utiliseacutees dans le cas drsquoeacutechantillons environnementaux (sol bois) que
drsquoeacutechantillons alimentaires (viandes fumeacutees fruits et leacutegumes) (Bishnoi 2006 Hollender
2003 Moret 2007 Purcaro 2009 Tuteja 2011)
La seacuteparation des hydrocarbures aromatiques en phase inverse est la plus reacutepandue et utilise
pour la phase mobile des meacutelanges de solvants ayant des polariteacutes diffeacuterentes tels que lrsquoeau
lrsquoaceacutetonitrile et le meacutethanol (tableaux 11 et 13) La creacuteation drsquoun gradient deacutelution au cours
de la seacuteparation gracircce aux variations de polariteacute de la phase mobile permet de modifier la
reacutetention des composeacutes Pour une phase mobile constitueacutee drsquoun meacutelange drsquoeau et
drsquoaceacutetonitrile lrsquoaugmentation de la concentration en aceacutetonitrile au cours de lrsquoeacutelution permet
de diminuer la polariteacute de la phase et donc lrsquoeacutelution des composeacutes plus hydrophobes
1622 Deacutetection apregraves seacuteparation en chromatographie liquide
Les deacutetecteurs les plus souvent associeacutes agrave lrsquoHPLC pour lrsquoanalyse des hydrocarbures
aromatiques sont le deacutetecteur ultraviolet-visible (UV) et le deacutetecteur de fluorescence (FLD) le
deacutetecteur agrave barrette de diodes (DAD) et le spectromegravetre de masse (MS)
16221 Deacutetecteur de fluorescence (FLD)
Le deacutetecteur de fluorescence (FLD) implique lutilisation drsquoun rayonnement de longueur
donde dans lultraviolet ou le visible qui va exciter les groupements fonctionnels de certains
composeacutes Ces derniers vont alors eacutemettre un rayonnement de longueur donde plus eacuteleveacute
appeleacute fluorescence Le principe du FLD est baseacute sur la deacutetection de cette fluorescence
Environ 15 des composeacutes possegravedent une fluorescence naturelle La preacutesence deacutelectrons π
conjugueacutes comme pour les composeacutes aromatiques engendre une importante activiteacute de
fluorescence Lintensiteacute de fluorescence semble de plus augmenter avec le nombre de cycle
aromatique
Applications aux hydrocarbures aromatiques
Le deacutetecteur de fluorescence (FLD) utilise des longueurs drsquoondes speacutecifiques pour deacutetecter de
maniegravere seacutelective les analytes Par exemple le benzo(j)fluoranthegravene et le
benzo(b)fluoranthegravene peuvent ecirctre speacutecifiquement deacutetecteacute par un FLD alors qursquoils ne peuvent
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
77
pas ecirctre diffeacuterencieacutes avec un deacutetecteur agrave ionisation de flamme (FID) Les longueurs drsquoondes
drsquoexcitation utiliseacutees pour les HAP sont geacuteneacuteralement comprises entre 250 et 290 nm et
celles drsquoeacutemission varient entre 330 et 500 nm (Galinaro 2007 Purcaro 2009) En figure 22
extraite des travaux de Purcaro et al (2009) visant agrave deacuteterminer les HAP dans des
eacutechantillons de viandes fumeacutees sont preacutesenteacutes des chromatogrammes obtenus en HPLC-FLD
pour diffeacuterentes longueurs drsquoondes drsquoexcitation et drsquoeacutemission
Le couplage de la chromatographie liquide avec le FLD est freacutequemment utiliseacute pour la
deacutetection des HAP La sensibiliteacute de la deacutetection par fluorescence est 10 agrave 1000 fois
supeacuterieure agrave celle en UV La deacutetection des HAP dans le sol en FLD est jusqursquoagrave 40 fois plus
sensible que la deacutetection UV avec des LOD variant entre 03 et 2 microgkg en HPLC-FLD et de
2 agrave 40 microgkg pour lrsquoHPLC-UV (Criado 2004) Neacuteanmoins les limites de deacutetection avec ces
deux deacutetecteurs (FLD et UV) peuvent ecirctre de mecircme ordre de grandeur pour des composeacutes
particuliers Par exemple la LOD obtenue pour le dibenzo(ah)anthracegravene en HPLC-FLD est
de 017 microgkg ww (Camargo 2003) et la mecircme valeur est retrouveacutee par Ashraf et al (2012)
en HPLC-UV La sensibiliteacute de la deacutetection peut ecirctre ameacutelioreacutee par une concentration plus
importante ou une meilleure purification des eacutechantillons avant la seacuteparation De mecircme
lrsquooptimisation des deacutebits conduit agrave une meilleure efficaciteacute chromatographique
Le couplage de la chromatographie liquide avec le FLD pour la deacutetermination des HAP est
notamment preacuteconiseacute par la norme ISO 22959 2009 Cette norme recommande une analyse
des HAP contenus dans les graisses et les huiles dorigine animale et veacutegeacutetale par
chromatographie complexe (donneur-accepteur drsquoeacutelectron) en ligne associeacutee agrave une
chromatographie liquide agrave hautes performances (HPLC) avec deacutetection par fluorescence
(FLD) Cependant ces meacutethodes indiqueacutees pour les graisses et les huiles (ISO 15753 2006 et
ISO 22959 2009) ne permettent pas de quantifier les composeacutes les plus volatils tels que le
naphtalegravene laceacutenaphtegravene et le fluoregravene et ne peuvent pas ecirctre utiliseacutees pour les huiles de
palme et de grignons dolive en raison drsquointerfeacuterences avec la matrice
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
78
λ longueur drsquoonde en nm
Figure 22 Chromatogrammes obtenus par Purcaro et al (2009) en HPLC-FLD pour des eacutechantillons de viandes fumeacutees contenant des HAP (conditions drsquoexcitation et drsquoeacutemission
preacutesenteacutees dans le tableau)
Na naphtalegravene Ac aceacutenaphtegravene F fluoregravene Pa pheacutenanthregravene A anthracegravene FL fluoranthegravene P pyregravene BaA benzo(a)anthracegravene Ch chrysegravene BbF benzo(b)fluoranthegravene BkF
benzo(k)fluoranthegravene BaP benzo(a)pyregravene DBahA dibenzo(ah)anthracegravene BghiP benzo(ghi)perylegravene IP indeacuteno(123-cd)pyregravene
Conditions A Conditions B
λ excitation λ eacutemission λ excitation λ eacutemission
Na Ac F 250 350 276 330
Pa 250 350 250 366
A 250 390 250 402
Fl 270 460 270 470
P 270 390 240 386
BaA Ch 290 404 270 390
BbF 290 410 260 430
BkF BaP 290 410 256 410
DBahA 290 390 290 410
BghiP 290 470 290 410
IP 290 470 290 484
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
79
16222 Deacutetecteur ultraviolet-visible (UV)
Le deacutetecteur ultraviolet-visible (UV) est un deacutetecteur spectrophotomeacutetrique baseacute sur
lrsquoabsorption dans le domaine de longueurs drsquoonde appartenant agrave lrsquoUV et au visible Le
principe de cette meacutethode reacuteside sur la capaciteacute des composeacutes agrave absorber la lumiegravere eacutemise agrave
une longueur drsquoonde fixe La deacutetection est baseacutee sur la loi de Beer-Lambert Le deacutetecteur
donne pour chaque composeacute une valeur drsquoabsorbance qui est proportionnelle agrave la
concentration Lrsquointensiteacute de lrsquoabsorption est deacutependante du coefficient drsquoabsorption molaire
de chaque composeacute La deacutetection UV concerne donc principalement les composeacutes ayant un
coefficient dabsorption molaire et une constante dieacutelectrique eacuteleveacutes
Applications aux hydrocarbures aromatiques
Bien que la deacutetection UV soit moins sensible que celle par FLD elle reste neacutecessaire agrave la
deacutetection de certains HAP non fluorescents comme le cyclopenta(cd)pyregravene (CPcdP) (Plaza-
Bolantildeos 2010 Simon 2008 Purcaro 2013)
La deacutetection UV coupleacutee agrave la HPLC est par exemple utiliseacutee pour la deacutetection de 16 HAP en
concentrations infeacuterieures agrave 200 microgkg dw dans des eacutechantillons de fruits et de leacutegumes
(Bishnoi 2006 Tuteja 2011)
16223 Deacutetecteur agrave barrettes de diodes (DAD)
Le deacutetecteur agrave barrettes de diodes (DAD) est eacutegalement un deacutetecteur drsquoabsorption
spectrophotomeacutetrique baseacute sur le mecircme principe que le deacutetecteur UV et permet drsquoacceacuteder agrave
lrsquoensemble du spectre UV-visible La source polychromatique est geacuteneacuteralement constitueacutee
drsquoune lampe au deuteacuterium pour le proche UV (190-350 nm) et une lampe tungstegravene pour le
visible (400-700nm) La deacutetection srsquoeffectue agrave plusieurs longueurs drsquoonde et permet de
connaicirctre lrsquoabsorbance moyenne sur un intervalle de longueurs drsquoonde
Applications aux hydrocarbures aromatiques
Le DAD est utiliseacute pour lanalyse qualitative et quantitative des HAP dans de nombreux
eacutechantillons tels que le sol lrsquoeau les boues drsquoeacutepuration ou encore les compleacutements
alimentaires Le DAD est par exemple utiliseacute en seacuterie avec un FLD pour permettre la
deacutetection des HAP dans des eacutechantillons de sols (Hollender 2003)
La deacutetection des HAP avec le DAD reste moins sensible qursquoavec la FLD ou la MS en
particulier pour laceacutenaphthylegravene lrsquoaceacutenaphthegravene lrsquoanthracegravene le pyregravene le
benzo(a)anthracegravene le benzo(k)fluoranthegravene le benzo(a)pyregravene le benzo(ghi)perylegravene
lrsquoindeacuteno(123-cd)pyregravene et le dibenzo(ah)anthracegravene (Gonzaacutelez-Pintildeuela 2006)
16224 Spectromegravetre de masse (MS)
Le premier spectromegravetre de masse (appeleacute spectrographe de parabole) a eacuteteacute eacutelaboreacute par JJ
Thomson au cours de la premiegravere deacutecennie du 20egraveme siegravecle Cet instrument a permis de
geacuteneacuterer des ions qui traversent des champs eacutelectrique et magneacutetique (analyseur agrave secteur
magneacutetique simple focalisation) avec une trajectoire plus ou moins courbeacutee en fonction de
leur rapport masse sur charge La deacutetection des ions est ensuite reacutealiseacutee sur un eacutecran
fluorescent ou une plaque photographique
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
80
La spectromeacutetrie de masse est donc une technique permettant de deacutetecter et didentifier une
moleacutecule ou une association de moleacutecules par mesure de masse Le principe de la
spectromeacutetrie de masse reacuteside dans la deacutetection de moleacutecules chargeacutees (ions) en fonction de
leur rapport massecharge (mz)
Le spectromegravetre de masse (MS) se divise en 3 parties la source drsquoion qui permet la
production drsquoions en phase gazeuse agrave partir drsquoeacutechantillons solides liquides ou gazeux
lrsquoanalyseur de masse et le deacutetecteur qui amplifie et enregistre le signal geacuteneacutereacute par les ions
Cette technique peut ecirctre coupleacutee avec les meacutethodes seacuteparatives de chromatographie en phase
liquide ou gazeuse et permet de reacutealiser des analyses qualitatives et quantitatives
La LC-MS est largement utiliseacutee pour lrsquoanalyse de composeacutes polaires qui sont geacuteneacuteralement
non-volatils et thermolabils Neacuteanmoins lrsquoapplication de la LC-MS agrave lrsquoanalyse de composeacutes
apolaires tend agrave se deacutevelopper La LC-MS est notamment utile pour lrsquoanalyse de certains
composeacutes apolaires comme les HAP de masse moleacuteculaire supeacuterieure agrave 300 gmol dont la
deacutetection est difficile en GC-MS en raison de leur faible volatiliteacute (Hayen 2003 Song
2011)
Les principales sources drsquoionisation utiliseacutees en LC-MS sont des sources mettant en œuvre la
deacutesolvatation-neacutebulisation agrave pression atmospheacuterique (API) Ces sources sont lrsquoeacutelectrospray
(ESI) lrsquoionisation chimique agrave pression atmospheacuterique (APCI) et la photoionisation agrave pression
atmospheacuterique (APPI)
Lorsqursquoelles sont sous forme ioniseacutees les moleacutecules doivent encore ecirctre deacutetecteacutees Les
analyseurs de masse utiliseacutes pour la deacutetection des hydrocarbures aromatiques sous forme
ioniseacutee lors du couplage avec la HPLC sont lrsquoanalyseur de temps de vol (TOF) lrsquoorbitrap
lrsquoanalyseur agrave secteur magneacutetique ou encore la reacutesonance cyclotronique ionique par
transformeacutee de Fourier La FT-ICR permet la deacutetection des HAP agrave partir de matrices
complexes gracircce agrave sa capaciteacute agrave diffeacuterencier des ions multiples avec une mecircme masse
nominale (Rummel 2010) Cette technologie coucircteuse permet drsquoobtenir les meilleures
reacutesolutions en masse
1623 Seacuteparation par chromatographie en phase gazeuse
La chromatographie en phase gazeuse est apparue en 1952 gracircce aux travaux de Martin et
Synge en Angleterre et de Berton en France Cette technique chromatographique consiste agrave
seacuteparer des composeacutes volatils selon leur affiniteacute avec une phase stationnaire La phase mobile
permettant drsquoentraicircner les composeacutes vers le deacutetecteur est un gaz de faible viscositeacute
geacuteneacuteralement de lazote de lhydrogegravene ou de lheacutelium
16231 Modes drsquoinjection en chromatographie en phase gazeuse
En GC le mode drsquoinjection le plus reacutepandu est lrsquoinjection splitsplitless (avec ou sans
division) Le mode split (division) permet que seule une faible fraction de lrsquoeacutechantillon injecteacute
soit introduite dans la colonne Le split correspond agrave un ratio entre la partie injecteacutee dans la
colonne et celle qui est eacutevacueacutee de lappareil Lrsquoutilisation du diviseur de flux (split) permet
lrsquoinjection de tregraves faibles volumes afin drsquoeacuteviter la saturation de la colonne
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
81
Le mode splitless permet le passage de la totaliteacute de lrsquoeacutechantillon injecteacute dans la colonne il
est donc souvent utiliseacute lors de lrsquoanalyse de traces
Applications aux hydrocarbures aromatiques
Les hydrocarbures aromatiques eacutetant geacuteneacuteralement preacutesent en tregraves faibles quantiteacutes dans les
eacutechantillons environnementaux et alimentaires les injections en GC sont principalement
reacutealiseacutees en mode splitless (Doong 2000 Gilbert-Loacutepez 2010 Goacuterna-Binkul 1996
Rozentale 2017 Wu 2016)
Drsquoautres modes drsquoinjection existent comme la vaporisation par tempeacuterature programmeacutee
(PTV) lrsquoinjection directe agrave froid dans la colonne (on-column) ou encore lrsquoinjection agrave large
volume (LVI) qui reste rarement utiliseacutee malgreacute lrsquoameacutelioration de sensibiliteacute qursquoelle procure
(Veyrand 2007) Certains modes peuvent ecirctre combineacutes par exemple lrsquoutilisation de PTV et
LVI permet drsquoaugmenter la sensibiliteacute surtout pour les eacutechantillons environnementaux et les
aliments (Goacutemez-Ruiz 2009a)
16232 Colonnes et phases stationnaires en chromatographie en
phase gazeuse
En GC la seacuteparation des analytes est quasi-exclusivement reacutealiseacutee au moyen de colonnes
capillaires
Les colonnes capillaires sont geacuteneacuteralement constitueacutees de quartz fondu (silice tregraves pure) et
entoureacutees dune gaine de polymegravere souple Elles mesurent entre 10 et 100 m de longueur et
leur diamegravetre interne varie de 010 agrave 1 mm La phase stationnaire drsquoeacutepaisseur comprise entre
005 et 5 microm est greffeacutee sur les parois de la colonne
Le type de greffage appliqueacute agrave la phase stationnaire est susceptible de modifier la polariteacute de
la colonne Les phases stationnaires peu polaires possegravedent un squelette agrave base de
polysiloxane Les moins polaires drsquoentre elles sont constitueacutees agrave 100 de dimeacutethylsiloxane
elles sont retrouveacutees sous le nom de DB-1 OV101 SE-30 selon les fournisseurs La
seacuteparation des analytes est globalement reacutealiseacutee selon un ordre croissant des tempeacuteratures
drsquoeacutebullition des analytes Lrsquoapport de groupement pheacutenyl augmente sensiblement la polariteacute
en modifiant les caracteacuteristiques de reacutetention Les plus courantes pour la seacuteparation des
hydrocarbures aromatiques sont de type 95 meacutethyl ndash 5 pheacutenyl polysiloxane (DB5 HP-5
hellip) Le greffage au moyen de groupements cyanopropyl confegravere une polariteacute relativement
importante agrave la phase stationnaire Les phases de polariteacute importante sont geacuteneacuteralement
constitueacutees de polyeacutethylegraveneglycol (DB 20 Carbowax hellip) elles permettent des seacuteparations
drsquoanalytes possegravedant de grandes diffeacuterences de polariteacute mais sont aussi reconnues pour leur
faible reacutesistance aux tempeacuteratures eacuteleveacutees (250 degC)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
82
Applications aux hydrocarbures aromatiques
La GC est particuliegraverement adapteacutee agrave la seacuteparation des hydrocarbures aromatiques qui sont
des composeacutes volatils La norme ISO11423-11997 propose notamment lrsquoutilisation de la
chromatographie en phase gazeuse pour lrsquoanalyse du benzegravene du toluegravene des xylegravenes et de
leacutethylbenzegravene dans des eacutechantillons deau
La GC offre une meilleure reacutesolution une plus grande seacutelectiviteacute et sensibiliteacute compareacutee agrave la
HPLC vis agrave vis des composeacutes organiques volatils et semi-volatils preacutesents sous forme de
traces dans les eacutechantillons environnementaux biologiques et alimentaires (Goacutemez-Ruiz
2009b) Cette technique permet notamment lrsquoanalyse de HAP non fluorescents comme le
cyclopenta(cd)pyregravene (CPcdP) ou drsquoautres ayant une faible fluorescence tels que le
naphtalegravene (NPH) lrsquoaceacutenaphtylegravene (ACY) lrsquoaceacutenaphthegravene (ACP) et le fluoregravene (FLR)
(Plaza-Bolantildeos 2010 Purcaro 2013) Neacuteanmoins lrsquoHPLC reste plus adapteacutee agrave lrsquoanalyse des
HAP les plus lourds preacutesentant une faible volatiliteacute
Choix de la phase stationnaire
Pour la seacuteparation de contaminants organiques comme les HAP et drsquoautres reacutesidus agrave lrsquoeacutetat de
traces les colonnes les plus freacutequemment utiliseacutees contiennent une phase stationnaire avec
5 pheacutenyl-95 meacutethylpolysiloxane (type DB-5 HP-5 hellip) (Plaza-Bolantildeos 2010) La faible
polariteacute de cette phase stationnaire permet une seacuteparation approprieacutee des HAP qui possegravedent
une large gamme de tempeacuterature de vaporisation De plus les colonnes dont les phases
stationnaires sont composeacutees de polysiloxane engendrent un bruit de fond faible mecircme lors de
lrsquoutilisation de tempeacuteratures eacuteleveacutees (gt 300 degC) ou de deacutetecteurs peu seacutelectifs tels que le
deacutetecteur agrave ionisation de flamme (FID) Neacuteanmoins des temps drsquoanalyses longs sont souvent
neacutecessaires pour obtenir une seacuteparation des HAP ayant des masses moleacuteculaires eacuteleveacutees
Lrsquointeraction forte de ces composeacutes tregraves hydrophobes tels que le dibenzopyregravene avec la
phase stationnaire apolaire provoque lrsquoeacutelargissement des pics et donc des problegravemes de
sensibiliteacute
Selon le choix de la colonne par exemple avec une colonne 5 pheacutenyl-95
meacutethylpolysiloxane (type DB-5 HP-5 hellip) la seacuteparation de certains HAP isomegraveres de HAP
lourds peut srsquoaveacuterer difficile car les pics se chevauchent et ne peuvent pas ecirctre reacutesolu par
spectromeacutetrie de masse (Goacutemez-Ruiz 2009b Purcaro 2013)
Cinq groupes de HAP preacutesentent ces problegravemes de reacutesolutions ce sont (Plaza-Bolantildeos 2010
Purcaro 2013)
- le dibenzo(ah)anthracegravene (DBahA) et lrsquoindeacuteno(123-cd)pyregravene (IP)
- le benzo(b)fluoranthegravene (BbFA) le benzo(j)fluoranthegravene (BjFA) et le
benzo(k)fluoranthegravene (BkFA)
- le cyclopenta(cd)pyregravene (CPcdP) le benzo(a)anthracegravene (BaA) et le chrysegravene (CHR)
- le chrysegravene (CHR) et le tripheacutenylegravene
- le dibenzo(ac)anthracegravene et le dibenzo(ah)anthracegravene (DBahA)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
83
Figure 23 Chromatogramme obtenus par chromatographie en phase gazeuse preacutesentant la seacuteparation du
benzo(b)fluoranthegravene (BbF) du benzo(j)fluoranthegravene (BjF) et du benzo(k)fluoranthegravene (BkF) avec trois phases
stationnaires diffeacuterentes (a) Colonne Optimareg δ-6 (longueur 30 m 025 mm id eacutepaisseur de film 025 μm) (b)
colonne DB-5MS (60 m 025 mm id 025 μm) (c) colonne DB-17MS (60 m 025 mm id 025 μm) (Goacutemez-Ruiz
2009b)
Lrsquoutilisation drsquoune colonne 50 phenyl-50 methylpolysiloxane (de type DB-17 HP-17 hellip)
plus polaire que la phase stationnaire 5 pheacutenyl-95 meacutethylpolysiloxane permet de reacutesoudre
quelques problegravemes de co-eacutelution pour les trois premiers groupes preacuteceacutedemment citeacutes (figure
23) Le chrysegravene et le tripheacutenylegravene peuvent ecirctre seacutepareacutes aussi gracircce agrave une phase stationnaire
de type DB-XLB non polaire mais ce type de colonne nrsquoest pas adapteacute agrave la quantification de
lrsquoensemble des HAP Les problegravemes de co-eacutelution peuvent eacutegalement ecirctre reacutesolus par
chromatographie gazeuse bidimensionnelle (GCxGC) par lrsquoutilisation de deux colonnes de
polariteacutes diffeacuterentes Lrsquoassociation drsquoune phase stationnaire de type DB-5 et drsquoune autre de
polariteacute moyenne (type DB-17 HP-17 hellip) a eacuteteacute utiliseacutee pour lrsquoanalyse des HAP dans les
seacutediments et a permis de seacuteparer certains composeacutes co-eacutelueacutes sur la premiegravere phase
stationnaire excepteacute pour ceux du quatriegraveme groupe (Pena-Abaurrea 2012)
1624 Deacutetection apregraves seacuteparation par chromatographie en phase gazeuse
Suite agrave la seacuteparation en GC les hydrocarbures aromatiques vont pouvoir ecirctre deacutetecteacutes Les
deux principaux deacutetecteurs coupleacutes agrave la GC sont dans ce cas le deacutetecteur agrave ionisation de
flamme (FID) et le spectromegravetre de masse
16241 Deacutetecteur agrave ionisation de flamme (FID)
Le deacutetecteur agrave ionisation de flamme (FID) utilise une flamme hydrogegravene-air pour brucircler les
effluents agrave la sortie de la colonne Les ions produits par la combustion des composeacutes
organiques sont ensuite collecteacutes par une eacutelectrode Les gaz et les composeacutes inorganiques tels
que H2O ou NH3 ne sont pas deacutetecteacutes par FID
Applications aux hydrocarbures aromatiques
Le FID peut ecirctre utiliseacute pour lrsquoanalyse des hydrocarbures aromatiques il est notamment
appliqueacute agrave la deacutetection de HAP dans des eacutechantillons environnementaux et alimentaires Le
FID permet drsquoobtenir des limites de deacutetection (LOD) comprises entre 004 et 232 microgkg pour
des radis et entre 006 et 050 microgL pour des eacutechantillons aqueux (Coelho 2008 Lei 2011)
La GC-FID est eacutegalement utiliseacutee pour la deacutetermination des BTEX agrave partir drsquoeacutechantillons de
sols avec des LOD infeacuterieures agrave 1 ng (Ezquerro 2004)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
84
16242 Spectromeacutetrie de masse (MS)
La spectromeacutetrie de masse a eacuteteacute coupleacutee pour la premiegravere fois agrave la chromatographie en phase
gazeuse en 1950 gracircce aux travaux de Roland Gohlke et Fred McLafferty Diffeacuterents modes
drsquoionisation et deacutetecteurs preacutesenteacutes ci-apregraves peuvent ecirctre utiliseacutes lors du couplage de la
chromatographie en phase gazeuse avec le spectromegravetre de masse
La deacutetection en masse donne des reacutesultats plus seacutelectifs et geacuteneacuteralement plus sensibles
qursquoavec une deacutetection par ionisation de flamme (FID) Dans les eacutechantillons drsquoeau la
sensibiliteacute de la deacutetection du chrysegravene est multiplieacutee par 8 en GC-MS (003 ngmL) par
rapport agrave celle observeacutee en GC-FID (024 ngmL) (Doong et al 2000) Neacuteanmoins
lrsquoextraction HS-SPME des HAP jusqursquoagrave 202 gmol permet drsquoobtenir en GC-FID de faibles
LOD (011 microgkg ww) qui ne sont pas significativement diffeacuterentes de celles rencontreacutees
pour des eacutetudes utilisant la GC-MS (Lei 2011) Des reacutesultats similaires sont observeacutes pour les
HAP leacutegers dans des eacutechantillons drsquoeau Les LOD obtenues pour le naphtalegravene
lrsquoaceacutenaphtylegravene lrsquoaceacutenaphtegravene et le fluoregravene avec le FID (008-021 ngmL) ne sont pas
significativement diffeacuterentes de celles trouveacutees avec la MS (007-027 ngmL) ce qui est
probablement ducirc agrave lrsquoextraction seacutelective reacutealiseacutee en amont par HS-SPME (Doong et al 2000)
Neacuteanmoins la sensibiliteacute de la deacutetection en masse peut ecirctre ameacutelioreacutee par lutilisation du
mode de seacutelection drsquoion (SIM single ion monitoring) de lanalyseur de masse En mode SIM
la deacutetection est limiteacutee agrave des ratios massecharge preacutealablement seacutelectionneacutes et non agrave une
deacutetection de lrsquoensemble des spectres de masse ce qui permet drsquoameacuteliorer la sensibiliteacute de la
deacutetection Les eacutetudes meneacutees en GC-MS sur les hydrocarbures aromatiques met en œuvre
pour la plupart le mode SIM (Camargo 2003 Goacuterna-Binkul 1996 Norlock 2002)
162421 Modes drsquoionisation lors du couplage avec la
chromatographie en phase gazeuse
Les principales sources drsquoionisation utiliseacutees en GC-MS sont des sources mettant en œuvre
lrsquoionisation eacutelectronique (EI) et lrsquoionisation chimique (CI)
1624211 Ionisation eacutelectronique (EI)
Lrsquoionisation eacutelectronique (EI) a eacuteteacute inventeacutee par Dempster en 1918 et a eacuteteacute la premiegravere source
drsquoions utiliseacutee en spectromeacutetrie de masse Lionisation des moleacutecules srsquoeffectue dans une
chambre maintenue sous vide drsquoair Un filament (rheacutenium ou tungstegravene) eacutemet des eacutelectrons
qui sont ensuite mis en mouvement vers une anode par lrsquoapplication dune diffeacuterence de
potentiel (5 agrave 100 V) Cette diffeacuterence de potentiel est fixeacutee pour la plupart des sources
drsquoionisation eacutelectronique agrave 70 V (eacutenergie des eacutelectrons agrave 70 eV) afin de produire des
fragmentations en masse reproductibles
Applications aux hydrocarbures aromatiques
Lrsquoionisation par impact eacutelectronique (EI) est la meacutethode la plus reacutepandue pour les
hydrocarbures aromatiques LrsquoEI est notamment appliqueacutee agrave lrsquoionisation des HAP et des
BTEX dans des matrices environnementales et alimentaires (Gilbert-Loacutepez 2010 Norlock
2002 Rodil 2007)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
85
1624212 Ionisation chimique (CI)
Lrsquoionisation chimique (CI) a eacuteteacute observeacutee pour la premiegravere fois par Thomson en 1913 mais la
source drsquoions par ionisation chimique nrsquoa eacuteteacute deacuteveloppeacutee qursquoagrave partir de 1966 par Field
Lrsquoionisation chimique utilise un impact eacutelectronique pour ioniser un gaz reacuteactif tel que le
meacutethane le butane lrsquoammoniac ou un liquide reacuteactif tel que le meacutethanol lrsquoaceacutetonitrile ou le
dichloromeacutethane Les moleacutecules ainsi ioniseacutees vont ensuite pouvoir eacutechanger des charges
avec les analytes preacutesents dans la source Lrsquoionisation chimique est une meacutethode drsquoionisation
douce qui geacutenegravere principalement des cations pseudo-moleacuteculaire
Applications aux hydrocarbures aromatiques
Lrsquoionisation chimique peut srsquoappliquer aux hydrocarbures aromatiques avec des ions positifs
ou neacutegatifs Le mode positif de lrsquoionisation chimique est utiliseacute pour les HAP dans des
eacutechantillons de poisson fumeacute avec lammoniac comme gaz reacuteactif Cependant cette meacutethode
ne permet pas de discerner le benzo(b)fluoranthegravene du benzo(k)fluoranthegravene (Yurchenko
2005) Le mode neacutegatif de lrsquoionisation chimique utilisant le meacutethane comme gaz reacuteactif est
appliqueacute aux HAP dans des extraits de cendres La diffeacuterenciation drsquoisomegraveres tels que le
benzo(a)pyregravene et le benzo(e)pyregravene ou le fluoranthegravene et le pyregravene est impossible au moyen
de cette meacutethode (Low 1986)
162422 Analyseurs de masse mis en œuvre lors du couplage avec la
chromatographie en phase gazeuse
Les analyseurs de masse les plus utiliseacutes lors du couplage avec la GC sont le quadripocircle (Q)
le triple quadripocircle (QqQ) et la trappe ionique (IT)
1624221 Quadripocircle
Le principe du quadripocircle a eacuteteacute preacutesenteacute pour la premiegravere fois par Paul et Steinwedel dans les
anneacutees 1950 Lrsquoanalyseur quadripolaire est constitueacute de quatre eacutelectrodes soumises agrave un
potentiel afin de creacuteer une diffeacuterence de potentiel entre les 2 paires deacutelectrodes Seuls les ions
ayant une trajectoire stable dans le champ eacutelectrostatique quadripolaire peuvent progresser
jusqursquoagrave lrsquoanalyseur et ecirctre deacutetecteacutes Le principe du quadripocircle est eacutegalement utiliseacute dans le cas
des analyseurs de masse de type triple quadripocircle et trappe ionique
Applications aux hydrocarbures aromatiques
Le quadripocircle (Q) est un analyseur tregraves utiliseacute pour lrsquoanalyse des HAP et BTEX dans diverses
matrices alimentaires et environnementales (Benet 2015 Burkhardt 2005 Camargo 2003
Goacuterna-Binkul 1996)
1624222 Triple quadripocircle et trappe ionique
Les analyseurs de type triple quadripocircle (QqQ) et trappe ionique (IT) utilisent le mecircme
principe que le quadripocircle (Q) De plus une eacutetude bibliographique indique qursquoaucune
diffeacuterence significative entre les performances des analyseurs Q QqQ et IT nrsquoa pu ecirctre
montreacutee pour les HAP avec des limites de deacutetections geacuteneacuteralement infeacuterieures au ppb (Plaza-
Bolantildeos 2010)
Chapitre 1 Introduction Bibliographique
86
163 Bilan sur les meacutethodes drsquoextraction et drsquoanalyse des hydrocarbures
aromatiques pour les fruits et les leacutegumes
En raison des diffeacuterences de volatiliteacute et de solubiliteacute entre hydrocarbures aromatiques des
proceacutedures diffeacuterencieacutees drsquoextraction sont geacuteneacuteralement mises en œuvre pour pouvoir
deacuteterminer drsquoun cocircteacute les hydrocarbures aromatiques les plus leacutegers et drsquoun autre cocircteacute les
hydrocarbures aromatiques les moins volatils
Pour lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques polycycliques (semi-volatils) la meacutethode la
plus reacutepandue pour les fruits et les leacutegumes est le soxhlet Neacuteanmoins les techniques
drsquoextraction par solvant assisteacutees par les ultrasons (UAE) la pression (PLE) ou les micro-
ondes (MAE) sont eacutegalement tregraves utiliseacutees Une eacutetape de purification par extraction sur phase
solide (SPE) ou par chromatographie drsquoexclusion est souvent appliqueacutee suite agrave ces techniques
drsquoextraction par solvant afin drsquoen ameacuteliorer la seacutelectiviteacute Les volumes de solvant des extraits
sont ensuite geacuteneacuteralement reacuteduits par eacutevaporation gracircce agrave un flux drsquoazote ou par lrsquoutilisation
drsquoun eacutevaporateur rotatif afin de gagner en sensibiliteacute Cette eacutetape permettant de concentrer
lrsquoextrait en composeacutes drsquointeacuterecirct est freacutequemment appliqueacutee dans le cas des fruits et des
leacutegumes en raison de la faible preacutesence en hydrocarbures aromatiques dans ces matrices Les
proceacutedures drsquoextraction par solvants sont donc susceptibles de comprendre de nombreuses
eacutetapes et les conditions mises en jeu lors de lrsquoeacutevaporation des solvants sont peu favorables aux
composeacutes tels que les BTEX dont la volatiliteacute est supeacuterieure agrave celles des composeacutes
polycycliques
Lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques monocycliques met geacuteneacuteralement en œuvre un
support drsquoextraction miniaturiseacute pour lequel les proceacutedures drsquoextraction sont directes voire
automatisables et ne neacutecessitent pas ou tregraves peu de solvant et de preacuteparation drsquoeacutechantillon La
plupart de ces proceacutedures appliqueacutees agrave lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques
monocycliques utilisent lrsquoespace de tecircte (HS) de lrsquoeacutechantillon La micro-extraction en phase
solide dans lrsquoexpace de tecircte (HS-SPME) semble ecirctre la meacutethode la plus freacutequemment
appliqueacutee pour la reacutecupeacuteration des hydrocarbures aromatiques monocycliques mecircme si tregraves
peu drsquoexemples drsquoextraction de ces composeacutes agrave partir de fruits et de leacutegumes sont disponibles
dans la litteacuterature
Lrsquoanalyse de faibles quantiteacutes drsquohydrocarbures aromatiques requiert en aval de la proceacutedure
drsquoextraction des systegravemes de seacuteparation et de deacutetection sensibles et reacutesolutifs Les techniques
seacuteparatives les plus freacutequemment utiliseacutees pour une seacuteparation efficace des hydrocarbures
aromatiques sont les chromatographies en phase liquide (HPLC) et gazeuse (GC) Le
couplage de la chromatographie liquide agrave hautes performances avec le deacutetecteur de
fluorescence (HPLC-FLD) ou le deacutetecteur ultraviolet visible (HPLC-UV) et celui de la
chromatographie en phase gazeuse avec le spectromegravetre de masse (GC-MS) sont
principalement appliqueacutes pour la deacutetermination des hydrocarbures aromatiques extraits agrave
partir drsquoeacutechantillons de fruits et de leacutegumes
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
87
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
Les hydrocarbures aromatiques sont des composeacutes ubiquitaires pouvant peacuteneacutetrer dans
lrsquoorganisme par lrsquoensemble des voies drsquoexposition cutaneacutee respiratoire et alimentaire Les
effets neacutefastes de ces composeacutes sur la santeacute humaine via leur inhalation sont bien reconnus
Neacuteanmoins chez lrsquoHomme il existe peu drsquoinformation sur leur impact par voie alimentaire
Pourtant pour les non-fumeurs la principale source drsquoexposition aux hydrocarbures
aromatiques est lrsquoalimentation (figure 24)
Pour ce travail de thegravese la pomme a eacuteteacute seacutelectionneacutee comme aliment drsquoeacutetude La premiegravere
partie de ce chapitre 2 a pour but drsquoexpliquer ce choix agrave travers la preacutesentation de cette
matrice Lrsquoenvironnement des vergers normands est ensuite deacutecrit Enfin la troisiegraveme partie
de deacutefinir les objectifs de lrsquoeacutetude
21 La pomme Preacutesentation et inteacuterecircts agricole et eacuteconomique
La pomme est lun des fruits les plus consommeacutes dans le monde apregraves les agrumes et la
banane (Jaacutenskaacute 2006 Planestoscope 2012) La reacutecolte mondiale de pommes srsquoeacutelegraveve agrave
environ 64 millions de tonnes chaque anneacutee dont 17 millions en France ougrave plus de 400
varieacuteteacutes sont repreacutesenteacutees (Planestoscope 2012) La consommation drsquoun foyer franccedilais est
estimeacutee agrave 18 kg par an soit 203 de part de marcheacute en volume contre 146 pour les
bananes et 124 pour les oranges (lapommeorg) Malgreacute la diminution de la surface des
vergers de pommiers (figure 25) qui est passeacutee de 61 000 hectares en 1992 agrave moins de 44 000
en 2012 avec environ 8000 exploitations de pomiculture la France reste le troisiegraveme
producteur europeacuteen de pommes derriegravere la Pologne et lItalie (lapommeorg)
Figure 24 Diagrammes repreacutesentant les principales sources de contamination aux HAP ( benzo(a)anthracegravene
chrysegravene benzo(b)fluoranthegravene benzo(k)fluoranthegravene benzo(a)pyregravene indeacuteno(l23-cd)pyregravene
dibenzo(ah)anthracegravene benzo(ghi)perylegravene) chez lrsquoHomme (Menzie 1992)
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
88
Figure 25 Evolution de la surface deacutedieacutee aux vergers de pommiers et de la quantiteacute de pommes produites en France
entre 1994 et 2014 (source Food and Agriculture Organization of the United Nations)
Les pommes notamment destineacutees agrave une consommation directe sont appeleacutees pommes agrave
couteau pomme de table ou pommes de bouche Les principales reacutegions productrices de ce
type de pommes sont preacutesenteacutees en figure 26 sur laquelle est eacutegalement indiqueacute le tonnage
reacutecolteacute par reacutegion La reacutegion Provence-Alpes-Cocircte drsquoAzur (PACA) est la premiegravere reacutegion
productrice de pomme de table en France avec 3902 milliers de tonnes en 2014
Figure 26 Quantiteacute de pommes de table (en milliers de tonnes) reacutecolteacutee par les principales reacutegions productrices
franccedilaise en 2014 (Source Agreste France AgriMer)
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
89
Gracircce aux diffeacuterents types de climats de nombreuses varieacuteteacutes de pommes de table sont
cultiveacutees en France La varieacuteteacute la plus reacutepandue en France est la pomme Golden avec 474
milliers de tonnes de fruits reacutecolteacutes en 2015 (tableau 14 lapommeorg congregraves Prognosfruit
2016)
Tableau 14 Quantiteacute de pommes de bouche reacutecolteacutees par varieacuteteacutes en France en 2015
Varieacuteteacutes
Reacutecolte 2015
(nombre de fruits en
tonnes)
Ariane 21 000
Belchard 54 000
Boskoop 16 000
Braeburn 87 000
Cameacuteo 1 000
Canada 48 000
Choupette 4 000
Elstar 27 000
Fuji 69 000
Gala 322 000
Golden 474 000
Goldrush Delisdor 7 000
Granny 162 000
Honey Crunch 16 000
Idared 6 000
Jazz 19 000
Jonagold 44 000
Joya 6 000
Pink Lady 144 000
Reine des Reinettes 18 000
Rouges 55 000
Rubinette 5 000
Tentation 6 000
Autres 63 000
TOTAL 1 674 000 Source lapommeorg (congregraves Prognosfruit 2016)
La France est le premier pays producteur au monde de pommes destineacutees agrave la production de
cidre (Planestoscope 2012) La production de pommes agrave cidre en France eacutequivaut chaque
anneacutee agrave un tonnage de lrsquoordre de 700 agrave 800 000 tonnes de fruits (environ 13 de la production
franccedilaise de pommes) La majoriteacute des pommes agrave cidre franccedilaises provient de lrsquoex-Basse-
Normandie qui en produit entre 300 et 350 000 tonnes chaque anneacutee En 2014 lrsquoex-Basse-
Normandie eacutetait la premiegravere reacutegion productrice de pomme agrave cidre (39 ) devant la Bretagne
(19 ) et les Pays de Loire (17 ) (source la pomme agrave cidre)
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
90
211 La pomme Un produit agricole local
Le territoire normand est largement valoriseacute par lrsquoagriculture Les productions maraicircchegraveres y
sont particuliegraverement deacuteveloppeacutees puisque la Manche eacutetait en 2006 le deuxiegraveme deacutepartement
franccedilais producteur de poireaux et la troisiegraveme en ce qui concerne les carottes (Agreste 2006)
Lrsquoex-Basse-Normandie est eacutegalement la premiegravere reacutegion en France pour la production de
pommes cidricoles Les vergers bas-normands repreacutesentaient en 2010 environ 40 de la
surface deacutedieacutee aux pommiers agrave cidre agrave basse tige en France (Agreste 2014) En Normandie
les vergers de pommiers sont implanteacutes sur 7 400 hectares et la majoriteacute est deacutedieacutee aux
produits cidricoles (recensement agricole 2010) Le Calvados et lrsquoOrne comptent pour plus de
la moitieacute des vergers cidricoles normands (Agreste 2014)
Deux types de pommiers agrave cidre sont repreacutesenteacutes dans les vergers les pommiers agrave haute tige
et les pommiers agrave basse tige Les plantations de pommiers agrave basse-tige tendent agrave se
deacutevelopper En 2010 dans lrsquoex-Basse-Normandie les vergers basse tige eacutetaient implanteacutes sur
5240 hectares reacutepartis en 1287 exploitations (Agreste 2014) Les pommiers basse tige
donnent 30 agrave 80 kg de pommes agrave cidre chacun 122 000 tonnes de fruits agrave cidre provenant de
vergers basse-tige ont eacuteteacute produits en 2015 en Normandie ce qui repreacutesente environ 50 de
leur production en France (Chambre drsquoagriculture Normandie 2017)
Les varieacuteteacutes de pommes agrave cidre implanteacutees en Normandie sont nombreuses Un arrecircteacute datant
du 16 Juin 1958 fixe les varieacuteteacutes de pommes recommandeacutees pour les productions cidricoles en
Normandie en Bretagne et en Maine Les varieacuteteacutes recommandeacutees dans le Calvados la
Manche et lrsquoOrne sont reprises dans le tableau 15 Certaines de ces varieacuteteacutes sont
recommandeacutees pour lrsquoobtention de lappellation dorigine laquo Cidre Cotentin raquo dont le cahier
des charges (arrecircteacute du 14 octobre 2016) eacutetablit que les varieacuteteacutes principales du verger (au
minimum 60 de la surface) soient les varieacuteteacutes Belle fille de la Manche Binet Rouge Bois
Jingant Cartigny Closette Feuillard Gros amer Marin Onfroy Peau de Chien Petit amer
Rouge de Cantepie Sans Pareille Tapin Tecircte de Brebis et Taureau (arrecircteacute du 14 octobre
2016 relatif agrave lappellation dorigine controcircleacutee laquo Cidre Cotentin raquo laquo Cotentin raquo Bulletin
officiel du Ministegravere de lagriculture de lagroalimentaire et de la forecirct ndeg 44-2016)
Plusieurs varieacuteteacutes sont cultiveacutees en fonction du type de cidre souhaiteacute Par exemple un cidre
aciduleacute neacutecessite 0 agrave 10 de pommes amegraveres 30 de pommes douce-amegraveres 30 agrave 40 de
pommes douces et 30 de pommes aciduleacutees (CIDREF)
Tableau 15 Varieacuteteacutes de pommiers agrave cidre recommandeacutees dans le Calvados la Manche et lrsquoOrne par lrsquoarrecircteacute du 16
juin 1958 du Ministegravere de lrsquoAgriculture
Varieacuteteacutes Saveur Calvados Manche Orne
Premiegravere saison de maturiteacute
Belle fille de la Manche Douce
times
Blanc Mollet Douce-amegravere
times
Deuxiegraveme saison de maturiteacute
Binet rouge Douce times times
Bramtocirct Douce-amegravere times
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
91
Cartigny Douce times times
Clozette Douce
times
Crollon Douce-amegravere
times
Domaines Douce-amegravere
times
Doux au gober Douce
times
Doux Lozon Douce
times
Doux Verecirct de Carrouges Douce times times
Gros Bois Douce-amegravere
times
Meriennet Amegravere times
Tesniegraveres Aciduleacutee
times
Troisiegraveme saison de maturiteacute
Argile rouge Douce-amegravere
times
Bedan Douce times times times
Binet blanc Douce
times
Binet rouge Douce times
Binet violet Douce
times
Bisquet Douce times times
Cimetiegravere de Blangy Douce-amegravere times
Damelot petit Douce-amegravere
times
Doux Normandie Douce
times
Egyptia Douce-amegravere times
Feuillard Douce times
Frequin rouge petit Douce
times
Gagnevin Douce times times
Germaine Douce times
Groin drsquoacircne Douce times times
Gros bois Douce-amegravere times
Jaune de Vitreacute Aigre times times
Jeannetonne Douce
times
Moulin agrave vent du Calvados Douce-amegravere times times
Noeumll des champs Douce times times
Petite sorte du parc dufour Douce times times
Reneacute-Martin Aigre times
Rouge Duret Douce times
Rouge de Tregraveves Aigre times times
Rousse de la Sarthe Douce
times
Saint-Martin Douce-amegravere times
Saint-Philbert ou Joly Douce-amegravere times
Solage agrave Gouet Douce-amegravere
times
Tardive de la Sarthe Douce-amegravere
times
Tecircte de brebis Douce
times Premiegravere saison de maturiteacute brassage mi-novembre deuxiegraveme saison de maturiteacute brassage au 1er deacutecembre troisiegraveme
saison de maturiteacute brassage mi-deacutecembre
Arrecircteacute du 16 juin 1958 Varieacuteteacutes recommandeacutees de pommiers agrave cidre pour les deacutepartements de Normandie de Bretagne et
du Maine et Perche par Ministegravere de lagriculture Comiteacute des fruits agrave cidre et des productions cidricoles
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
92
Lrsquoex-Basse-Normandie deacutenombrait en 2011 56 entreprises deacutedieacutees agrave la fabrication de cidre
ce qui repreacutesente environ 280 emplois De plus en 2010 159 exploitants de vergers ont
reacutealiseacute des ventes directes de leurs produits cidricoles agrave la ferme (Agreste 2014) En France
537 milliers drsquohectolitres de cidre ont eacuteteacute vendus en grandes surfaces en 2012 (France
AgriMer 2013)
Les pommes agrave cidre sont destineacutees agrave la production de cidre mais eacutegalement de Pommeau et de
Calvados En 2015 16 230 hl de Calvados ont eacuteteacute commercialiseacutees dont un peu plus de la
moitieacute agrave lrsquoeacutetranger (Chambre drsquoagriculture Normandie 2017)
La pomme largement consommeacutee mondialement est produite localement et elle est ainsi
facilement accessible De plus lrsquoimportance de la pomme agrave la base de la production cidricole
normande fait de ce fruit un produit agricole de fort inteacuterecirct eacuteconomique reacutegional
La disponibiliteacute lrsquoimportante consommation et lrsquointeacuterecirct eacuteconomique reacutegional sont des aspects
qui ont influenceacute le choix de la pomme comme aliment drsquoeacutetude Drsquoautres caracteacuteristiques
propres agrave la pomme ont eacutegalement contribueacute agrave sa seacutelection et vont ecirctre deacutetailleacutees agrave travers la
preacutesentation de cette matrice
212 Composition de la matrice pomme
La pomme dont le scheacutema geacuteneacuteral est preacutesenteacute en figure 27 est un fruit aeacuterien provenant des
arbres angiospermes du genre Malus
Figure 27 Scheacutema geacuteneacuteral dune pomme (source Formation en Biologie Veacutegeacutetale)
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
93
La pomme est principalement composeacutee drsquoeau entre 80 et 90 comme lrsquoindique le tableau
16 qui liste les constituants majoritairement retrouveacutes pour 100 g de pomme
Tableau 16 Principaux constituants de la pomme (donneacutees pour 100 g de fruit)
Constituants Quantiteacutes indicatives
eau 804-90 g
Proteacuteines 017-057 g
Lipides 005-07 g
Acides gras satureacutes 002-013 g
Sucre 877-129 g
Acides organiques 046 g
Polypheacutenols
Flavonoiumldes 3734 mg
Acides pheacutenoliques 1901 mg
Polypheacutenols totaux 5635 mg
Mineacuteraux et oligo-eacuteleacutements
Calcium 26-107 mg
Cuivre 0005-016 mg
Fer 006-085 mg
Iode 0006-2 microg
Magneacutesium 28-92 mg
Manganegravese 002-01 mg
Phosphore 7-251 mg
Potassium 58-343 mg
Seacuteleacutenium 025-6 microg
Sodium 1-20 mg
Zinc 001-082 mg
ordres de grandeur susceptibles de varier selon la varieacuteteacute la saison le degreacute de maturiteacute et les conditions de culture
(source Aprifel Agence pour la Recherche et lrsquoInformation en Fruits et Leacutegumes)
Comme pour tous les organes aeacuteriens des plantes la surface externe de lrsquoeacutepiderme des
pommes (eacutepicarpe) est recouverte drsquoun film eacutetanche drsquoeacutepaisseur variable appeleacute cuticule
(Nultsch 1998 Ju 2001 Veraverbeke 2001) La cuticule (figure 28) est principalement
constitueacutee drsquoun deacutepocirct successif de cires (cires cuticulaires) et drsquoun polymegravere de lipides agrave 16
ou 18 carbones (polyester) appeleacute cutine
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
94
Figure 28 Structure de la cuticule (Murtic 2012)
La cuticule des pommes est composeacutee de 447 de lipides extractibles de 346 de cutine
de 132 de sucres et de 75 de cutane (Chen 2008) Les cires cuticulaires sont quant agrave
elles principalement composeacutees drsquohydrocarbures drsquoesters drsquoacides gras drsquoalcools
drsquoestolides polaires et de diols (Ju 2001)
Les cires cuticulaires des pommes ont une composition chimique et une eacutepaisseur qui varient
selon la varieacuteteacute Une eacutepaisseur de cire de 26 microm a eacuteteacute trouveacutee pour les pommes de varieacuteteacute
Jonagold contre 41 microm pour les pommes Elstar (Veraverbeke 2001) La masse de cire de la
pomme de varieacuteteacute Oregon spur est de 1038 microgcm2 contre 366 microgcm2 pour la pomme Liberty
(Belding 1998) La composition des cires eacutepicuticulaires peut permettre de diffeacuterencier
certaines varieacuteteacutes de pommes (Bringe 2006 Belding 1998) Crsquoest notamment le cas de la
varieacuteteacute Golden delicious agrave laquelle appartient la pomme Royal Gala qui se distingue des
autres par le faible pourcentage drsquoalcools secondaires (entre 11 et 33) preacutesents dans la cire
eacutepicuticulaire Le principal alcool secondaire permettant de distinguer les Golden delicious
des autres varieacuteteacutes de pommes est le nonacosan-10-ol Dans de nombreuses autres varieacuteteacutes
comme les pommes Delicious ou Rome les alcools secondaires repreacutesentent environ 20 de
la masse de cire totale (Belding 1998 Veraverbeke 2001)
La composition et la quantiteacute de cire deacutependent de la varieacuteteacute de pomme mais eacutegalement de
son stade de deacuteveloppement et de ses conditions de stockage apregraves la reacutecolte (Ju 2001) Entre
60 et 30 jours avant la reacutecolte la masse de cire eacutepicuticulaire des varieacuteteacutes Golden delicious et
Red delicious augmente puis elle diminue pendant les 30 derniers jours de deacuteveloppement
(Belding 1998) Entre 60 jours avant la reacutecolte et la maturiteacute des fruits les composeacutes les plus
preacutesents dans la cire eacutepicuticulaire sont les triterpegravenes principalement lrsquoacide ursolique
(figure 29 plus de 366 ) et les alcanes (plus de 196 ) majoritairement repreacutesenteacutes par le
nonacosane (Belding 1998)
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
95
Figure 29 Structure chimique de lrsquoacide ursolique
Le suivi des alcools primaires montre une augmentation de leur pourcentage au cours du
deacuteveloppement pour lrsquoensemble des pommes Golden delicious et Red delicious (Belding
1998) Pendant leur deacuteveloppement les pommes Delicious accumulent plus de cutine que de
cire puis agrave maturiteacute leurs quantiteacutes deviennent eacutequivalentes puisque la cuticule des fruits se
compose de 36 de cire et 34 de cutine (Ju 2001) Apregraves 6 semaines de stockage agrave 20 degC
la cutine des pommes Delicious reste constante mais la cire cuticulaire augmente de 52 (Ju
2001) Pour la pomme Elstar les changements subis par les cires pendant le stockage (1 degC 8
mois) induisent une perte drsquoeau importante par rapport aux varieacuteteacutes Jonagold et Jonagored
(Veraverbeke 2001 Belding 1998)
Les cires des pommes se trouvent modifieacutees par des stress environnementaux tels que la pluie
les UV-B le vent ou les variations de tempeacuterature (Veraverbeke 2001) De mecircme la cuticule
se trouve alteacutereacutee par le moindre contact physique provoquant une modification de ses
capaciteacutes de reacutetention deau et de composeacutes chimiques au niveau de la zone endommageacutee des
fruits (Belding 1998)
Plus de 300 composeacutes organiques volatils composent le profil aromatique de la pomme Ces
composeacutes volatils endogegravenes sont majoritairement des alcools des esters des aldeacutehydes des
ceacutetones et des terpegravenes (Nieuwebhuizen 2013 Ting 2012) Certains composeacutes volatils
lipophiles peuvent ecirctre captureacutes par la cuticule Crsquoest notamment le cas pour les meacutetabolites
de lrsquoα-farneacutesegravene (figure 30) qui est un hydrocarbure (sesquiterpegravene) endogegravene dont les
produits drsquooxydation sont suspecteacutes de lrsquoapparition de tacircches sur la peau des pommes (Ju
2001)
Figure 30 Structure chimique de lrsquoα-farneacutesegravene
La cuticule est une membrane polymeacuterique lipophile qui constitue une barriegravere de protection
mais aussi une interface drsquoeacutechange entre le fruit et lrsquoenvironnement La cuticule est
susceptible drsquoadsorber des composeacutes organiques exogegravenes polluants de lrsquoenvironnement tels
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
96
que les hydrocarbures aromatiques Les meacutecanismes de sorption des composeacutes organiques par
la cuticule et leur transport vers le fruit restent peu connus Neacuteanmoins la cutine semble ecirctre
le principal responsable de la sorption de ces composeacutes Pour la pomme la contribution de la
cutine dans la sorption du naphtalegravene se situe entre 481 et 607 alors qursquoelle est de 337 agrave
363 pour les cires et de 09 agrave 14 pour les sucres (Chen 2008) Compareacutee agrave la cuticule
de la tomate et du raisin ou au peacuteriderme de la pomme de terre la cuticule de la pomme a une
capaciteacute de sorption du pheacutenanthregravene plus importante Par rapport agrave ces mecircmes veacutegeacutetaux la
cuticule de la pomme possegravede le plus fort pourcentage de cire (447 ) et le plus faible
pourcentage de polysaccharides (132 ) dont la preacutesence semble ecirctre deacutefavorable agrave la
sorption drsquohydrocarbures aromatiques en raison de leur faible affiniteacute avec les composeacutes
organiques hydrophobes (Li 2009)
La cuticule se trouvant modifieacutee selon la varieacuteteacute le stade de deacuteveloppement les stress
environnementaux ainsi que les techniques de preacutelegravevements ou de stockages ces paramegravetres
sont donc eacutegalement susceptibles drsquoaffecter la sorption des hydrocarbures aromatiques au
niveau de la cuticule des pommes
Les eacutechanges aeacuteriens sont les principaux responsables de la contamination des veacutegeacutetaux par
les hydrocarbures aromatiques (Tuteja 2011) La pomme est un fruit aeacuterien dont lrsquoeacutepaisse
couche de cire en surface est favorable agrave la sorption des hydrocarbures aromatiques qui sont
des composeacutes hydrophobes Ces aspects associeacutes agrave une large consommation mondiale et agrave
une importante production locale font de la pomme un bon modegravele pour lrsquoeacutetude de la
contamination des fruits par les hydrocarbures aromatiques
Les pommes des vergers normands sont plus ou moins susceptibles drsquoecirctre contamineacutees par les
hydrocarbures aromatiques en fonction de la qualiteacute de leur environnement Les niveaux de
pollution et les principales activiteacutes eacutemettrices drsquohydrocarbures aromatiques en Normandie
vont donc ecirctre maintenant abordeacutes
22 Lrsquoenvironnement des vergers normands
En France les vergers peuvent ecirctre implanteacutes en bordure (2 megravetres) des voies communales
(Article 53 du deacutecret ndeg64-262 du 14 mars 1964) des routes deacutepartementales (Article 64 de
larrecircteacute du 30 mars 1967) et du reacuteseau public routier national (Article 65 circulaire ndeg79-99 du
16 octobre 1979) Leurs fruits peuvent donc potentiellement ecirctre contamineacutes par les
hydrocarbures aromatiques eacutemis par le trafic routier
Les pommes des vergers situeacutes en zones rurales sont eacutegalement susceptibles drsquoecirctre
contamineacutees par les hydrocarbures aromatiques En milieu rural le brucirclage des deacutechets vert et
lrsquoutilisation du bois comme eacutenergie de chauffage sont des pratiques courantes fortement
productrices drsquohydrocarbures aromatiques Le bois est une eacutenergie de chauffage tregraves utiliseacutee
en raison de son coucirct raisonnable subissant peu de variation contrairement aux eacutenergies
fossiles crsquoest de plus une source drsquoeacutenergie renouvelable (Sawerysyn 2012) La combustion
du bois est souvent incomplegravete en raison drsquoune tempeacuterature et drsquoune teneur en oxygegravene
insuffisantes ce qui engendre drsquoimportantes eacutemissions de particules et de HAP (Sawerysyn
2012 ADEME 2009) Selon les donneacutees de 2011 du rapport CITEPA drsquoavril 2013 la
combustion du bois engendre lrsquoeacutemission de deux fois plus de HAP que la combustion du
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
97
gazole et cinquante fois plus que celle de lrsquoessence Des diffeacuterences de profil des composeacutes
aromatiques eacutemis sont aussi observeacutees entre ces combustibles Pour le bois qui brucircle agrave de
faibles tempeacuteratures ce sont les HAP de faibles masses moleacuteculaires qui se forment
principalement alors que les HAP ayant une masse moleacuteculaire plus eacuteleveacutee sont eacutemis pour de
plus fortes tempeacuteratures de combustion comme crsquoest le cas avec les combustibles moteurs
(Tobiszewski 2012)
Le brucirclage des deacutechets verts entraicircne eacutegalement la formation de HAP Ces polluants
(fluoranthegravene benzo(a)anthracegravene benzo(b)fluoranthegravene benzo(k)fluoranthegravene
benzo(a)pyregravene dibenzo(ah)anthracegravene indeno(123-cd)pyregravene benzo(ghi)perylegravene) sont
retrouveacutes dans les fumeacutees de brucirclage de branches et de feuilles agrave des concentrations
respectivement eacutegales agrave 3480 et 6312 μgkg de biomasse brute (Circulaire du 18 novembre
2011 relative agrave lrsquointerdiction du brucirclage agrave lrsquoair libre des deacutechets verts INERIS 2011)
Malgreacute la circulaire du 18 novembre 2011 interdisant le brucirclage agrave lrsquoair libre des deacutechets verts
chaque anneacutee en France pregraves drsquoun million de tonnes de ces deacutechets sont brucircleacutes engendrant
ainsi drsquoimportantes eacutemissions de polluants car ces fumeacutees ne peuvent pas ecirctre deacutepollueacutees
contrairement agrave celles provenant des veacutehicules (Circulaire du 18 novembre 2011 relative agrave
lrsquointerdiction du brucirclage agrave lrsquoair libre des deacutechets verts ADEME Que faire de ses deacutechets de
jardin )
Les sources drsquoeacutemission des hydrocarbures aromatiques sont donc multiples et majoritairement
anthropiques Pour les deacutepartements du Calvados de la Manche et de lrsquoOrne les eacutemissions de
composeacutes organiques volatils non meacutethaniques (COV NM qui comprennent les hydrocarbures
aromatiques) mesureacutees dans lrsquoair pour tous les secteurs drsquoactiviteacutes (agricole industriel
reacutesidentiel tertiaire transports incineacuteration des deacutechetshellip) srsquoeacutelevaient agrave 42 984 600 kg pour
lrsquoanneacutee 2010 soit 2444 kgkm2 (figure 31) A titre de comparaison en 2015 les eacutemissions de
COV NM srsquoeacutelevaient agrave 162 kt pour la reacutegion PACA premiegravere reacutegion productrice de pomme
de bouche en France ce qui correspond agrave 5159 kgkm2 (Air PACA)
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
98
Dans lrsquoex-Basse-Normandie les deux villes les plus eacutemettrices sont Caen (106 538 habitants
en 2014 Insee) et Cherbourg-Octeville (80 959 habitants en 2014 Insee) avec respectivement
637 516 et 533 958 kg de COV NM produits en 2010 (tableau 17) Pour ces deux villes le
secteur industriel est le principal eacutemetteur de COV NM il repreacutesente environ 49 des COV
NM eacutemis agrave Caen et 75 agrave Cherbourg Pour Caen le secteur reacutesidentiel et tertiaire repreacutesente
eacutegalement un important contributeur agrave lrsquoeacutemission de ces polluants (environ 38 )
Tableau 17 Distribution des composeacutes organiques volatils non meacutethaniques eacutemis en Normandie selon les secteurs
drsquoactiviteacute (Donneacutees SISTER 2010)
Distribution
COV NM (kg)
Normandie Calvados Manche Orne Caen Cherbourg
Agricole 9 142 640 3 176 840 2 709 360 3 256 440 819 30
Biogeacutenique 13 712 400 3 138 820 2 266 390 8 307 160 0 3 063
Deacutechets et incineacuteration 41 637 32 232 4 259 5 147 104 nd
Industrielle 8 609 880 3 282 550 3 132 400 2 194 920 310 518 403 305
Reacutesidentielle 8 971 860 3 529 880 3 388 860 2 053 110 240 781 101 024
Transport 2 257 535 1 043 070 836 648 377 816 64 770 21 094
Tertiaire 248 646 135 811 74 067 38 768 20 525 5 441
Total tous secteurs 42 984 600 14 339 200 12 412 000 16 233 400 637 516 533 958
nd reacutesultat non disponible
Figure 31 Reacutepartition des eacutemissions de COV NM (en kg) par commune en 2010 (Donneacutees SISTER 2010)
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
99
Les COV NM incluent les hydrocarbures aromatiques Parmi ceux-ci des donneacutees drsquoeacutemission
du benzegravene et du benzo(a)pyregravene sont disponibles pour les villes de Caen et Cherbourg
(tableau 18)
Tableau 18 Emission de benzegravene et de benzo(a)pyregravene agrave Caen et agrave Cherbourg en 2008 et pourcentage de reacutepartition
en fonction des activiteacutes productrices (donneacutees 2008 ATMO Normandie)
Les eacutemissions sont plus importantes agrave Caen avec 112 tonnes pour le benzegravene et 63 kg pour le
BaP qursquoagrave Cherbourg avec respectivement 26 tonnes et 27 kg Le benzegravene est susceptible
drsquoecirctre issu en totaliteacute ou quasi-totaliteacute des transports tandis que le secteur reacutesidentiel et
tertiaire auquel appartient le chauffage domestique est majoritairement responsable des
eacutemissions de BaP dans les deux villes (tableau 18 donneacutees 2008 ATMO Normandie)
Les hydrocarbures aromatiques peuvent facilement ecirctre transporteacutes dans lrsquoenvironnement
notamment gracircce aux vents ce qui les rend ubiquitaires Lrsquoensemble des vergers en milieu
rural urbain ou agrave proximiteacute drsquoinfrastructures routiegraveres sont donc susceptibles drsquoecirctre
contamineacutes par ces composeacutes
23 Objectifs de la thegravese
Le travail de thegravese reacutealiseacute au laboratoire ABTE (Aliments Bioproceacutedeacutes Toxicologie
Environnements) srsquointegravegre agrave lrsquoune des theacutematiques abordeacutees par lrsquoeacutequipe QAIEA (Qualiteacute
des Aliments et des Environnements Aquatiques) puis EcoTEA (Ecoproceacutedeacutes Transferts vers
lrsquoEnvironnement et les Aliments) qui vise agrave eacutetudier le transfert de polluants organiques de
lrsquoenvironnement vers la chaicircne alimentaire
Ce travail srsquointegravegre eacutegalement dans la dynamique agricole et eacutecologique de la reacutegion Basse-
Normandie engageacutee vers un deacuteveloppement durable La politique de santeacute publique a pour
objectif de reacuteduire la preacutesence de composeacutes toxiques dans lrsquoenvironnement et notamment
dans lrsquoair et le sol Parmi les polluants surveilleacutes une attention particuliegravere est accordeacutee aux
contaminants provenant des eacutemissions lieacutees aux transports ou agrave la combustion de biomasse
qui contiennent des moleacutecules toxiques telles que les hydrocarbures aromatiques Ces
polluants organiques peuvent potentiellement ecirctre adsorbeacutes voire absorbeacutes par les plantes et
sy accumuler pour finalement entrer dans la chaicircne alimentaire humaine Une importante part
du territoire normand eacutetant valoriseacutee par lrsquoagriculture lrsquoeacutevaluation des niveaux de ces
contaminants dans les produits agricoles est une preacuteoccupation majeure afin de connaicirctre leur
impact sur la qualiteacute sanitaire des aliments et leurs possibles effets sur la santeacute Le projet
cible plus particuliegraverement un produit agricole de fort inteacuterecirct reacutegional la pomme qui est la
base de la production cidricole normande Lrsquoutilisation drsquoun fruit produit localement a pour
avantage drsquoapporter une large disponibiliteacute De plus la longue dureacutee de maturation des
Caen Cherbourg
eacutemission reacutepartition eacutemission reacutepartition
Industries Reacutesidentiel
Tertiaire
Transport Industries Reacutesidentiel
Tertiaire
Transport
Benzegravene 112 t 04 996 26 t 100
BaP 63 kg 689 303 27 kg 14 816 163
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
100
pommes sur lrsquoarbre ainsi que leur eacutepaisse cire sont favorables agrave une sorption potentiellement
importante drsquohydrocarbures aromatiques La pomme est eacutegalement un fruit largement
consommeacute agrave lrsquoeacutechelle mondiale elle est donc un bon modegravele drsquoeacutetude
Tregraves peu de travaux disponibles dans la litteacuterature traitent de la preacutesence des hydrocarbures
aromatiques dans les fruits Lrsquoobjectif vise donc agrave deacutevelopper les connaissances sur le niveau
de contamination des HAP et des BTEX dans des pommes provenant de vergers de
pommiers situeacutes en zone urbaine ou dans des jardins priveacutes qui sont soumis agrave lrsquoimpact de lrsquoair
environnant
Ce projet implique une premiegravere phase essentielle de deacuteveloppement meacutethodologique dont
lrsquoobjectif est drsquooptimiser des techniques drsquoextraction et drsquoanalyse speacutecifiques aux diffeacuterents
hydrocarbures aromatiques Le deacutefi analytique de ce projet reacuteside dans la complexiteacute de la
matrice fruitiegravere et dans les tregraves faibles quantiteacutes drsquohydrocarbures aromatiques retrouveacutes dans
les fruits Les meacutethodologies deacuteveloppeacutees devront donc ecirctre sensibles et seacutelectives afin de
parvenir agrave mesurer quelques microgrammes drsquohydrocarbures aromatiques par kilogramme de
fruit frais
Les hydrocarbures aromatiques monocycliques (BTEX) et les hydrocarbures aromatiques
polycycliques (HAP) se distinguent par leur proprieacuteteacute physico-chimique et notamment par
leur diffeacuterence de volatiliteacute Leur extraction neacutecessite donc lrsquoeacutetablissement et la validation de
meacutethodes distinctes qui seront abordeacutees seacutepareacutement Tout drsquoabord une meacutethode rapide et
particuliegraverement adapteacutee agrave lrsquoextraction des composeacutes hautement volatils est proposeacutee pour
lrsquoextraction des BTEX et des HAP leacutegers En effet la HS-SPME utilise une fibre placeacutee dans
lrsquoespace gazeux au-dessus de lrsquoeacutechantillon ce qui permet drsquoeacuteviter le contact avec la matrice
Deux revecirctements drsquoextraction diffeacuterents permettant lrsquoadsorption speacutecifique des
hydrocarbures aromatiques sur cette phase stationnaire sont testeacutes un revecirctement PDMS
drsquoeacutepaisseurs 30 et 100 microm et un revecirctement mixte CARPDMS drsquoeacutepaisseur 75 microm
Concernant les HAP lourds une meacutethode drsquoextraction liquide assisteacutee par les ultrasons suivie
drsquoune purification agrave travers des cartouches SPE est dans un premier temps utiliseacutee Dans un
deuxiegraveme temps une technique de purification innovante la MEPS a eacuteteacute mise en place pour
faire suite agrave une proceacutedure drsquoextraction en UAE Cette meacutethode trouve tregraves peu drsquoapplications
dans la litteacuterature et nrsquoa jamais eacuteteacute deacutecrite pour les matrices fruitiegraveres Elle a de plus pour
avantage drsquoecirctre rapide et drsquoutiliser une faible quantiteacute de solvant
Les mises au point meacutethodologiques (deacuteveloppement et optimisation) reacutealiseacutees avec la
pomme comme matrice ont pour objectif drsquoaboutir agrave une extraction sensible et reacutepeacutetable des
hydrocarbures aromatiques preacutesents agrave lrsquoeacutetat de trace
Certaines meacutethodologies eacutetablies ont ensuite eacuteteacute confronteacutees agrave drsquoautres matrices fruitiegraveres
ayant des caracteacuteristiques diffeacuterentes Lrsquoadaptabiliteacute des meacutethodes est valideacutee par la
veacuterification de la sensibiliteacute de la reacutepeacutetabiliteacute et de la lineacuteariteacute des analyses
Les hydrocarbures aromatiques sont deacutetermineacutes dans 4 modegraveles de fruits (pomme poire
prune et raisin) contamineacutes par des gaz drsquoeacutechappement provenant drsquoune motorisation diesel
Le modegravele pomme a eacutegalement eacuteteacute exposeacute agrave des eacutemissions de combustion de veacutegeacutetaux Les
analyses seacutepareacutees de la peau et de la chair permettent drsquoidentifier et quantifier les
hydrocarbures aromatiques preacutesents mais aussi drsquoeacutetudier leur transfert de lrsquoeacutepicarpe vers le
meacutesocarpe du fruit
Chapitre 2 Contexte et Objectifs de lrsquoeacutetude
101
Enfin des preacutelegravevements reacutealiseacutes sur 13 sites dont 9 situeacutes en zone urbaine ou aux alentours
drsquoune agglomeacuteration 2 agrave proximiteacute drsquoune route nationale et 2 en zone rurale visent agrave
deacuteterminer le degreacute de contamination des pommes provenant de cultures reacutegionales
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
102
Figure 32 Localisation des sites de preacutelegravevements (points rouges) des pommes en Normandie
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
31 Echantillons
Fruits provenant du supermarcheacute
Des pommes Belle de Boskoop et Gala sont utiliseacutees selon la disponibiliteacute saisonniegravere pour
lrsquooptimisation et la validation des diffeacuterentes meacutethodes drsquoextraction Des poires William des
prunes rouge Black Amber et du raisin blanc Italia ont permis de veacuterifier lrsquoadaptabiliteacute des
meacutethodes agrave drsquoautres matrices fruitiegraveres Lrsquoensemble de ces fruits provenant drsquoun supermarcheacute
(Carrefour Caen Cocircte de Nacre) sont seacutelectionneacutees agrave maturiteacute sur la base de luniformiteacute et
labsence de dommages ou imperfections de la peau
Fruits reacutecolteacutes en Normandie
Au cours des mois de septembre et octobre 2016 des pommes (3 agrave 8 pommes par arbre selon
la masse des fruits) situeacutees agrave une hauteur infeacuterieure agrave 2 m sont aussi directement reacutecolteacutees
dans des pommiers normands agrave lrsquoaide de gants nitrile (agrave lrsquoexception des pommes de Verson et
Venoix (figure 32) qui sont reacutecolteacutees sans gants puis placeacutees dans un sac plastique) Jusqursquoagrave
lrsquoextraction les fruits sont placeacutes et conserveacutes au maximum 2 jours dans des bocaux en verre
(Le Parfait) hermeacutetiquement clos La localisation des 13 sites eacutetudieacutes est indiqueacutee en figure 32
et quelques sites de preacutelegravevement sont illustreacutes en figure 33
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
103
Les preacutelegravevements reacutealiseacutes sont au nombre de
4 agrave Caen (plus de 100 000 habitants)
- dans lrsquoenceinte du rectorat (coordonneacutees GPS 49177893 -0381215) preacutelegravevement le
10 octobre 2016 le temps alternant entre nuages et eacuteclaircies (la derniegravere averse datant
du matin du 9 octobre) masse des pommes entre 506 et 1002 g (noteacute Rectorat)
- derriegravere le parc des expositions (coordonneacutees GPS 491696552 -03823228)
preacutelegravevement le 29 septembre 2016 par temps nuageux (la derniegravere averse datant de la
nuit du 27 au 28 septembre) masse des pommes entre 396 et 659 g (noteacute Parc expo)
- dans lrsquoenceinte de lrsquoIUT (coordonneacutees GPS 49211642 -0366276) preacutelegravevement le 12
septembre 2016 par temps couvert (la derniegravere averse datant du 10 septembre) masse
des pommes entre 538 et 670 g (noteacute IUT 11) preacutelegravevement le 13 octobre 2016 le
temps alternant entre nuages et eacuteclaircies (la derniegravere averse datant du matin du 9
octobre) masse des pommes entre 474 et 594 g (noteacute IUT 12)
- dans le quartier de Venoix agrave proximiteacute du stade drsquoOrnano (coordonneacutees GPS
49179561 -0399024) preacutelegravevement le 26 septembre le temps alternant entre nuages et
eacuteclaircies (la derniegravere averse datant du matin du 25 septembre) Ces pommes ont des
masses comprises entre 683 et 933 g (noteacute Venoix)
3 dans la proche agglomeacuteration caennaise
- en bordure du peacuteripheacuterique sud agrave Bretteville-sur-Odon (coordonneacutees GPS 49165148 -
0427633) preacutelegravevement le 25 octobre 2016 par temps nuageux (la derniegravere averse
datant de lrsquoapregraves midi du 23 octobre) masse des pommes entre 972 et 1305 g (noteacute
Bretteville)
- en bordure de route deacutepartementale D7 (reliant Caen agrave Luc-sur-Mer) agrave Epron
(coordonneacutees GPS 49225052 -0369110) preacutelegravevement le 26 septembre 2016 sur 2
arbres distants drsquoune dizaine de megravetres le temps alternant entre nuages et eacuteclaircies (la
derniegravere averse datant du matin du 25 septembre) masse des pommes entre 460 et
570 g pour le preacutelegravevement noteacute Epron 1 et entre 707 et 961 g pour le preacutelegravevement
noteacute Epron 2
- agrave Verson (coordonneacutees GPS 49155865 -0476148) preacutelegravevement le 27 septembre par
temps nuageux (la derniegravere averse datant du matin du 25 septembre) Ces pommes ont des
masses comprises entre 419 et 69 g (noteacute Verson)
2 dans des villes de taille moyenne (moins de 20 000 habitants)
- Saint-Locirc dans la Manche (coordonneacutees GPS 49107064 -1080949) preacutelegravevement le 11
octobre 2016 le temps alternant entre nuages et eacuteclaircies (la derniegravere averse datant du
matin du 9 octobre) masse des pommes entre 415 et 849 g (noteacute Saint-Locirc)
- Vire dans le Calvados (coordonneacutees GPS 48833175 -0893382) preacutelegravevement le 10
octobre 2016 le temps alternant entre nuages et eacuteclaircies (la derniegravere averse datant du
matin du 9 octobre) masse des pommes entre 415 et 873 g (noteacute Vire)
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
104
2 agrave proximiteacute de la route nationale RN13
- agrave Isigny-sur-Mer (coordonneacutees GPS 49315514 -1101054) preacutelegravevement le 23 octobre
2016 le temps alternant entre nuages et eacuteclaircies (la derniegravere pluie datant du 21
octobre) masse des pommes entre 599 et 1220 g (noteacute Isigny)
- agrave la ferme de Romilly (Coordonneacutees GPS 49342930 -1028996) preacutelegravevement le 23
octobre 2016 le temps alternant entre nuages et eacuteclaircies (la derniegravere pluie datant du
21 octobre) masse des pommes entre 551 et 800 g (noteacute Romilly)
2 en zone rurale
- Agy (coordonneacutees GPS 49240817 -0766727) preacutelegravevement le 15 septembre 2016 par
temps pluvieux masse des pommes (type Canada grise) entre 742 et 773 g (noteacute
Agy)
- Livry (coordonneacutees GPS 49126091 -0761871) preacutelegravevement le 13 septembre 2016
par temps couvert (la derniegravere averse datant du 10 septembre) masse des pommes
entre 952 et 1063 g (noteacute Livry)
Figure 33 Photographies de quelques sites de preacutelegravevement dans des pommiers normands
(a) un pommier situeacute sur le site de lrsquoIUT agrave proximiteacute du parking du bacirctiment Mesures Physiques et de lrsquoarrecirct de tramway
Mareacutechal Juin (b) un pommier situeacute agrave Bretteville-sur-Odon sur un terre-plein agrave la sortie 9 (Porte de Bretagne) du
peacuteripheacuterique sud de Caen permettant de rejoindre lrsquoautoroute A84 (c) des pommiers (sur la droite de la photographie) situeacutes
agrave Epron en bordure de route deacutepartementale (D7) reliant Caen agrave Luc-sur-Mer et (d) un pommier localiseacute agrave lrsquoentreacutee de
lrsquoenceinte du Rectorat de lrsquoacadeacutemie de Caen
Fruits exposeacutes aux gaz drsquoeacutechappement drsquoun moteur diesel
Des pommes (Belle de Boskoop) des poires (William) des prunes rouge (Black Amber) et du
raisin blanc (Italia) sont intentionnellement exposeacutes aux gaz drsquoeacutechappement drsquoun moteur
diesel Le veacutehicule utiliseacute mis en circulation en 2005 possegravede un filtre agrave particules Chaque
matin apregraves que le veacutehicule ait parcouru un trajet quotidien de 30 min lrsquoun des fruits est
exposeacute aux gaz drsquoeacutechappement Chaque varieacuteteacute de fruit est introduite pendant 30 min dans
un conduit de 160 megravetre ayant un diamegravetre externe de 105 cm et un diamegravetre interne de 8
cm directement relieacute au pot deacutechappement comme le montre la figure 34 La localisation des
fruits agrave 15-20 cm de lrsquoextreacutemiteacute du conduit est indiqueacutee par la flegraveche rouge
a b c d
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
105
Figure 34 Montage utiliseacute pour lrsquoexposition intentionnelle des fruits (30 min) aux gaz drsquoeacutechappement diesel
La flegraveche rouge indique la localisation des fruits
Lrsquoeacutetude de lrsquoensemble de ces fruits provenant du commerce ou reacutecolteacutes localement porte sur
les fruits entiers (peau et pulpe) ils ne sont donc ni peleacutes ni laveacutes mais seulement deacutebarrasseacutes
du trognon et des peacutepins (ou noyau pour les prunes) avant broyage agrave lrsquoaide drsquoun mixeur de
cuisine Le broyat est ensuite conserveacute sous atmosphegravere azoteacute dans un bocal hermeacutetique en
verre placeacute agrave 4 degC Pour chaque eacutechantillon lrsquoextraction est reacutepeacuteteacutee trois fois afin de reacuteduire
la variabiliteacute due agrave la matrice
Fruits exposeacutes aux fumeacutees de combustion de biomasse
Des pommes de varieacuteteacute Boskoop sont deacutelibeacutereacutement exposeacutees agrave des fumeacutees issues de brulages
de veacutegeacutetaux Des braises reacutealiseacutees agrave partir de bois de noyer sec sont introduites dans un
barbecue sur la grille duquel sont placeacutees des pommes Puis des brindilles de tilleul humide
sont reacuteguliegraverement ajouteacutees sur les braises pour creacuteer de la fumeacutee Les pommes sont exposeacutees
aux fumeacutees (agrave environ 25 cm au-dessus des braises) par tranches de 15 min pendant 1 agrave 2 h
Des temps de pause au cours desquels la grille est sortie du barbecue sont respecteacutes entre
chaque tranche drsquoexposition afin drsquoeacuteviter la cuisson des fruits par la chaleur deacutegageacutee par les
braises
La peau drsquoune eacutepaisseur infeacuterieure agrave 2 mm et la chair des pommes deacutebarrasseacutee du trognon et
des peacutepins sont reacutecupeacutereacutees et broyeacutees seacutepareacutement pour permettre des analyses indeacutependantes
Pour chaque partie de la pomme (peau et chair) lrsquoextraction est renouveleacutee trois fois
Produits commerciaux industriels agrave base de pomme
Diffeacuterent produits industriels agrave base de pomme preacutesenteacutes par la figure 35 sont eacutegalement
testeacutes Des pommes sous forme de pacircte de fruit (NA ) des chips de pommes (Crousti Pom
Vico) et de la compote de pomme avec morceaux (ANDROS) sont acheteacutes au supermarcheacute
Carrefour Caen Cocircte de Nacre
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
106
Figure 35 Produits industriels agrave base de pomme
(a) pomme sous forme de pacircte de fruit NA (b) chips de pomme Crousti Pom de Vico et (c) compote de pommes avec
morceaux (ANDROS)
32 Solvants et standards
Les premiers solvants utiliseacutes sont de grade GC pour analyse dichloromeacutethane (999
SigmandashAldrich Steinheim Allemagne) cyclohexane (995 SigmandashAldrich) et aceacutetate
drsquoeacutethyle (998 Carlo Erba Val de Reuil France)
Ces solvants sont ensuite remplaceacutes par drsquoautres mieux adapteacutes agrave lrsquoanalyse de reacutesidus
dichloromeacutethane PESTINORMreg (998 VWR Prolabo Fontenay-sous-Bois France)
aceacutetate drsquoeacutethyle PESTINORMreg (998 VWR Prolabo Fontenay-sous-Bois France)
cyclohexane PESTINORMreg (995 VWR Prolabo Fontenay-sous-Bois France)
Drsquoautres solvants eacutegalement utiliseacutes sont lrsquoeacutethanol absolu HiPerSolv CHROMANORMreg
(gt997 VWR Prolabo Fontenay-sous-Bois France) le meacutethanol grade GC (ge998
SigmandashAldrich) lrsquoheptane (99 ACROS Organics)
Lrsquoheacutelium Alphagaz (99999 ) utiliseacute comme gaz vecteur lors des analyses est obtenu
aupregraves drsquoAir Liquide (Paris France)
LrsquoExtranreg MA 01 nettoyant alcalin universel (VWR Prolabo Fontenay-sous-Bois France)
est utiliseacute comme produit de nettoyage pour lrsquoensemble de la verrerie qui est ensuite rinceacutee
avec de lrsquoeau ultrapure produite par le systegraveme de purification Milli-Qreg Reference A+
La solution certifieacutee de 16 HAP (Supelco Bellefonte PA USA) est composeacutee de naphthalegravene
(999) aceacutenaphthylegravene (999) 2-bromonaphthalegravene (999) aceacutenaphthegravene (999)
fluoregravene (991) anthracegravene (995) pheacutenanthregravene (990) fluoranthegravene (995) pyregravene
(975) benzo(a)anthracegravene (999) chrysegravene (989) benzo(b)fluoranthegravene (981)
benzo(a)pyregravene (999) indeacuteno(123-cd)pyregravene (999) dibenzo(ah)anthracegravene (999)
benzo(ghi)perylegravene (996) chacun en solution agrave 2 mgmL dans le dichloromeacutethane La
solution certifieacutee de BTEX (certified reference material 47505 ISOIEC 17025 and ISO
a
b
c
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
107
Guide 34 Supelco) contient du benzegravene (999) du toluegravene (999) de lrsquoeacutethylbenzegravene
(999) du p-xylegravene (999) du m-xylegravene (998) et du o-xylegravene (996) chacun en
solution agrave 2 mgmL dans le meacutethanol
Les standards utiliseacutes comme eacutetalons internes sont le n-nonadeacutecane (999 Supelco
Bellefonte PA USA) le nonane (Supelco Bellefonte PA USA) lrsquoeacutethylbenzene-d10
(Supelco Bellefonte PA USA) en solution agrave 2000 μgmL dans le meacutethanol lrsquoaceacutenaphthegravene-
d10 (Supelco Bellefonte PA USA) en solution agrave 2000 μgmL dans le dichloromeacutethane et le
benzo(a)anthracegravene-d12 (Supelco Bellefonte PA USA) en solution agrave 2000 μgmL dans le
dichloromeacutethane
Plusieurs solutions de travail sont preacutepareacutees agrave partir des produits commerciaux drsquoeacutetalons
internes et des meacutelanges certifieacutes de HAP et BTEX
Solutions drsquoeacutetalons interne
Le nonane et n-nonadeacutecane sont utiliseacutes dans un premier temps comme eacutetalons interne Une
solution de n-nonadeacutecane agrave 2 mgmL est preacutepareacutee en introduisant 10 mg du produit
commercial dans une fiole jaugeacutee de 5 mL compleacuteteacutee avec du dichloromeacutethane Une solution
de nonane agrave 2 mgmL est reacutealiseacutee avec 14 microL du produit pur (densiteacute 718 gL) preacuteleveacutes avec
une seringue de 50 microL et placeacutes dans une fiole jaugeacutee de 5 mL compleacuteteacutee avec du
dichloromeacutethane Des volumes eacutequivalents des deux solutions agrave 2 mgmL sont meacutelangeacutes pour
obtenir une solution de travail contenant du nonane et du n-nonadeacutecane chacun en
concentration agrave 1 mgmL dans le dichloromeacutethane Cette solution de travail appeleacutee solution
eacutetalon interne 1 (nonanen-nonadeacutecane 1 mgmL) est conserveacutee au congeacutelateur agrave environ -20
degC pendant au maximum 1 mois
Dans un deuxiegraveme temps les composeacutes deuteacutereacutes (eacutethylbenzegravene-d10 aceacutenaphthegravene-d10 et
benzo(a)anthracegravene-d12) ont servi drsquoeacutetalons internes Le benzo(a)anthracegravene-d12 est tout
drsquoabord utiliseacute seul Une solution intermeacutediaire (10 mgL) de benzo(a)anthracegravene-d12 est
preacutepareacutee avec 50 microL de la solution commerciale agrave 2000 microgmL preacuteleveacutes avec une seringue en
verre de 250 microL (SGE Analytical Science) et placeacutes dans une fiole de 10 mL compleacuteteacutee avec
du dichloromeacutethane Cette solution est par la suite dilueacutee au 1100egraveme en introduisant 100 microL
preacuteleveacutes avec une seringue en verre de 250 microL (SGE Analytical Science) dans une fiole de 10
mL compleacuteteacutee avec du dichloromeacutethane permettant ainsi drsquoobtenir la solution de travail de
benzo(a)anthracegravene-d12 agrave 01 mgL nommeacutee solution eacutetalon interne 2
Le benzo(a)anthracegravene-d12 est ensuite utiliseacute en association avec lrsquoaceacutenaphthegravene-d10 10 microL
de chacune des deux solutions commerciales agrave 2000 microgmL preacuteleveacutes avec une seringue en
verre de 50 microL (SGE Analytical Science) sont introduits dans une fiole de 10 mL compleacuteteacutee
avec du dichloromeacutethane Ce meacutelange permet drsquoobtenir une solution de travail contenant du
benzo(a)anthracegravene-d12 et de lrsquoaceacutenaphthegravene-d10 agrave 2 mgL cette solution est appeleacutee
solution eacutetalon interne 3
Enfin lrsquoaceacutenaphthegravene-d10 est utiliseacute en association avec lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 20 microL de
chaque solution commerciale drsquoeacutethylbenzegravene-d10 et drsquoaceacutenaphthegravene-d10 agrave 2000 microgmL
preacuteleveacutes avec une seringue de 50 microL sont placeacutes dans une fiole de 20 mL compleacuteteacutee avec du
dichloromeacutethane La solution de travail (solution eacutetalon interne 4) ainsi reacutealiseacutee contient de
lrsquoeacutethylbenzene-d10 et de lrsquoaceacutenaphthegravene-d10 agrave 2 mgL
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
108
Les solutions drsquoeacutetalons internes 2 3 et 4 sont conserveacutees au maximum 2 semaines au
reacutefrigeacuterateur entre 4 et 6 degC
Solutions de HAP et BTEX
Les HAP et les BTEX sont toujours utiliseacutes en meacutelange dans des proportions eacutegales La
premiegravere solution de HAP et BTEX correspond agrave une dilution au 11000 des solutions
commerciales certifieacutees agrave 2000 microgmL dans du dichloromeacutethane La solution de travail ainsi
obtenue (solution HAPBTEX 1) contient des HAP et des BTEX agrave 2 mgL
Une seconde solution de HAP et BTEX est preacutepareacutee gracircce agrave une dilution des solutions
commerciales certifieacutees au 1200 dans du dichloromeacutethane Cette solution intermeacutediaire agrave 10
mgL est ensuite dilueacutee au 1100 dans du dichloromeacutethane pour obtenir une solution contenant
des HAP et des BTEX agrave 01 mgL (solution HAPBTEX 2)
Une derniegravere solution de HAP et de BTEX est obtenue en meacutelangeant 20 microL de chacune des
solutions commerciales certifieacutees preacuteleveacutes avec une seringue de 50 microL dans une fiole jaugeacutee
de 5 mL compleacuteteacutee avec du dichloromeacutethane Cette solution est ensuite dilueacutee au 120 en
placcedilant 250 microL preacuteleveacutes avec une seringue de 250 microL dans une fiole jaugeacutee de 5 mL
compleacuteteacutee avec du dichloromeacutethane La solution de travail obtenue contient des HAP et des
BTEX agrave 04 mgL (solution HAPBTEX 3)
Les solutions de HAPBTEX sont conserveacutees au reacutefrigeacuterateur entre 4 et 6 degC (la conservation
au congeacutelateur agrave -20 degC srsquoeacutetant reacuteveacuteleacutee moins approprieacutee en raison du plus important eacutecart de
tempeacuterature existant pour atteindre une tempeacuterature ambiante la deacutecongeacutelation entraicircne
lrsquoeacutevaporation des composeacutes les plus volatils)
33 Extractions
331 Mateacuteriels drsquoextraction
Trois types de fibres HS-SPME associeacutees agrave un support manuel (Manual holder Supelco
Bellefonte PA USA) sont utiliseacutes pour lrsquoextraction de BTEX et des HAP leacutegers Chaque
aiguille de 57 cm de longueur renferme une fibre en silice de 24 Ga (soit environ 05 mm)
drsquoeacutepaisseur avec sur une longueur de 1 cm un revecirctement mixte CARPDMS
(carboxenpolydimeacutethylsiloxane) de 75 μm drsquoeacutepaisseur ou un revecirctement PDMS
(polydimeacutethylsiloxane) drsquoeacutepaisseurs 30 ou 100 microm
Lrsquoextraction assisteacutee par les ultrasons utilise un bain agrave ultrasons thermostateacute T 700H Elma de
hauteur 30 cm longueur 255 cm et largeur 15 cm (Singen Allemagne) Les extraits sont
ensuite centrifugeacutes gracircce agrave une centrifugeuse Heraeus (Biofuge Primo R) La filtration des
eacutechantillons est reacutealiseacutee gracircce agrave des filtres plisseacutes standards en cellulose de porositeacute 6 agrave 10
microm et de diamegravetre 150 mm (ServilabLAB-ONLINEreg reacutefeacuterence 0601P00024)
Un montage Visiprep Solid Phase Extraction Vacuum Manifold (Supelco) agrave 12 ports avec des
capillaires en polyteacutetrafluoroeacutethylegravene (PTFE) (de diamegravetre externe de 3 mm de diamegravetre
interne de 1 mm et de longueur 31 cm) permet la purification simultaneacutee de plusieurs
eacutechantillons agrave travers les cartouches SPE Les cartouches utiliseacutees ont un volume de 6 mL
une hauteur de 65 cm et un diamegravetre interne de 12 cm Elles contiennent 250 mg de reacutesine
copolymegravere StyregraveneDivinylBenzegravene (SupelcleanTMENVITM-Chrom P particules 80ndash160 μm
pores 20ndash300 Aring Supelco Bellefonte PA USA) ce qui repreacutesente une hauteur de 12 cm
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
109
Figure 36 Scheacutema de la proceacutedure drsquoextraction par micro-extraction en phase solide dans lrsquoespace de tecircte
(HS-SPME)
La purification par MEPS utilise une seringue de 250 microL avec une aiguille MEPS HyperSep
Retain Polar Enhanced Polymer (PEP Thermo Scientific - SGE Analytical Science) Le
solide compacteacute de type PEP (polar enhanced polymer) est un copolymegravere styregravene
divinylbenzegravene (PSDVB) modifieacute avec des groupes fonctionnels drsquoureacutee Une purification par
MEPS avec un support C18 (Thermo Scientific - SGE Analytical Science) est eacutegalement
testeacutee
332 Proceacutedures drsquoextraction
Lrsquoensemble des extractions est reacutealiseacute en triplicat Des eacutechantillons de fruits seuls sont utiliseacutes
comme blancs afin de veacuterifier lrsquoabsence de contamination de la matrice et des eacutequipements
3321 Extraction des composeacutes volatils et semi-volatils BTEX et HAP
leacutegers
Lrsquoextraction des BTEX et des HAP leacutegers est reacutealiseacutee par micro-extraction en phase solide
dans lrsquoespace de tecircte (HS-SPME) Les fibres neuves subissent un conditionnement drsquoune
heure dans lrsquoinsert drsquoun chromatographe agrave 300 degC avant leur premiegravere utilisation
La proceacutedure HS-SPME tout drsquoabord appliqueacutee correspond agrave celle mise au point au
laboratoire concernant la deacutetection de BTEX et de HAP pour des concentrations de lrsquoordre du
ppm et valoriseacutee au travers drsquoun article publieacute dans laquo Journal of Food Composition and
Analysis raquo (Poinot 2014) Une masse de 20 g de broyat de pomme est placeacutee dans un flacon
en verre ambreacute de 125 mL contenant un barreau aimanteacute Le broyat est additionneacute de 20 microL
drsquoun meacutelange de HAP et de BTEX agrave 1 gL preacuteleveacutes avec une seringue de 50 microL afin
drsquoobtenir des concentrations ajouteacutees de 1 mgkg dans la pomme Le flacon est ensuite agrave
demi-immergeacute dans un bain marie drsquoeau distilleacutee agrave 60 degC (figure 36)
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
110
Une agitation constante (750 tours par minute 50 de la vitesse maximum de lagitateur) est
maintenue tout au long de lrsquoextraction Apregraves 15 min deacutequilibre une fibre posseacutedant un
revecirctement mixte CARPDMS (carboxenpolydimeacutethylsiloxane) de 75 μm est exposeacutee 45
min agrave environ 5 cm au-dessus de lrsquoeacutechantillon dans lrsquoespace gazeux dont le volume est estimeacute
agrave environ 75 cm3 La fibre est placeacutee manuellement dans lrsquoinsert de la GC-MS pour
deacutesorption
Ce protocole a ensuite eacuteteacute modifieacute afin drsquoecirctre optimiseacute
Meacutethode HS-SPME 1
Dans un premier temps un eacutetalon interne (le nonane) est ajouteacute et des concentrations en
BTEX de lrsquoordre du ppb (microgkg) sont testeacutees Ces concentrations sont 100 agrave 1000 fois
infeacuterieures agrave celles testeacutees auparavant au laboratoire (Poinot 2014) Pour la reacutealisation de la
gamme drsquoeacutetalonnage les 20 g de broyat sont additionneacutes de 10 microL de la solution eacutetalon
interne 1 (preacuteleveacutes avec une seringue de 50 microL) et de 0 agrave 100 microL de la solution HAPBTEX 1
(les volumes agrave partir de 50 microL sont preacuteleveacutes avec une seringue de 250 microL et une seringue de
50 microL est utiliseacutee pour les volumes infeacuterieurs) Les ajouts ainsi effectueacutes correspondent agrave des
teneurs ajouteacutees aux broyat comprises entre 0 et 10 microgkg Le volume total introduit dans
lrsquoeacutechantillon est maintenu constant agrave 110 microL en compleacutetant si neacutecessaire par un ajout de
dichloromeacutethane Dans le cas ougrave le broyat nrsquoest pas enrichi en HAP et BTEX comme pour le
point agrave 0 microgkg de la gamme drsquoeacutetalonnage 10 microL de la solution eacutetalon interne 1 et 100 microL de
dichloromeacutethane sont additionneacutes agrave lrsquoeacutechantillon Cette premiegravere meacutethode modifieacutee est
appeleacutee meacutethode HS-SPME 1
Meacutethode HS-SPME 2
Dans un deuxiegraveme temps lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 et lrsquoaceacutenaphthegravene-d10 sont utiliseacutes comme
eacutetalons internes La meacutethode est appliqueacutee agrave plusieurs fruits (pomme poire prune et raisin)
acheteacutes en supermarcheacute puis additionneacutes de HAP et de BTEX ou exposeacutes agrave des gaz
drsquoeacutechappement Pour la reacutealisation de la gamme drsquoeacutetalonnage le broyat (20 g) est additionneacute
de 100 microL de la solution eacutetalon interne 4 (preacuteleveacutes avec une seringue de 250 microL) et de 0 agrave 100
microL de la solution HAPBTEX 1 (les volumes agrave partir de 50 microL sont preacuteleveacutes avec une
seringue de 250 microL et une seringue de 50 microL est utiliseacutee pour les volumes infeacuterieurs) Les
ajouts ainsi effectueacutes correspondent agrave des teneurs ajouteacutees aux fruits comprises entre 0 et 10
microgkg Le volume total introduit dans lrsquoeacutechantillon est maintenu constant agrave 200 microL en
compleacutetant si neacutecessaire par un ajout de dichloromeacutethane Dans le cas ougrave le broyat nrsquoest pas
enrichi en HAP et BTEX un ajout de 100 microL de dichloromeacutethane est reacutealiseacute en plus des 100
microL de la solution eacutetalon interne 4 (tous deux preacuteleveacutes avec une seringue de 250 microL) comme
pour le point agrave 0 microgkg de la gamme drsquoeacutetalonnage ou pour lrsquoanalyse des fruits pollueacutes par les
gaz drsquoeacutechappement Cette meacutethode est nommeacutee meacutethode HS-SPME 2
Meacutethode HS-SPME 3
Dans un troisiegraveme temps des fibres posseacutedant un revecirctement PDMS (polydimeacutethylsiloxane)
de 75 et 100 microm sont compareacutees La fibre PDMS de 100 microm est finalement seacutelectionneacutee pour
sa meilleure capaciteacute drsquoextraction des BTEX et HAP La gamme drsquoeacutetalonnage permettant
drsquoobtenir des pommes additionneacutees de teneurs comprises entre 0 et 10 microgkg utilise un ajout
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
111
Figure 37 Bain agrave ultrasons thermostateacute agrave 30 degC utiliseacute pour lrsquoextraction assisteacutee par les ultrasons (UAE)
de 100 microL de la solution eacutetalon interne 4 et de 0 agrave 100 microL de la solution HAPBTEX 1 au
broyat Des points de gamme suppleacutementaires entre 02 et 2 microgkg sont reacutealiseacutes gracircce agrave
lrsquoutilisation de 10 agrave 100 microL de la solution HAPBTEX 3 (les volumes agrave partir de 50 microL sont
preacuteleveacutes avec une seringue de 250 microL et une seringue de 50 microL est utiliseacutee pour les volumes
infeacuterieurs) Cette meacutethode appeleacutee meacutethode HS-SPME 3 est appliqueacutee agrave des
pommes provenant drsquoun supermarcheacute puis additionneacutees de HAP et de BTEX ou exposeacutees agrave
des fumeacutees de brulage de veacutegeacutetaux mais aussi agrave des pommes reacutecolteacutees en Normandie
3322 Extraction des hydrocarbures aromatiques les plus lourds
33221 Extraction assisteacutee par les ultrasons coupleacutee agrave une extraction
sur phase solide (UAESPE)
Proceacutedure drsquoextraction assisteacutee par les ultrasons
La meacutethode UAESPE initialement utiliseacutee reprend le protocole deacutecrit dans la publication de
P Poinot (2014) dans lequel un gramme de broyat de pomme (provenant drsquoun supermarcheacute)
est peseacute dans un tube agrave essai en verre de 20 mL ayant une hauteur de 160 mm et un diamegravetre
externe de 15 mm Le broyat est additionneacute de quantiteacutes eacutegales de chaque HAP agrave 2 mgkg
puis de 10 mL de dichloromeacutethane Le tube fermeacute avec du film plastique (Parafilmreg) est
placeacute 10 min agrave 30 degC dans un bain agrave ultrasons ougrave la freacutequence est fixeacutee agrave 30 kHz (dimensions
du bain agrave ultrasons hauteur 30 cm longueur 255 cm et largeur 15 cm) (figure 37)
La totaliteacute du contenu du tube est ensuite transfeacutereacute dans un tube agrave centrifuger en plastique
Apregraves centrifugation agrave 3000 rpm (environ 1200 g) agrave 30 degC pendant 10 min le broyat et
lrsquoextrait au dichloromeacutethane sont seacutepareacutes par filtration sur filtre plisseacute standard en cellulose
de porositeacute 6 agrave 10 microm et de diamegravetre 150 mm (ServilabLAB-ONLINEreg reacutefeacuterence
0601P00024) Le reacutesidu de fruit est reacutecupeacutereacute dans un tube agrave essai en verre de 20 mL contenant
10 mL de cyclohexane Le tube agrave essai est fermeacute avec du film plastique (Parafilmreg) et le
meacutelange est de nouveau soumis aux ultrasons centrifugeacute et filtreacute en suivant la mecircme
proceacutedure et les mecircmes conditions que preacuteceacutedemment Lrsquoextrait au cyclohexane (asymp 10 mL)
est associeacute agrave celui au dichloromeacutethane (asymp 10 mL) Le meacutelange (de volume asymp 20 mL) placeacute
dans un ballon de 100 mL est concentreacute jusqursquoagrave environ 1 mL avec un eacutevaporateur rotatif agrave
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
112
Figure 38 Scheacutema de la proceacutedure de purification par extraction sur phase solide (SPE)
AE Aceacutetate drsquoeacutethyle
60 degC il est ensuite repris avec 1 mL de meacutelange cyclohexanedichloromeacutethane (5050 vv)
et 5 mL de cyclohexane (soit un volume drsquoextrait drsquoenviron 7 mL)
Proceacutedure de purification par extraction en phase solide
Lrsquoextrait obtenu apregraves UAE puis concentreacute soumis agrave une purification par SPE (figure 38) au
moyen de cartouches Envi Chrom-PTM Le montage Visiprep Solid Phase Extraction Vacuum
Manifold permet drsquoutiliser plusieurs cartouches et drsquoeffectuer simultaneacutement lrsquoextraction de
plusieurs eacutechantillons La phase stationnaire de la cartouche est conditionneacutee avec 15 mL
drsquoaceacutetate drsquoeacutethyle puis 10 mL de cyclohexane Lrsquoextrait agrave purifier est introduit dans la
colonne et subit un passage lent sous faible vide agrave travers la phase stationnaire contenue dans
la cartouche
Le ballon ayant contenu lrsquoeacutechantillon lors de lrsquoeacutevaporation est rinceacute deux fois avec 3 mL de
cyclohexaneeacutethanol (7030 vv) et le liquide de rinccedilage est introduit dans la colonne La
cartouche est ensuite rinceacutee avec 3 mL de cyclohexaneeacutethanol (7030 vv) Les HAP retenus
sur la cartouche sont alors eacutelueacutes avec 12 mL de cyclohexaneaceacutetate drsquoeacutethyle (4060 vv)
Lrsquoextrait collecteacute dans des flacons de 15 mL est conserveacute au maximum pendant 1 semaine au
reacutefrigeacuterateur (entre 4 et 6 degC) Juste avant lrsquoanalyse lrsquoextrait est concentreacute sous flux drsquoazote
jusqursquoagrave environ 1 mL puis transfeacutereacute dans des micro-tubes de 15 mL pour permettre une
concentration jusqursquoagrave 200 microL
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
113
Figure 39 Scheacutema repreacutesentant un micro-tube en verre de 15 mL dans lequel est introduit un micro-insert en verre
de 200 microL
Le micro-tube est fermeacute avec un bouchon composeacute de silicone pour la partie exteacuterieure (blanche) et de
polyteacutetrafluoroeacutethylegravene (PTFE) pour la partie inteacuterieure (rouge)
La meacutethodologie preacuteceacutedente (Poinot 2014) adapteacutee pour la deacutetermination de teneurs de
lrsquoordre du ppm (2 mgkg) a ducirc ecirctre modifieacutee pour permettre une deacutetermination de teneurs de
lrsquoordre du ppb Une gamme entre 0 et 10 microgkg est reacutealiseacutee Lrsquoextrait collecteacute dans un flacon
de 15 mL apregraves lrsquoeacutelution en SPE est concentreacute de 12 mL agrave environ 150 microL sous flux drsquoazote
Puis lrsquoextrait est transfeacutereacute dans des micro-tubes en verre de 15 mL contenant des micro-
inserts en verre de 200 microL (figure 39) pour y ecirctre reacuteduit agrave 50 microL sous flux drsquoazote 1 microL de
lrsquoextrait est preacuteleveacute (meacutethode des doubles bulles) directement apregraves concentration sous flux
drsquoazote avec une seringue de 10 microL (Hamilton Company Reno Neacutevada) et injecteacute
manuellement en GC-MS Des tubes agrave centrifuger en verre de 35 mL (Kimble Chase)
remplacent ceux en plastique et un eacutetalon interne (le n-nonadeacutecane) est ajouteacute au deacutebut de
lrsquoextraction
Meacutethode UAESPE 1
Dans un premier temps 2 microL de la solution eacutetalon interne 1 (preacuteleveacutes avec une seringue de 10
microL) contenant notamment le n-nonadeacutecane et entre 0 et 5 microL de la solution HAPBTEX 1
(preacuteleveacutes avec une seringue en verre de 10 microL) sont ajouteacutes au broyat de pomme (1 g) pour
reacutealiser une gamme drsquoeacutetalonnage entre 0 et 10 microgkg Le volume total introduit dans
lrsquoeacutechantillon est maintenu constant agrave 7 microL en compleacutetant si neacutecessaire par un ajout de
dichloromeacutethane Dans le cas ougrave le broyat nrsquoest pas enrichi en HAP et BTEX comme pour le
point agrave 0 microgkg de la gamme drsquoeacutetalonnage 5 microL de dichloromeacutethane sont additionneacutes agrave
lrsquoeacutechantillon en plus des 2 microL de solution eacutetalon interne 1 Cette premiegravere version modifieacutee
est appeleacutee meacutethode UAESPE 1
Meacutethode UAESPE 2
Dans un deuxiegraveme temps le benzo(a)anthracegravene-d12 est utiliseacute comme eacutetalon interne Dans la
meacutethode UAESPE 2 le broyat de fruit (1 g) est additionneacute de 100 microL de solution eacutetalon
interne 2 (preacuteleveacutes avec une seringue de 250 microL) 0 agrave 100 microL de la solution HAPBTEX 2
(preacuteleveacutes avec une seringue en verre de 250 microL pour les volumes agrave partir de 50 microL et avec une
seringue en verre de 50 microL pour les volumes infeacuterieurs) permettent drsquoajouter entre 0 et 10
microgkg de chaque hydrocarbure aromatique aux fruits pour la reacutealisation de la gamme
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
114
drsquoeacutetalonnage Le volume total introduit dans lrsquoeacutechantillon est maintenu constant agrave 200 microL en
compleacutetant si neacutecessaire par un ajout de dichloromeacutethane Dans le cas ougrave le broyat nrsquoest pas
enrichi en HAP et BTEX 100 microL de solution eacutetalon interne 2 et 100 microL de dichloromeacutethane
sont additionneacutes agrave lrsquoeacutechantillon La meacutethode UAESPE 2 est appliqueacutee agrave diffeacuterents fruits
(pomme poire prune et raisin) acheteacutes en supermarcheacute puis additionneacutees de HAP et BTEX
ou exposeacutes agrave des gaz drsquoeacutechappement
33222 Extraction assisteacutee par les ultrasons coupleacutee agrave une micro-
extraction par solide compacteacute (UAEMEPS)
Preacuteparation de lrsquoeacutechantillon meacutethode UAEMEPS
La proceacutedure utilise 20 g de pomme broyeacutee additionneacutes de 100 microL de solution eacutetalon interne 3
(contenant 02 microg drsquoaceacutenaphthegravene-d10 et 02 microg de benzo(a)anthracegravene-d12 soit 10 microgkg
pour chacun) et (i) entre 0 et 100 microL de la solution HAPBTEX 2 pour reacutealiser une gamme
drsquoajouts entre 0 et 10 microgkg et (ii) entre 10 et 100 microL de la solution HAPBTEX 3 pour des
points de gamme entre 02 et 2 microgkg (les volumes agrave partir de 50 microL sont preacuteleveacutes avec une
seringue de 250 microL et une seringue de 50 microL est utiliseacutee pour les volumes infeacuterieurs) Le
volume total introduit dans lrsquoeacutechantillon est maintenu agrave 200 microL en compleacutetant si neacutecessaire
par un ajout de dichloromeacutethane Dans le cas ougrave le broyat nrsquoest pas enrichi par les HAP et
BTEX un ajout de 100 microL de dichloromeacutethane est reacutealiseacute en plus des 100 microL de la solution
eacutetalon interne 3
Proceacutedure de lrsquoextraction assisteacutee par les ultrasons meacutethode UAEMEPS
Le broyat est meacutelangeacute agrave 25 mL drsquoeacutethanol puis le flacon en verre blanc de 125 mL (hauteur 10
cm et diamegravetre 45 cm) contenant ce meacutelange est agrave demi-immergeacute dans le bain agrave ultrasons
(figure 37) agrave 30 kHz pendant 15 min Deux tempeacuteratures sont testeacutees pour le bain agrave ultrason 0
et 30 degC et la tempeacuterature de 30 degC est finalement seacutelectionneacutee De mecircme une comparaison
drsquoextractions assisteacutees par ultrasons (UAE) suivies ou non par une eacutetape de centrifugation est
effectueacutee la proceacutedure de centrifugation est conserveacutee
Lrsquoeacutetape de centrifugation consiste agrave transfeacuterer lrsquoeacutechantillon dans des tubes agrave centrifuger en
verre de 35 mL pour ecirctre centrifugeacute agrave 3000 rpm (environ 1200 g) pendant 10 min agrave
tempeacuterature ambiante Lrsquoextrait est reacutecupeacutereacute apregraves une eacutetape de filtration sur filtre plisseacute
standard en cellulose de porositeacute 6 agrave 10 microm et de diamegravetre 150 mm (ServilabLAB-
ONLINEreg reacutefeacuterence 0601P00024) Cet extrait est conserveacute au maximum pendant 1 semaine
au reacutefrigeacuterateur (entre 4 et 6 degC)
Proceacutedure de purification par micro-extraction par solide compacteacute
- Optimisation de la proceacutedure de purification par micro-extraction par solide compacteacute
La purification de lrsquoeacutechantillon est reacutealiseacutee avec une seringue MEPS de 250 microL Deux
supports drsquoextraction sont testeacutes lrsquoun possegravede un solide compacteacute de type C18 (phase inverse)
et lrsquoautre de type PEP (polar enhanced polymer copolymegravere styregravene divinylbenzegravene (PS-
DVB) modifieacute avec des groupements fonctionnels ureacutee) Drsquoapregraves la comparaison de ces deux
supports celui retenu pour reacutealiser lrsquoeacutetape de purification par MEPS est le PEP
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
115
Des essais consistant agrave observer lrsquoeacutevolution du signal deacutetecteacute en fonction drsquoun volume preacuteleveacute
en MEPS compris entre 2x200 et 6x200 microL drsquoextrait apregraves UAE Ces essais conduisent agrave
seacutelectionner le preacutelegravevement de 6x200 microL comme condition optimale drsquoextraction
Apregraves avoir chargeacute lrsquoeacutechantillon sur le support MEPS plusieurs volumes et solvants sont
testeacutes pour reacutealiser lrsquoeacutelution des analytes Le dichloromeacutethane est preacutefeacutereacute agrave lrsquoheptane et au
dieacutethyleacutether et un volume drsquoeacutelution de 50 microL est privileacutegieacute par rapport agrave 75 microL pour la
reacutecupeacuteration des analytes
1 et 2 microL drsquoeacuteluat MEPS sont ensuite injecteacutes pour lrsquoanalyse en GC-MS le volume de 1 microL
est finalement retenu pour lrsquoinjection
- Description de la proceacutedure de purification par MEPS dans les conditions optimales
La purification de lrsquoeacutechantillon est reacutealiseacutee avec une seringue MEPS de 250 microL posseacutedant un
solide compacteacute de type PEP (polar enhanced polymer) La phase stationnaire contenue dans
la seringue MEPS est conditionneacutee en aspirant et en eacutevacuant 200 microL puis 100 microL de
dichloromeacutethane et 200 microL puis 100 microL drsquoeacutethanol Ensuite 6x200 microL de lrsquoextrait sont aspireacutes
avec la seringue et jeteacutes
Lrsquoeacutelution des HAP est effectueacutee par aspiration de 50 microL de dichloromeacutethane qui sont ensuite
reacutecupeacutereacutes dans un micro-insert en verre de 200 microL contenu dans un micro-tube en verre de 15
mL 1 microL de cet eacuteluat est preacuteleveacute (meacutethode des doubles bulles) directement apregraves la
purification par MEPS avec une seringue de 10 microL et injecteacute manuellement en GC-MS
Enfin la seringue MEPS est rinceacutee en aspirant et en eacutevacuant 200 microL puis 100 microL de
dichloromeacutethane et 200 microL puis 100 microL drsquoeacutethanol (figure 40)
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
116
Figure 40 Scheacutema de la proceacutedure de purification de lrsquoextrait obtenu apregraves extraction assisteacutee par les ultrasons
(UAE) par micro-extraction par solide compacteacute (MEPS) constitueacute drsquoun polymegravere PEP
DCM Dichloromeacutethane
La meacutethode UAEMEPS est utiliseacutee pour la deacutetermination des HAP preacutesents dans
- (i) des pommes (Gala) provenant du supermarcheacute puis additionneacutees de HAP
- (ii) lrsquoanalyse seacutepareacutee de la peau et de la chair des pommes (Belle de Boskoop)
exposeacutees agrave des fumeacutees issues du brucirclage de veacutegeacutetaux (pommes Boskoop)
- (iii) des pommes reacutecolteacutees en Normandie
34 Proceacutedures de deacutecontamination du mateacuteriel drsquoextraction et de la
verrerie
341 Nettoyage de la verrerie
Lrsquoensemble de la verrerie est rinceacute avec du dichloromeacutethane puis du meacutethanol Ensuite un
nettoyage avec du liquide pour plonge manuelle (ELCO PHARMA) et un rinccedilage agrave lrsquoeau du
robinet sont effectueacutes La verrerie est laveacutee avec un meacutelange drsquoExtranreg et drsquoeau du robinet
(environ 25 mL drsquoExtranreg pour 5L drsquoeau) puis rinceacutee agrave lrsquoeau du robinet Un bain drsquoExtranreg
et drsquoeau du robinet (environ 25 mL drsquoExtranreg pour 5L drsquoeau) est reacutealiseacute et la verrerie y est
placeacutee pour une nuit Le lendemain le mateacuteriel est rinceacute agrave lrsquoeau du robinet puis agrave lrsquoeau
ultrapure
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
117
Figure 41 Photographie de la partie supeacuterieure du montage Visiprep Solid Phase Extraction Vacuum Manifold
(Supelco) preacutesentant les valves de controcircle du flux ainsi que les capillaires en polyteacutetrafluoroeacutethylegravene (PTFE)
342 Nettoyage des capillaires du montage Visiprep Solid Phase
Extraction Vacuum Manifold
Les capillaires et les valves (figure 41) du montage Visiprep Solid Phase Extraction Vacuum
Manifold (Supelco) sont rinceacutes par passage drsquoenviron 2x3 mL de dichloromeacutethane puis de
2x3 mL de meacutethanol Ils sont ensuite retireacutes du montage et nettoyeacutes avec du liquide pour
plonge manuelle (ELCO PHARMA) et rinceacutes agrave lrsquoeau du robinet Ils sont nettoyeacutes avec un
meacutelange drsquoExtranreg et drsquoeau du robinet (environ 25 mL drsquoExtranreg pour 5 L drsquoeau) puis une
nouvelle fois rinceacutes agrave lrsquoeau du robinet Les capillaires et les valves sont placeacutes une nuit dans
un bain drsquoExtranreg et drsquoeau du robinet (environ 25 mL drsquoExtranreg pour 5 L drsquoeau) Le
lendemain ils sont introduits dans un tube agrave essai contenant de lrsquoExtranreg et de lrsquoeau du
robinet (environ 25 mL drsquoExtranreg pour 5 L drsquoeau) qui est placeacute 10 min dans un bain agrave
ultrasons agrave tempeacuterature ambiante Ils sont ensuite rinceacutes agrave lrsquoeau ultrapure et subissent deux
passages de 10 min dans un tube agrave essai contenant de lrsquoeau ultrapure placeacute dans un bain agrave
ultrasons Enfin ils sont seacutecheacutes sous flux drsquoazote
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
118
Figure 42 Chromatographe en phase gazeuse (GC) et spectromegravetre de masse quadripolaire (qMS) utiliseacutes pour
lrsquoanalyse des extraits contenant des HAP et des BTEX
35 Analyses par GC-MS
351 Mateacuteriel drsquoanalyse (GC-MS)
Les seacuteparations chromatographiques sont reacutealiseacutees avec un chromatographe en phase gazeuse
Shimadzu GC-2010 Plus version GCMS solution 272 coupleacute agrave un spectromegravetre de masse
quadripolaire QP 2010 (figure 42)
Lrsquoappareil est eacutequipeacute drsquoune colonne capillaire DB5-MS (60 m 025 mm id 025 microm
eacutepaisseur de film de phase stationnaire 5-pheacutenyl 95-meacutethylpolysiloxane) obtenue aupregraves
de JampW Scientific (Folsom USA) Lrsquoheacutelium (99999 ) est utiliseacute comme gaz vecteur La
deacutetection srsquoeffectue gracircce agrave un spectromegravetre de masse QP 2010 (Shimadzu Scientific
Instruments) utilisant une source drsquoionisation eacutelectronique (EI) associeacutee agrave un analyseur
quadripolaire
La tempeacuterature de lrsquointerface entre la GC et le spectromegravetre de masse (qMS) est maintenue agrave
300 degC et la tempeacuterature de la source drsquoions est agrave 250 degC
Une analyse par balayage total des rapports mz (full scan) est tout drsquoabord effectueacutee dans le
but drsquoidentifier les HAP et les BTEX gracircce agrave leurs spectres de masses complets Une
deacutetection speacutecifique drsquoion est ensuite reacutealiseacutee pour chaque composeacute gracircce au mode
drsquoisolement drsquoions SIM (single ion monitoring) de lrsquoanalyseur de masse
352 Proceacutedures analytiques de seacuteparation et de deacutetection en GC-MS
3521 Analyse des BTEX et HAP leacutegers
La meacutethode drsquoanalyse srsquoinspire de celle deacutecrite par Poinot et al (2014) elle eacutetait initialement
reacutealiseacutee avec un chromatographe en phase gazeuse Varian 3800 et un spectromegravetre de masse agrave
trappe ionique Saturn 2000 (Agilent Technologies Santa Clara US) Les extraits sont
analyseacutes agrave preacutesent au moyen du GC-MS Shimadzu deacutecrit en section preacuteceacutedente Pour les
extraits HS-SPME le flux du gaz vecteur (heacutelium) est de 1 mLmin La tempeacuterature de
lrsquoinjecteur est fixeacutee agrave 250 degC et les injections sont reacutealiseacutees sans division (mode splitless) avec
un temps drsquoeacutechantillonnage et de deacutesorption de 5 min Apregraves cette dureacutee le rapport de
division (split) est fixeacute agrave 1200egraveme
Le programme de tempeacuterature du four du chromatographe est preacutesenteacute en figure 43
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
119
Figure 43 Programme de tempeacuterature initialement utiliseacute pour lrsquoanalyse des extraits obtenus avec la meacutethode HS-
SPME 1 en GC-MS
La tempeacuterature initiale du four de 40 degC est maintenue 2 min La tempeacuterature est ensuite
augmenteacutee de 2 degCmin jusqursquoagrave 55 degC puis de 4 degCmin jusqursquoagrave 100 degC de 2 degCmin jusqursquoagrave
150 degC et chacune des tempeacuteratures est maintenue pendant 5 min Enfin la tempeacuterature est
augmenteacutee de 30 degCmin jusqursquoagrave 300 degC et cette tempeacuterature finale est conserveacutee 10 min La
dureacutee totale du programme est de 7575 min La deacutetection des composeacutes srsquoeffectue par
isolement drsquoions (mode SIM) Les rapports mz des ions isoleacutes sont preacuteciseacutes dans le tableau
19
Tableau 19 Rapports mz des ions isoleacutes en mode SIM pour la deacutetection des BTEX et HAP
Composeacutes Abbreacuteviation MM Rapports mz des ions
isoleacutes (SIM)
Nonane No 128 43-57-71-85
Benzegravene B 78 78-51
Toluegravene T 92 91-92
Ethylbenzegravene E 106 91-92-105-106
Ethylbenzegravene-d10 E-d10 166 116
mp-Xylegravene mp-X 106 91-92-105-106
o-Xylegravene o-X 106 91-92-105-106
n-Nonadeacutecane n-Nd 268 43-57-71-85
Naphtalegravene NPH 128 128-102-64-51
Aceacutenaphtylegravene ACY 152 51-76-152-153
Aceacutenaphtegravene ACP 154 51-76-152-153
Aceacutenaphtegravene-d10 A-d10 164 164
Fluoregravene FLR 166 166-165
Pheacutenanthregravene PHN 178 178-176
Anthracegravene ANT 178 178-176
Fluoranthegravene FA 202 101-200-202-203
Pyregravene PYR 202 101-200-202-203
2-Bromonaphthalegravene 2-BrN 207 207-44
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
120
Benzo(a)anthracegravene BaA 228 101-113-114-226-228
Benzo(a)anthracegravene-d12 BaA-d12 240 120-236-240
Chrysegravene CHR 228 101-113-114-226-228
Benzo(b)fluoranthegravene BbFA 252 113-126-252
Benzo(a)pyregravene BaP 252 113-126-252
Indeno(123-cd)pyregravene IP 276 124-138-276
Dibenzo(ah)anthracegravene DBahA 278 139-278
Benzo(ghi)perylegravene BghiP 276 124-138-276
eacutetalon interne
Les rapport mz sont seacutelectionneacutees parmi les ions repreacutesentatifs du composeacute sur le spectre de masse (disponible dans le
WebBook de Chimie NIST) obtenu apregraves ionisation eacutelectronique Pour les composeacutes deuteacutereacutes les ions sont choisis apregraves une
analyse de lrsquoensemble des ions (mode full SCAN avec balayage des rapports mz compris entre 35 et 400) du composeacute pur
Les valeurs souligneacutees sont celles utiliseacutees pour inteacutegrer lrsquoaire du pic du composeacute en mode SIM
Lrsquoanalyse se divise en 5 segments comme preacutesenteacute en tableau 20 Pour chaque segment la
dureacutee drsquoacquisition des ions est de 03 seconde
Tableau 20 Programme initial des rapports mz balayeacutes lors de lrsquoanalyse des extraits obtenus
avec la meacutethode HS-SPME 1
Segments
drsquoanalyse
Rapports mz des ions
seacutelectionneacutes
Composeacutes rechercheacutes
0-10 min Pas drsquoacquisition en masse
10-165 min 51-78 Benzegravene
165-24 min 91-92 Toluegravene
24-35 min 91-105-106 Ethylbenzegravene xylegravenes
43-57-71-85 Nonane
48-55 min 51-64-102-128 Naphtalegravene
55-7575 min 152 Aceacutenaphtylegravene
153 Aceacutenaphtegravene
166 Fluoregravene
178 Pheacutenanthregravene anthracegravene
202 Fluoranthegravene pyregravene
44-207 2-Bromonaphthalegravene
Ces conditions drsquoanalyse sont seulement utiliseacutees pour les extraits obtenus au moyen de la
meacutethode HS-SPME 1 Des modifications ont ensuite eacuteteacute apporteacutees agrave la meacutethode en diminuant
la tempeacuterature de lrsquoinjecteur agrave 200 degC et en appliquant des temps drsquoeacutechantillonnage et de
deacutesorption drsquoune minute Le flux du gaz vecteur (heacutelium) de 1 mLmin est conserveacute ainsi que
le mode splitless pour les injections
Le nouveau programme de tempeacuterature du four de la GC est preacutesenteacute en figure 44
Les rapports mz souligneacutes sont utiliseacutes pour mesurer lrsquoaire du pic du composeacute Lrsquoaceacutenaphtylegravene lrsquoaceacutenaphtegravene le fluoregravene
le pheacutenanthregravene lrsquoanthracegravene le fluoranthegravene le pyregravene et le 2-bromonaphthalegravene sont rechercheacutes mais ne sont pas deacutetecteacutes
avec la meacutethode HS-SPME 1
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
121
Figure 44 Programme de tempeacuterature du four de la GC pour lrsquoanalyse des extraits obtenus avec les meacutethodes HS-
SPME 1 2 et 3
La tempeacuterature initiale du four de 40 degC est maintenue 2 min La tempeacuterature est augmenteacutee
de 2 degCmin jusqursquoagrave 55 degC tempeacuterature qui est conserveacutee 5 min puis de 4 degCmin jusqursquoagrave 100
degC tempeacuterature qui est eacutegalement maintenue pendant 5 min La tempeacuterature est ensuite
augmenteacutee de 60 degCmin jusqursquoagrave 200 degC de 2 degCmin jusqursquoagrave 250 degC et enfin de 30 degCmin
jusqursquoagrave 300 degC La tempeacuterature finale de 300 degC est maintenue pendant 5 min La dureacutee totale
du programme est 6408 min Le filament permettant lrsquoionisation et donc la deacutetection est
actionneacute 11 min apregraves lrsquoinjection La deacutetection des composeacutes srsquoeffectue en mode SIM au
moyen des rapports mz preacuteciseacutes dans le tableau 1
Lrsquoanalyse est reacutealiseacutee en 4 segments Pour chaque segment le balayage des rapports mz
preacutesenteacute en tableau 21 srsquoeffectue toutes les 03 secondes
Tableau 21 Programme des rapports mz balayeacutes lors de lrsquoanalyse des extraits obtenus avec les meacutethodes HS-SPME
1 2 et 3
Segments
drsquoanalyse
Rapports mz des ions
seacutelectionneacutes
Composeacutes rechercheacutes
0-11 min Pas drsquoacquisition en masse
11-165 min 51-78 Benzegravene
165-22 min 91-92 Toluegravene
22-32 min 91-105-106 Ethylbenzegravene xylegravenes
43-57-71-85 Nonane
116 Ethylbenzegravene-d10
32-64 min 128 Naphtalegravene
152 Aceacutenaphtylegravene
153 Aceacutenaphtegravene
164 Aceacutenaphtegravene-d10
166 Fluoregravene
178 Pheacutenanthregravene anthracegravene
202 Fluoranthegravene pyregravene
228 Benzo(a)anthracegravene chrysegravene
252 Benzo(b)fluoranthegravene benzo(a)pyregravene
276 Indeacuteno(123-cd)pyregravene benzo(ghi)perylegravene
278 Dibenzo(ah)anthracegravene
Les rapports mz souligneacutes sont utiliseacutes pour mesurer lrsquoaire du pic du composeacute Le nonane est utiliseacute comme
eacutetalon interne avec la meacutethode HS-SPME 1 Les composeacutes de masses moleacuteculaires supeacuterieures ou eacutegales agrave 152
gmol sont rechercheacutes mais ne sont pas deacutetecteacutes avec la meacutethode HS-SPME 1 Les valeurs en gras
correspondent agrave lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 (mz = 116) et lrsquoaceacutenaphthegravene-d10 (mz = 164) eacutetalons interne qui sont
ajouteacutes lors de lrsquoutilisation des meacutethodes HS-SPME 2 et 3 Les composeacutes de masses moleacuteculaires supeacuterieures
ou eacutegales agrave 202 gmol sont rechercheacutes mais ne sont pas deacutetecteacutes avec les meacutethodes HS-SPME 2 et 3
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
122
Figure 45 Programme de tempeacuterature initial de la GC pour lrsquoanalyse des extraits obtenus
avec la meacutethode UAESPE 1
Cette meacutethode drsquoanalyse modifieacutee est utiliseacutee pour lrsquoensemble des extraits obtenus avec les
meacutethodes HS-SPME 1 2 et 3
3522 Proceacutedure de deacutesorption compleacutementaire pour le conditionnement
des fibres avant extraction
Le temps de deacutesorption ayant eacuteteacute reacuteduit de 5 min agrave 1 min une proceacutedure de deacutesorption
suppleacutementaire pour le conditionnement des fibres est mise en place Le but est drsquoeacuteliminer
totalement drsquoeacuteventuels composeacutes preacutesents sur les fibres avant de proceacuteder agrave une nouvelle
extraction La fibre HS-SPME qui a subi une deacutesorption drsquoune minute (temps de deacutesorption =
1 min) dans lrsquoinsert de la GC-MS QP 2010 est ensuite introduite dans lrsquoinsert drsquoun
chromatographe en phase gazeuse Varian 3800 (Agilent Technologies Santa Clara US) Pour
ce chromatographe utiliseacute comme outil de deacutesorption compleacutementaire un flux drsquoazote de 1
mLmin est appliqueacute sur la fibre placeacutee pour conditionnement dans lrsquoinjecteur agrave 250 degC
pendant 30 min
Avant une premiegravere utilisation dans une journeacutee la fibre est placeacutee dans lrsquoinjecteur agrave 250 degC
pendant 10 min ou 30 min si la fibre a connu plusieurs jours drsquoinactiviteacute
3523 Analyse des HAP lourds
La meacutethode drsquoanalyse initialement utiliseacutee est inspireacutee de celle deacutecrite par Poinot et al (2014)
pour les HAP de poids moleacuteculaire moyens et eacuteleveacutes avec un chromatographe en phase
gazeuse Varian 3800 et un spectromegravetre de masse agrave trappe ionique Saturn 2000 (Agilent
Technologies Santa Clara US) Elle est appliqueacutee ici pour des analyses au moyen du GC-MS
Shimadzu QP 2010 deacutecrit en section 351
Lrsquoheacutelium est utiliseacute en flux constant de 15 mLmin-1 et la tempeacuterature de lrsquoinjecteur est fixeacutee
agrave 300 degC Initialement 5microL drsquoextrait UAESPE sont injecteacutes en mode splitless Ce volume a
ensuite eacuteteacute reacuteduit agrave 1 microL Le programme de tempeacuterature appliqueacute agrave la GC est preacutesenteacute en
figure 45
La tempeacuterature initiale du four de 80 degC est maintenue pendant 1 min ensuite la tempeacuterature
augmente de 60 degCmin jusqursquoagrave 200 degC puis de 2 degCmin jusqursquoagrave 300 degC et enfin de 60
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
123
Figure 46 Programme de tempeacuterature de la GC pour lrsquoanalyse des extraits obtenus
avec les meacutethodes UAESPE 2 et UAEMEPS
degCmin jusqursquoagrave 330 degC tempeacuterature qui est maintenue pendant 10 min Le programme dure
au total 635 min Le filament permettant lrsquoionisation et donc la deacutetection est actionneacute 65
min apregraves lrsquoinjection La deacutetection des composeacutes srsquoeffectue en mode SIM avec un balayage
des rapports mz 57-71-128-153-165-166-178-202-203-207-228-252-276-278 toutes les 03
secondes tout au long de lrsquoanalyse Les composeacutes correspondent aux rapports mz balayeacutes au
cours de lrsquoanalyse sont indiqueacutes dans le tableau 19 et les valeurs souligneacutees correspondant aux
ions utiliseacutes pour mesurer lrsquoaire des pics La meacutethode permet lrsquoanalyse des extraits obtenus
avec la meacutethode UAESPE 1 en utilisant le n-nonadeacutecane comme eacutetalon interne
La derniegravere partie (apregraves 53 min) du programme de tempeacuterature appliqueacute agrave la GC a ensuite eacuteteacute
modifieacutee lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature de 60 degCmin eacutetant supprimeacutee La tempeacuterature initiale du
four de 80 degC est maintenue pendant 1 min ensuite la tempeacuterature augmente de 60 degCmin
jusqursquoagrave 200 degC puis de 2 degCmin jusqursquoagrave 330 degC Cette tempeacuterature finale est maintenue
pendant 5 min La programmation preacutesenteacutee par la figure 46 dure au total 73 min
Le filament permettant lrsquoionisation et donc la deacutetection est allumeacute 65 min apregraves lrsquoinjection
pour la meacutethode UAESPE 2 et apregraves 8 min pour la meacutethode UAEMEPS Le programme se
partage en 5 segments de deacutetection au cours desquels un balayage des rapports mz preacuteciseacute en
tableau 22 a lieu toutes les secondes
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
124
Tableau 22 Programme des rapports mz balayeacutes lors de lrsquoanalyse des extraits obtenus avec les meacutethodes UAESPE 2
et UAEMEPS
Segments
drsquoanalyse
Rapports mz des ions seacutelectionneacutes Composeacutes rechercheacutes
0-8 min Pas drsquoacquisition en masse
8-165 min 91 Toluegravene eacutethylbenzegravene xylegravenes
128 Naphtalegravene
152 Aceacutenaphtylegravene
153 Aceacutenaphtegravene
164 Aceacutenaphtegravene-d10
166 Fluoregravene
165-21 min 51-76-152-164 Aceacutenaphtylegravene aceacutenaphtegravene aceacutenaphtegravene-d10
176-178 Pheacutenanthregravene anthracegravene
21-37 min 101-200-202-203 Fluoranthegravene pyregravene
37-44 min 101-113-114-226-228 Benzo(a)anthracegravene chrysegravene
120-236-240 Benzo(a)anthracegravene-d12
44-73 min 113-126-252 Banzo(b)fluoranthegravene benzo(a)pyregravene
124-138-276 Indeacuteno(123-cd)pyregravene benzo(ghi)perylegravene
139-278 Dibenzo(ah)anthracegravene
La meacutethode drsquoanalyse est appliqueacutee aux extraits obtenus avec les meacutethodes UAESPE 2 et
UAEMEPS
3524 Programme compleacutementaire pour lrsquoeacutelimination de reacutesidus avant et
apregraves analyse par GC-MS
Avant et apregraves chacune des analyses par GC-MS un programme visant agrave eacuteliminer
drsquoeacuteventuels reacutesidus de HAP et BTEX est appliqueacute La tempeacuterature de deacutepart du four est de 80
degC puis la tempeacuterature est augmenteacutee de 30 degCmin jusqursquoagrave 270 degC cette tempeacuterature est
ensuite maintenue pendant 5 min La programmation dure 1133 min avec un deacutebit de 082
mLmin pour le gaz vecteur (heacutelium) La tempeacuterature de lrsquoinjecteur deacutepend des analyses en
cours 200 degC dans le cas de la HS-SPME et 300 degC avant et entre les analyses drsquoextraits
liquides (UAESPE ou UAEMEPS)
3525 Veacuterification des seacuteparations chromatographiques
Calcul du facteur drsquoasymeacutetrie des pics chromatographiques
La qualiteacute des pics chromatographiques est estimeacutee au moyen du calcul drsquoun facteur
drsquoasymeacutetrie Pour ce calcul une droite verticale passant par le sommet du pic
chromatographique au temps de reacutetention du composeacute est traceacutee Une droite horizontale agrave
10 de la hauteur du pic est eacutegalement traceacutee Puis agrave lrsquointersection de ces droites le temps
correspondant agrave la partie droite de la verticale (a) est rapporteacute agrave celui de la partie agrave gauche de
la verticale (b) (figure 47)
Les rapports mz souligneacutes sont utiliseacutes pour mesurer lrsquoaire du pic du composeacute Les valeurs en gras correspondent agrave
lrsquoaceacutenaphthegravene-d10 (mz = 164) et au benzo(a)anthracegravene-d12 (mz = 240) eacutetalons interne ajouteacutes lors de lrsquoutilisation des
meacutethodes UAESPE 2 et UAEMEPS Le toluegravene lrsquoeacutethylbenzegravene les xylegravenes et le naphtalegravene sont rechercheacutes mais ne sont
pas deacutetecteacutes avec les meacutethodes UAESPE 2 et UAEMEPS
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
125
Figure 47 Calcul du facteur drsquoasymeacutetrie
Calcul de lrsquoefficaciteacute des pics chromatographiques
De plus lrsquoefficaciteacute des pics chromatographiques (N) est estimeacutee drsquoapregraves lrsquoeacutequation suivante
N=554 (tR)2
Avec tR le temps de reacutetention et la largeur du pic agrave mi-hauteur
Calcul drsquoune reacutesolution entre pics chromatographiques (R)
Une reacutesolution (R) est deacutetermineacutee entre deux pics chromatographiques drsquoapregraves la formule
R=2(tR2-tR1)(1+2)
Avec tR le temps de reacutetention et la largeur prise agrave 10 de la hauteur du pic tR1 et 1
attribueacutes au pic ayant le temps de reacutetention le plus faible tR2 et 2 au pic ayant le temps de
reacutetention le plus eacuteleveacute la largeur prise agrave 10 de la hauteur du pic a eacuteteacute preacutefeacutereacutee agrave la mesure de largeurs agrave mi-hauteur et de largeurs agrave la base en
raison (i) drsquoeacutepaulements survenant aux alentours de la mi-hauteur de certains pics et (ii) de lrsquoimpossibiliteacute de retour agrave la ligne
de base pour certains pics (lieacutee agrave la deacutetection en mode SIM)
36 Validation des meacutethodes
Pour chaque BTEX et HAP lrsquoaire du pic de lrsquoion seacutelectionneacute pour la deacutetection est rapporteacutee agrave
lrsquoaire du pic de lrsquoeacutetalon interne permettant ainsi drsquoobtenir leur aire relative Les droites
drsquoeacutetalonnage repreacutesentent lrsquoaire relative du composeacute en fonction de sa concentration massique
rapporteacutee agrave lrsquoeacutechantillon en microgkg Les reacutesultats des essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute
intermeacutediaire sont analyseacutes sur la base de reacuteplicats en aires relatives
Le tableau 23 indique lrsquoeacutetalon interne reacutefeacuterent pour chaque groupe de composeacutes en fonction
de la meacutethode drsquoextraction utiliseacutee
Tableau 23 Etalons interne utiliseacutes pour chaque meacutethode drsquoextraction
Composeacutes HS-SPME 1 HS-SPME 2 HS-SPME 3 UAESPE 1 UAESPE 2 UAEMEPS
BTEX No E-d10 E-d10 - - -
HAP leacutegers Noa A-d10 A-d10 n-Nd - A-d10
HAP lourds - - - n-Nd BaA-d12 BaA-d12
No nonane E-d10 eacutethylbenzegravene-d10 A-d10 aceacutenaphthegravene-d10 n-Nd n-nonadeacutecane BaA-d12 benzo(a)anthracegravene-d12 a La meacutethode HS-SPME 1 permet lrsquoanalyse drsquoun seul HAP leacuteger le naphthalegravene
Les BTEX sont le benzegravene toluegravene eacutethylbenzegravene et xylegravenes Les HAP leacutegers sont les composeacutes de masse moleacuteculaire
infeacuterieure ou eacutegale agrave 178 gmol Les HAP lourds ont une masse moleacuteculaire supeacuterieure ou eacutegale agrave 202 gmol (les masses
moleacuteculaires sont indiqueacutees dans le tableau 1)
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
126
361 Lineacuteariteacute et justesse gammes drsquoeacutetalonnage
Les gammes deacutetalonnage sont reacutealiseacutees en utilisant diffeacuterents volumes (preacuteciseacutes en section
332) des solutions de travail contenant les HAP et BTEX (solution HAPBTEX 1 et 2) pour
obtenir une gamme en hydrocarbures aromatiques comprise entre 0 et 10 μgkg en poids
humide 6 points deacutetalonnage (0 2 4 6 8 et 10 microgkg) sont reacutealiseacutes chacun en triple
Des points entre 02 et 2 microgkg (02 05 1 et 2 microgkg) sont effectueacutes (en HS-SPME avec la
fibre PDMS 100 microm et en UAEMEPS) gracircce agrave des volumes croissants (10 agrave 100 microL) de la
solution HAPBTEX 3 Ces points sont eacutegalement reacutealiseacutes en triplicat
Une reacutegression lineacuteaire est appliqueacutee aux courbes repreacutesentant lrsquoaire relative en fonction de la
concentration en hydrocarbures aromatiques Les pentes servent agrave quantifier la preacutesence dans
les fruits La lineacuteariteacute des courbes deacutetalonnage est estimeacutee gracircce au coefficient de
deacutetermination (R2) de la reacutegression lineacuteaire
362 Fideacuteliteacute tests de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire
Les tests de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire sont effectueacutes sur des fruits additionneacutes de
BTEX et de HAP agrave 4 μgkg Ces tests font intervenir le coefficient de variation (CV) qui
correspond agrave lrsquoeacutecart type drsquoune seacuterie de mesures (en aires relatives) rapporteacute agrave sa moyenne
La reacutepeacutetabiliteacute est estimeacutee gracircce au CV calculeacute agrave partir des mesures effectueacutees le mecircme jour
3 mesures par jour sont reacutealiseacutees (n=3) sauf pour la meacutethode HS-SPME 2 avec 4 reacutepeacutetitions
par jour (n=4)
La fideacuteliteacute intermeacutediaire est eacutevalueacutee par la deacutetermination du CV sur les reacuteplicats reacutealiseacutes
chaque jour pendant 3 jours 3 extraits par jour pendant 3 jours sont analyseacutes (n=9) excepteacute
avec la meacutethode HS-SPME 2 pour laquelle le contenu de 4 extraits est deacutetermineacute chaque jour
pendant 3 jours (n=12)
363 Sensibiliteacute limites de deacutetection et de quantification (LOD et LOQ)
Les limites de deacutetection (LOD) et de quantification (LOQ) sont deacutetermineacutees conformeacutement au
recueil international des meacutethodes danalyse (Reacutesolution Oeno 72000) Les limites sont
respectivement deacutecrites comme suit
LOD=3xRxh
LOQ=10xRxh
Le logiciel Shimadzu GCMS solution version 272 permet de deacuteterminer la hauteur du signal
pour chaque point deacutetalonnage ainsi que la hauteur moyenne du bruit de fond autour du pic
dinteacuterecirct (h) Le facteur de reacuteponse quantiteacutesignal (R) correspond agrave la pente de la reacutegression
lineacuteaire de la concentration en hydrocarbures aromatiques en fonction de la hauteur du signal
364 Analyses statistiques des donneacutees
La coheacuterence entre les droites drsquoeacutetalonnage est eacutetudieacutee au moyen des pentes obtenues agrave partir
des meacutethodes UAESPE 2 et HS-SPME 2 pour la pomme la poire la prune et le raisin Les
donneacutees sont traiteacutees avec le logiciel STATGRAPHICS Centurion version XVII (Statpoint
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
127
Technologies Inc) Pour chaque HAP et BTEX les valeurs des pentes (n=3) sont compareacutees
entre les quatre fruits Lrsquoanalyse de la variance (ANOVA) permet la comparaison des
moyennes des 3 valeurs de pentes Lrsquoabsence de diffeacuterence significative entre les moyennes
des pentes est ensuite indiqueacutee par le test HSD (honest significant difference) de Tukey agrave un
niveau de confiance de 95
37 Tests drsquoutilisation des meacutethodologies drsquoextraction
371 Deacutetermination du taux de reacutecupeacuteration apregraves micro-extraction par
solide compacteacute
Le taux de reacutecupeacuteration est deacutetermineacute pour la proceacutedure MEPS et consiste agrave comparer
- les aires relatives drsquoun extrait purifieacute et concentreacute drsquoun facteur 24 par MEPS lrsquoextrait est
obtenu par UAE partir drsquoune pomme il est suppleacutementeacute drsquoun eacutequivalent agrave 4 microgL en HAP
(voir proceacutedure ci-apregraves)
- aux aires relatives obtenues lors de lrsquoinjection directe drsquoune solution dont la concentration
(96 microgL) correspond agrave celle qui doit ecirctre retrouveacutee dans lrsquoeacuteluat si la totaliteacute des analytes sont
reacutecupeacutereacutes apregraves MEPS
4 extraits purifieacutes sont analyseacutes puis les reacutesultats sont compareacutes (extrait par extrait) agrave ceux des
4 injections directes
Pour obtenir lrsquoextrait en UAEMEPS la proceacutedure utilise 20 g de pomme broyeacutee compleacuteteacutes
par de 25 mL drsquoeacutethanol Le flacon en verre blanc de 125 mL (hauteur 10 cm et diamegravetre 45
cm) contenant ce meacutelange est agrave demi-immergeacute dans le bain agrave ultrasons (figure 37) agrave 30 kHz et
30 degC pendant 15 min Lrsquoeacutechantillon est ensuite transfeacutereacute dans des tubes agrave centrifuger en verre
de 35 mL pour ecirctre centrifugeacute agrave 3000 rpm (environ 1200 g) pendant 10 min agrave tempeacuterature
ambiante Le broyat est eacutelimineacute par une eacutetape de filtration sur filtre plisseacute standard en
cellulose de porositeacute 6 agrave 10 microm et de diamegravetre 150 mm (ServilabLAB-ONLINEreg)
Lrsquoextrait liquide reacutecupeacutereacute est placeacute dans une fiole jaugeacutee de 25 mL et additionneacute de 50 microL de
dichloromeacutethane et de 50 microL de solution HAPBTEX 1 (agrave 2 mgL) Le volume est ajusteacute agrave 25
mL par compleacutementation avec de lrsquoeacutethanol
6 x 200 microL de cet extrait sont aspireacutes puis eacutelimineacutes au moyen de la seringue MEPS contenant
le support de type PEP Les composeacutes retenus sur la phase stationnaire PEP de la seringue
MEPS sont eacutelueacutes avec 50 microL de dichloromeacutethane 40 microL de lrsquoeacuteluat sont preacuteleveacutes et
additionneacutes de 10 microL de solution eacutetalon interne 4 contenant du benzo(a)anthracegravene-d12 et de
lrsquoaceacutenaphtegravene-d10 chacun en solution agrave 002 gL dans le dichloromeacutethane 1 microL de ce
meacutelange est injecteacute en GC-MS et 4 deacuteterminations sont reacutealiseacutees
Le taux de reacutecupeacuteration est calculeacute en rapportant les reacutesultats (en aires relatives) de lrsquoanalyse
de cet extrait agrave ceux obtenus lors de lrsquoinjection directe drsquo1 microL drsquoun meacutelange contenant 40 microL
drsquoune solution de HAP agrave 96 microgL (preacutepareacutee avec 240 microL de la solution HAPBTEX 1 placeacutes
dans une fiole de 5 mL compleacuteteacutee avec du dichloromeacutethane) et 10 microL de la solution eacutetalon
interne 4 La solution en injection directe est analyseacutee agrave 4 reprises
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
128
372 Veacuterification de lrsquoaddition de HAP agrave une pomme entiegravere
Une pomme de 60 g est preacuteleveacutee sur le site de lrsquoIUT Lrsquoun des cocircteacutes de cette pomme est perceacute
drsquoun trou de diamegravetre 1 mm pour atteindre le milieu de la chair puis 50 microL drsquoune solution de
HAP agrave 16 mgL (preacutepareacutee avec 4 microL de la solution commerciale de HAP agrave 2000 microgmL dans
5 mL drsquoeacutethanol) sont introduits dans lrsquoorifice La pomme est placeacutee sous une hotte aspirante agrave
tempeacuterature ambiante pendant 1 h La pomme est ensuite seacutepareacutee en 2 moitieacutes lrsquoune (moitieacute
a figure 48) contenant la solution de HAP et lrsquoautre (moitieacute b figure 48) nrsquoayant pas eacuteteacute en
contact avec la solution de HAP
Figure 48 Illustration de la proceacutedure drsquoaddition de HAP agrave une pomme entiegravere
a moitieacute de la pomme contenant la solution de HAP b moitieacute de la pomme nrsquoayant pas eacuteteacute en contact avec les HAP
Les deux moitieacutes de pomme sont deacutebarrasseacutees du trognon et broyeacutees seacutepareacutement afin de subir
chacune une eacutetape drsquoUAE suivie drsquoune purification en MEPS Pour chaque moitieacute 20 g de
broyat sont preacuteleveacutes puis additionneacutes de 100 microL de dichloromeacutethane et 100 microL de solution
eacutetalon interne 3 Chaque broyat est placeacute dans un flacon en verre blanc de 125 mL (hauteur 10
cm et diamegravetre 45 cm) et meacutelangeacute agrave 25 mL drsquoeacutethanol Les flacons sont agrave demi-immergeacutes dans
un bain agrave ultrasons agrave 30 kHz et 30 degC pendant 15 min Les deux eacutechantillons sont ensuite
transfeacutereacutes dans des tubes en verre distincts de 35 mL pour ecirctre centrifugeacutes agrave 3000 rpm
(environ 1200 g) pendant 10 min agrave tempeacuterature ambiante Les extraits issus de chaque moitieacute
de pomme sont ensuite reacutecupeacutereacutes apregraves une eacutetape de filtration sur filtre plisseacute standard en
cellulose de porositeacute 6 agrave 10 microm et de diamegravetre 150 mm (ServilabLAB-ONLINEreg reacutefeacuterence
0601P00024)
Des proceacutedures distinctes de MEPS sont mises en œuvre pour la purification des deux
extraits Cette proceacutedure consiste agrave aspirer puis jeter 6x200 microL drsquoun extrait avec la seringue
MEPS posseacutedant un solide compacteacute de type PEP (polar enhanced polymer) Les HAP sont
eacutelueacutes par aspiration de 50 microL de dichloromeacutethane Lrsquoeacuteluat est reacutecupeacutereacute dans un micro-insert
en verre de 200 microL contenu dans un micro-tube en verre de 15 mL 1 microL de cet eacuteluat est
preacuteleveacute (meacutethode des doubles bulles) directement apregraves la purification par MEPS avec une
seringue de 10 microL et injecteacute manuellement en GC-MS
Lrsquoanalyse de la moitieacute de pomme qui contenait la solution de HAP est ensuite compareacutee agrave
celle de la moitieacute nrsquoayant pas eacuteteacute en contact avec les HAP
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
129
373 Essais de conservation des eacutechantillons et des extraits
3731 Congeacutelation de broyats de pomme additionneacutes de BTEX en vue
drsquoune extraction ulteacuterieure en HS-SPME
20 g de broyat de pomme sont additionneacutes de 40 microL de la solution HAPBTEX 1 Trois
eacutechantillons ainsi preacutepareacutes sont soumis agrave diffeacuterentes conditions de conservation
- Un eacutechantillon est compleacutementeacute avec 60 microL de dichloromeacutethane et additionneacute de 10
microL de la solution eacutetalon interne 1 avant drsquoecirctre soumis agrave lrsquoextraction en HS-SPME puis
est analyseacute le jour mecircme
- Un eacutechantillon est conserveacute pendant 6 semaines au congeacutelateur agrave -20 degC Apregraves
deacutecongeacutelation lrsquoajout de 10 microL de la solution eacutetalon interne 1 ainsi que la
compleacutementation avec 60 microL de dichloromeacutethane sont reacutealiseacutes le jour de lrsquoextraction
HS-SPME
- Un eacutechantillon compleacutementeacute avec 60 microL de dichloromeacutethane et additionneacute de 10 microL
de la solution eacutetalon interne 1 est conserveacute pendant 6 semaines au congeacutelateur agrave -20
degC
Les eacutechantillons conserveacutes au congeacutelateur sont placeacutes dans des flacons en verre blanc de 125
mL (hauteur 10 cm et diamegravetre 45 cm) choisis pour leur embouchure large facilitant la
reacutecupeacuteration du broyat Avant congeacutelation lrsquoair contenu dans le volume vide est chasseacute par un
passage sous flux drsquoazote
Les extraits conserveacute 6 semaines au congeacutelateur agrave -20 degC sont laisseacutes au moins 15 min agrave
tempeacuterature ambiante avant lrsquoapplication de la proceacutedure drsquoextraction en HS-SPME
Les 20 g de broyat de pomme sont placeacutes dans un flacon en verre ambreacute de 125 mL contenant
un barreau aimanteacute Le flacon est ensuite agrave demi-immergeacute dans un bain marie drsquoeau distilleacutee agrave
60degC (figure 37) Une agitation constante (750 tours par min 50 de la vitesse maximum de
lagitateur) est maintenue tout au long de lrsquoextraction Apregraves 15 min deacutequilibre une fibre
posseacutedant un revecirctement mixte CARPDMS (carboxenpolydimeacutethylsiloxane) de 75 μm est
exposeacutee 45 min agrave environ 5 cm au-dessus de lrsquoeacutechantillon dans lrsquoespace gazeux dont le
volume est estimeacute agrave environ 75 cm3 La fibre est ensuite placeacutee manuellement dans lrsquoinsert de
la GC-MS pour deacutesorption
3732 Reacutefrigeacuteration de lrsquoextrait apregraves extraction assisteacutee par les ultrasons
en vue drsquoune purification ulteacuterieure par micro-extraction par solide
compacteacute
20 g de broyat de pomme sont additionneacutes de 40 microL de solution HAPBTEX 1 de 60 microL de
dichloromeacutethane et de 100 microL de solution eacutetalon interne 3 (sans aceacutenaphtegravene-d10) Le broyat
ainsi additionneacute de 4 microgkg en HAP est placeacute dans un flacon de 25 mL en verre blanc de 125
mL (hauteur 10 cm et diamegravetre 45 cm) avec 25 mL drsquoeacutethanol Le flacon est agrave demi-immergeacute
dans le bain agrave ultrasons agrave 30 kHz et 30 degC pendant 15 min Lrsquoeacutechantillon est ensuite transfeacutereacute
dans des tubes en verre de 35 mL pour ecirctre centrifugeacute agrave 3000 rpm (environ 1200 g) pendant
Chapitre 3 Mateacuteriels et Meacutethodes
130
10 min agrave tempeacuterature ambiante puis le broyat est eacutelimineacute par filtration (filtre plisseacute standard
en cellulose de porositeacute 6 agrave 10 microm et de diamegravetre 150 mm)
3 extraits sont ainsi preacutepareacutes puis soumis agrave diffeacuterentes conditions de conservation
- Un extrait UAE est purifieacute en MEPS immeacutediatement apregraves lrsquoextraction puis analyseacute le
mecircme jour
- Un extrait UAE est placeacute pendant 1 week-end au reacutefrigeacuterateur (entre 2 et 6 degC)
- Un extrait UAE est placeacute pendant 1 semaine au reacutefrigeacuterateur (entre 2 et 6 degC)
Les extraits conserveacutes 1 week-end ou une semaine au reacutefrigeacuterateur entre 2 et 6 degC sont laisseacutes
environ 15 min agrave tempeacuterature ambiante avant lrsquoapplication de la proceacutedure de purification en
MEPS
La proceacutedure de MEPS consiste agrave aspirer et eacuteliminer 5x150 microL drsquoextrait avec une seringue
MEPS contenant un sorbant PEP Lrsquoeacutelution des HAP est ensuite reacutealiseacutee par aspiration de 50
microL de dichloromeacutethane et reacutecupeacuteration de lrsquoeacuteluat dans un micro-insert en verre de 200 microL
contenu dans un micro-tube en verre de 15 mL 1 microL de cet eacuteluat est preacuteleveacute (meacutethode des
doubles bulles) directement apregraves la purification par MEPS avec une seringue de 10 microL et
injecteacute manuellement en GC-MS
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques
Partie 41 Approches meacutethodologiques pour la deacutetermination des
hydrocarbures aromatiques monocycliques dans des matrices fruitiegraveres
131
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques
La premiegravere partie de ce chapitre sur les hydrocarbures aromatiques monocycliques (section
41 page 150) est consacreacutee aux meacutethodologies mises en œuvre pour la deacutetermination des
BTEX dans les matrices fruitiegraveres Dans la seconde partie de ce chapitre (section 42 page
187) les meacutethodologies sont appliqueacutees agrave la deacutetermination des hydrocarbures aromatiques
monocycliques dans des pommes reacutecolteacutees en Normandie dans des fruits du commerce et
pour des fruits exposeacutes agrave des gaz drsquoeacutechappement de moteur diesel et agrave des fumeacutees de
combustion de veacutegeacutetaux
Partie 41 Approches meacutethodologiques pour la deacutetermination des
hydrocarbures aromatiques monocycliques dans des matrices fruitiegraveres
Plusieurs approches meacutethodologiques ont eacuteteacute mises en œuvre lors de ce travail pour la
deacutetermination des hydrocarbures aromatiques monocycliques (BTEX) dans les fruits Dans
cette partie les choix de meacutethodes drsquoextraction et drsquoanalyse vont tout drsquoabord ecirctre expliqueacutes
(section 411) La technique drsquoextraction seacutelectionneacutee la micro-extraction en phase solide
dans lrsquoespace de tecircte (HS-SPME) est ensuite optimiseacutee Les diffeacuterents paramegravetres de
deacutesorption de la fibre CARPDMS utiliseacutee en HS-SPME sont notamment modifieacutes dans le but
drsquoeacuteliminer les analytes retenus sur la fibre au cours de lrsquoextraction et drsquoobtenir des pics
gaussiens et reacutesolus lors de la seacuteparation par GC-MS (sections 412 et 413)
Afin de reacuteduire les variabiliteacutes induites par la proceacutedure drsquoextraction et par lrsquoinjection mais
aussi de permettre la quantification des BTEX un eacutetalon interne est utiliseacute Deux composeacutes
sont ainsi testeacutes comme eacutetalon interne le nonane et lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 Le nonane est utiliseacute
comme eacutetalon interne pour la meacutethode HS-SPME 1 la validation de la meacutethodologie sera vue
en section 414 Les reacutesultats des essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire ainsi que
les gammes drsquoeacutetalonnage les limites de deacutetection et de quantification sont preacutesenteacutes pour la
pomme et la poire comme modegraveles de fruit Les mecircmes critegraveres seront valideacutes pour la
meacutethode HS-SPME 2 utilisant lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 comme eacutetalon interne (section 415) Ces
critegraveres seront eacutetudieacutes et compareacutes pour diverses matrices fruitiegraveres (pomme poire prune et
raisin)
Un revecirctement suppleacutementaire de fibres pour lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques
monocycliques par HS-SPME est eacutegalement expeacuterimenteacute il correspond agrave un polymegravere de
type laquo polydimeacutethylsiloxane raquo (PDMS) dont deux eacutepaisseurs diffeacuterentes 30 et 100 microm seront
testeacutees (section 416)
Les meacutethodes HS-SPME sont dans un premier temps valideacutees avec la pomme comme matrice
extraite Les reacutesultats des essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire ainsi que les
gammes drsquoeacutetalonnage les limites de deacutetection et de quantification sont donc preacutesenteacutes pour ce
fruit Les meacutethodes sont ensuite valideacutees pour drsquoautres matrices fruitiegraveres (la poire la prune et
le raisin) Les performances des diffeacuterentes meacutethodologies optimiseacutees sont finalement
compareacutees (section 417)
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
132
411 Choix des meacutethodologies drsquoextraction de seacuteparation et de deacutetection
pour les hydrocarbures aromatiques monocycliques
4111 Choix de la meacutethodologie drsquoextraction pour les hydrocarbures
aromatiques monocycliques
Les meacutethodologies mises en œuvre lors de lrsquoextraction des hydrocarbures aromatiques
monocycliques sont principalement des techniques utilisant un support drsquoextraction
miniaturiseacute telles que lrsquoextraction dynamique en phase solide (SPDE) lrsquoextraction par
sorption sur barreau magneacutetique (SBSE) ou la micro-extraction en phase solide dans lrsquoespace
de tecircte (HS-SPME)
Les BTEX (benzegravene toluegravene eacutethylbenzegravene et xylegravenes) sont des composeacutes tregraves volatils
(tempeacuterature drsquoeacutebullition entre 80 et 150degC) Tregraves hydrophobes les hydrocarbures
aromatiques monocycliques preacutesentent une nature chimique diffeacuterente de la matrice aqueuse
(fruits) dans laquelle ils sont susceptibles drsquoecirctre contenus Ces caracteacuteristiques associeacutees agrave la
tregraves faible proportion en composeacutes hydrophobes (tels que les lipides) dans les fruits favorise la
libeacuteration des BTEX par eacutevaporation
Lrsquoutilisation de lrsquoespace gazeux permet drsquoeacuteviter le contact direct avec la matrice et minimise
la reacutecupeacuteration de composeacutes non volatils preacutesents dans lrsquoeacutechantillon (fruit) Lrsquoun des
inconveacutenients mentionneacute pour la SPME par rapport agrave la SBSE par exemple est la faible
eacutepaisseur du revecirctement Neacuteanmoins les BTEX eacutetant preacutesents en faibles concentrations dans
les eacutechantillons de fruits la capaciteacute drsquoextraction du support SPME ne devrait pas srsquoaveacuterer
ecirctre un facteur limitant au cours de cette eacutetude De plus des travaux preacuteliminaires meneacutes au
laboratoire indiquent que la HS-SPME appliqueacutee pour une dureacutee de 45 min agrave 60 degC constitue
une meacutethode drsquoextraction performante pour la reacutecupeacuteration des BTEX dans des eacutechantillons
de pomme (Poinot 2014) Cette technique et ces conditions drsquoextraction sont donc
seacutelectionneacutees pour extraire les BTEX des fruits cibleacutes dans le cadre de ce travail (pomme
poire prune et raisin)
4112 Choix du revecirctement du support drsquoextraction en HS-SPME
Lrsquoextraction des analytes est deacutependante de lrsquoeacutepaisseur et du type de revecirctement de la fibre
SPME (Doong 2000 King 2003 Purcaro 2013 Ridgway 2007a) Les fibres ayant un
revecirctement fin permettent lrsquoadsorption des composeacutes semi-volatils tandis que les revecirctements
plus eacutepais sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour lrsquoextraction des composeacutes volatils (Kataoka 2000
King 2003) Les proceacutedures drsquoextraction en phase solide reacutealiseacutees dans lrsquoespace de tecircte
utilisent geacuteneacuteralement des supports avec un revecirctement polydimeacutethylsiloxane (PDMS) seul ou
associeacute au carboxen (CARPDMS) pour la reacutecupeacuteration des BTEX Un revecirctement PDMS
(drsquoeacutepaisseur 100 microm) est eacutegalement utiliseacute en HS-SPME pour lrsquoextraction des BTEX agrave partir
drsquoeacutechantillon aqueux (Meneacutendez 2000) La HS-SPME est appliqueacutee agrave lrsquoextraction des BTEX
agrave partir drsquoeacutechantillon de sol gracircce agrave un revecirctement de fibre de type CARPDMS (drsquoeacutepaisseur
75 microm) (Ezquerro 2004) Lrsquoeacutetude preacuteliminaire reacutealiseacutee au laboratoire a eacutegalement permis de
deacuteterminer que le revecirctement CARPDMS (drsquoeacutepaisseur 75 microm) est plus adapteacute agrave lrsquoextraction
en HS-SPME des BTEX agrave partir drsquoeacutechantillons de pomme que le revecirctement
polydimeacutethylsiloxanedivinylbenzegravene (PDMSDVB drsquoeacutepaisseur 65 microm) (Poinot 2014)
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
133
Drsquoapregraves lrsquoensemble de ces donneacutees deux types de fibres lrsquoune ayant un revecirctement mixte
CARPDMS de 75 microm drsquoeacutepaisseur et lrsquoautre un revecirctement PDMS de 100 microm drsquoeacutepaisseur
sont seacutelectionneacutees dans le cadre de la deacutetermination des BTEX dans les fruits cibleacutes par ce
travail
4113 Choix de la meacutethode seacuteparative et de la phase stationnaire
Bien que la seacuteparation des hydrocarbures aromatiques monocycliques par chromatographie
liquide agrave hautes performances (HPLC) ait eacuteteacute deacutecrite dans la litteacuterature la chromatographie en
phase gazeuse (GC) reste la meacutethode chromatographique la plus freacutequemment utiliseacutee pour
ces composeacutes La GC apporte notamment une meilleure reacutesolution et une sensibiliteacute plus
importante que lrsquoHPLC (Campos-Candel 2009) De plus la GC est une technologie
particuliegraverement adapteacutee agrave lrsquoanalyse des composeacutes tregraves volatils que sont les BTEX
Les principales phases stationnaires utiliseacutees pour la seacuteparation des hydrocarbures
aromatiques monocycliques sont apolaires en raison du caractegravere hydrophobe de ces
composeacutes La colonne la plus utiliseacutee pour la seacuteparation des BTEX possegravede une phase
stationnaire composeacutee de 5 pheacutenyl-95 meacutethylpolysiloxane (type DB 5 ou eacutequivalent)
(Gilbert-Loacutepez 2010 Goacuterna-Binkul 1996 Meneacutendez 2000 Poinot 2014) Ce type de
colonne permet une seacuteparation sur une phase stationnaire de polariteacute relativement similaire agrave
celle des BTEX Cette phase stationnaire utiliseacutee dans les premiers travaux sur la pomme
(Poinot 2014) est donc conserveacutee pour reacutealiser lrsquoeacutetude des BTEX dans diverses matrices
fruitiegraveres
4114 Choix de la meacutethode de deacutetection
Les principaux deacutetecteurs coupleacutes agrave la chromatographie en phase gazeuse pour lrsquoanalyse des
BTEX sont le deacutetecteur agrave ionisation de flamme (FID) et le spectromegravetre de masse (MS) Le
FID est par exemple utiliseacute pour la deacutetection des BTEX dans des eacutechantillons de sol et drsquoeau
(Babanezhad 2012 Ezquerro 2004 Meneacutendez 2000)
La spectromeacutetrie de masse notamment appliqueacutee agrave la deacutetection des BTEX dans des extraits
de fruits de leacutegumes drsquoolive et drsquohuile drsquoolive de boissons ainsi que drsquoexsudats de viande
offre une meilleure seacutelectiviteacute et sensibiliteacute que le FID (Benet 2015 Gilbert-Loacutepez 2010
Goacuterna-Binkul 1996 Ridgway 2007b) La deacutetection par spectromeacutetrie de masse est donc
choisie pour lrsquoanalyse des BTEX dans les fruits seacutelectionneacutes pour cette eacutetude
Lrsquoeacutetude de Poinot et al reacutealiseacutee au laboratoire utilise un appareillage de GC-MS eacutequipeacute drsquoun
analyseur de type trappe ionique Saturn 2000 (Agilent Technologies) pour la deacutetermination
des BTEX dans les eacutechantillons de pomme La trappe ionique (itMS) permet lrsquoobtention de
spectres de masse complets mais la gamme de masse est limiteacutee aux ions de faibles masses
moleacuteculaires Cet analyseur preacutesente de plus une perte de reacutesolution pour les gammes
drsquoeacutetalonnage deacutepassant deux deacutecades et une perte de la moitieacute des ions lors de la deacutetection
Un analyseur de masse quadripolaire (qMS) est donc preacutefeacutereacute pour la deacutetection des BTEX dans
cette eacutetude
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
134
4115 Application des meacutethodologies agrave la seacuteparation et agrave la deacutetection des
hydrocarbures aromatiques monocycliques
Les meacutethodes de seacuteparation et de deacutetection sont testeacutees gracircce agrave lrsquoinjection directe de BTEX en
solution dans du dichloromeacutethane Lrsquoinjection directe permet notamment drsquoappreacutecier la
reacutesolution des pics (figure 49)
Figure 49 Chromatogramme obtenu (entre 11 et 27 min) en GC-qMS apregraves injection directe drsquoune solution de BTEX
agrave 10 microgL
Preacutesentation des ions de rapports mz=78 et 91
1 benzegravene 2 toluegravene 3 eacutethylbenzegravene 4 mp-xylegravenes 5 o-xylegravene
Les conditions de seacuteparation sont preacuteciseacutees dans la section 3521 du chapitre 3
La programmation de tempeacuterature permet la bonne seacuteparation des pics des BTEX Cependant
les conditions de seacuteparation (colonne DB 5ms) et de deacutetection (GC-qMS) ne permettent pas
de diffeacuterencier les isomegraveres m- et p-xylegravene qui possegravedent un spectre de masse tregraves proche
Dans les divers travaux sur les BTEX disponibles dans la litteacuterature et utilisant une colonne
chromatographique de phase stationnaire 5 pheacutenyl-95 meacutethylpolysiloxane (de type DB-
5ms) ces deux isomegraveres sont geacuteneacuteralement co-eacutelueacutes (Gilbert-Loacutepez 2010 Goacuterna-Binkul
1996 Meneacutendez 2000) Cette co-eacutelution srsquoexplique par les tempeacuteratures drsquoeacutebullition tregraves
proches pour le m- et le p-xylegravene avec respectivement 1391 degC et 1382 degC En ce qui
concerne lrsquoo-xylegravene sa tempeacuterature drsquoeacutebullition plus eacuteleveacutee 1444 degC permet de le
diffeacuterencier et sa deacutetection se fait indeacutependamment des deux autres
La sensibiliteacute de la deacutetection est ameacutelioreacutee par lrsquoutilisation du mode de seacutelection drsquoions (SIM
single ion monitoring) disponible pour lrsquoanalyseur de masse quadripolaire utiliseacute Le mode
SIM limite la deacutetection agrave certains ions (ratios massecharge) preacutealablement seacutelectionneacutes et non
agrave une deacutetection de lrsquoensemble des spectres de masse La deacutetection seacutelective en MS avec le
mode SIM permet drsquoeacuteviter la deacutetection de composeacutes issus de la matrice et eacuteventuellement co-
eacutelueacutes agrave ceux des analytes Neacuteanmoins le gain en sensibiliteacute peut ecirctre amoindri par la
multiplication des ions deacutetecteacutes En mode SIM lrsquoensemble des rapports massescharges des
ions seacutelectionneacutes sont balayeacutes dans un temps donneacute Le temps consacreacute agrave chaque ion diminue
avec lrsquoaugmentation du nombre drsquoions seacutelectionneacutes induisant ainsi une perte de sensibiliteacute
Afin de pallier ce problegraveme la deacutetection est diviseacutee en plusieurs segments de temps
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
135
comportant chacun un nombre limiteacute drsquoions agrave balayer Des segments sont creacuteeacutes pour la
deacutetection des BTEX (tableau 20 section 3521 page 143) Lrsquoensemble des ions composant
le spectre de masse drsquoun composeacute nrsquoest pas utiliseacute pour la deacutetection en masse Pour un
composeacute donneacute entre 1 et 4 ions (rapports mz) sont seacutelectionneacutes parmi les ions majoritaires
du spectre de masse Le benzegravene est par exemple le seul composeacute rechercheacute dans le segment
srsquoeacutetendant de 11 agrave 165 minutes et deux ions (mz=51 et 78) dont lrsquoion majoritaire (mz=78)
sont utiliseacutes pour permettre de deacutetecter sa preacutesence
412 Optimisation de la proceacutedure de deacutesorption de la fibre apregraves
extraction en HS-SPME
Lors de la preacuteceacutedente eacutetude meneacutee au laboratoire les conditions optimales drsquoextraction des
BTEX ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour des concentrations de lrsquoordre du mgkg dans la pomme
(Poinot 2014) La proceacutedure de deacutesorption mise en place consiste agrave placer la fibre pendant 5
min dans lrsquoinsert de la GC-MS agrave 250degC Les paramegravetres ensuite appliqueacutes pour lrsquoanalyse en
GC-MS sont deacutecrits dans la section 3521 (chapitre 3 page 138)
Dans un premier temps la fibre CARPDMS (drsquoeacutepaisseur 75 microm ayant servi pour les
extractions de BTEX au mgkg dans la pomme) ainsi que les conditions drsquoextraction et
drsquoanalyse sont directement transposeacutees au nouvel appareil de GC-MS Shimadzu QP 2010
acquis par le laboratoire
Les premiegraveres analyses ayant consisteacute agrave reacutealiser des blancs en exposant la fibre au-dessus
drsquoun eacutechantillon de pomme du commerce non additionneacute drsquohydrocarbures aromatiques
reacutevegravelent drsquoimportants pics correspondant aux BTEX A la suite de simples deacutesorptions des
fibres (sans eacutechantillon) dans lrsquoinsert du GC-MS une preacutesence des BTEX est eacutegalement
deacutetecteacutee indiquant une preacutesence reacutesiduelle lieacutee agrave une contamination croiseacutee entre extractions
(figure 50)
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
136
Figure 50 Chromatogramme obtenu lors de la deacutesorption de la fibre dans lrsquoinsert de la GC-MS (blanc)
Deacutetection en mode SIM preacutesentation des ions de rapports mz=78 et 91
tR temps de reacutetention correspondant au benzegravene tR1 au toluegravene tR2 agrave lrsquoeacutethylbenzegravene tR3 aux mp-xylegravenes tR4 et agrave lrsquoo-xylegravene
tR5 Les conditions de seacuteparation sont preacuteciseacutees dans la section 3521 du chapitre 3
Une contamination reacutesiduelle de la fibre nrsquoavait pas eacuteteacute mise en eacutevidence avec le preacuteceacutedent
appareillage de type trappe ionique Saturn 2000 (Agilent Technologies) car lrsquoutilisation du
mode SIM de lrsquoappareil Shimadzu QP 2010 permet la deacutetection drsquoions speacutecifiques aux
composeacutes cibleacutes ce qui ameacuteliore le rapport signalbruit et donc la sensibiliteacute et la seacutelectiviteacute
de la deacutetection des analytes
La proceacutedure de deacutesorption appliqueacutee ne permet pas drsquoeacuteliminer la totaliteacute des composeacutes
extraits au cours des preacuteceacutedentes expeacuterimentations Un nettoyage de la fibre avec un solvant
aurait pu ecirctre envisageacute Les fournisseurs de fibres HS-SPME indiquent la compatibiliteacute des
fibres avec les solvants pouvant ecirctre utiliseacutes pour le rinccedilage Cependant cette pratique nrsquoest
que peu relayeacutee dans la litteacuterature Afin de minimiser la manipulation de solvant et drsquoeacuteviter un
eacuteventuel apport de contaminant une deacutecontamination par deacutesorption thermique reste
privileacutegieacutee
4121 Donneacutees de deacutesorption thermique en HS-SPME dans la litteacuterature
Dans la litteacuterature la meacutethode HS-SPME est une technique freacutequemment rencontreacutee pour
lrsquoextraction des BTEX Les fibres utiliseacutees sont diverses et la tempeacuterature ainsi que la dureacutee
de deacutesorption des fibres est adapteacutee en fonction du type de revecirctement et de la matrice
extraite La gamme de tempeacuteratures utiliseacutee pour la deacutesorption des fibres apregraves lrsquoextraction
des BTEX varie geacuteneacuteralement entre 150 et 280 degC (Doong 2000 Lei 2011 Tankiewicz
2013) Apregraves extraction des BTEX dans des eacutechantillons drsquoeau les fibres ayant un revecirctement
PDMS (100 microm drsquoeacutepaisseur) PDMSDVB (65 microm drsquoeacutepaisseur) et DVBCARPDMS (5030
microm drsquoeacutepaisseur) sont deacutesorbeacutees agrave 260 degC pendant 10 min (Bianchin 2012) Pour lrsquoextraction
des BTEX dans des eacutechantillons aqueux une tempeacuterature de 150 degC pendant 3 min est
appliqueacutee pour la deacutesorption de la fibre PDMS drsquoeacutepaisseur 100 microm (Meneacutendez 2000) Une
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
137
tempeacuterature de 260 degC appliqueacutee agrave une fibre PDMS 100 microm pendant 5 min apparait suffisante
pour la deacutesorption du toluegravene et des xylegravenes apregraves leur extraction drsquoeacutechantillons aqueux
(Tankiewicz 2013) Une tempeacuterature de 265 degC pendant 5 min est utiliseacutee pour la deacutesorption
du toluegravene de lrsquoeacutethylbenzegravene et des xylegravenes drsquoune fibre DVBCARPDMS (5030 microm
drsquoeacutepaisseur) apregraves extraction agrave partir drsquoeacutechantillons drsquohuile (Vichi 2005)
Pour permettre la deacutesorption des BTEX extraits drsquoeacutechantillons de sol une tempeacuterature de 280
degC pendant 10 min est appliqueacutee agrave une fibre ayant un revecirctement CARPDMS (drsquoeacutepaisseur 75
microm) identique agrave celui utiliseacute pour les eacutechantillons de pomme par Ezquerro et al (Ezquerro
2004)
4122 Paramegravetres seacutelectionneacutes pour la deacutesorption de la fibre HS-SPME
Lrsquoutilisation de tempeacuteratures eacuteleveacutees et trop proches de la tempeacuterature maximale toleacutereacutee par la
fibre CARPDMS (320 degC) est susceptible drsquoengendrer son usure preacutematureacutee De plus la
tempeacuterature de 250 degC initialement seacutelectionneacutee pour la deacutesorption de la fibre est coheacuterente
avec celles rencontreacutees dans la litteacuterature Une tempeacuterature de 250 degC est donc conserveacutee pour
la deacutesorption de la fibre CARPDMS drsquoeacutepaisseur 75 microm apregraves extraction en HS-SPME des
BTEX dans les eacutechantillons de pomme
La tempeacuterature de deacutesorption nrsquoeacutetant pas modifieacutee une deacutesorption plus longue doit ecirctre mise
en place Apregraves avoir eacuteteacute placeacutee 5 minutes dans lrsquoinsert de la GC-MS QP 2010 pour
deacutesorption et analyse des BTEX la fibre subit une eacutetape de conditionnement durant laquelle
elle est de nouveau placeacutee dans lrsquoinsert pendant 30 minutes agrave 250 degC Ainsi deux eacutetapes
distinctes sont appliqueacutees agrave la fibre lrsquoune de deacutesorption pour lrsquoanalyse des composeacutes drsquointeacuterecirct
et lrsquoautre de conditionnement afin drsquoassurer lrsquoeacutelimination des analytes avant lrsquoutilisation
suivante
Afin drsquoobserver lrsquoimpact de cette nouvelle eacutetape de conditionnement sur lrsquoeacutelimination des
BTEX preacutesents sur la fibre lrsquoanalyse correspondant agrave une fibre exposeacutee dans lrsquoespace de tecircte
drsquoun eacutechantillon de pomme additionneacute de BTEX agrave 4 microgkg est compareacutee agrave lrsquoanalyse de cette
mecircme fibre apregraves 30 min de deacutesorption agrave 250 degC (tableau 24)
Tableau 24 Evaluation de lrsquoeacutetape de conditionnement (30 min 250 degC) sur la preacutesence des BTEX sur la fibre SPME
de type CARPDMS
Analyse drsquoune fibre exposeacutee agrave
une pomme additionneacutee de
BTEX agrave 4 microgkg
Analyse de la fibre apregraves 30
min agrave 250 degC
Pourcentage
approximatif
de BTEX
restant sur la
fibre
Aire brute Hauteur du pic Aire brute Hauteur du pic
Benzegravene 41954 3933 2260 172 5
Toluegravene 159524 10427 7797 178 5
Ethylbenzegravene 149282 14502 393 22 lt05
mp-Xylegravenes 433973 35576 41971 1754 10
o-Xylegravene 313346 29788 492 36 lt05
Lrsquoeacutetape de conditionnement apparaicirct efficace pour eacuteliminer les composeacutes restant
potentiellement adsorbeacutes sur la fibre apregraves lrsquoanalyse Apregraves 30 min passeacutees agrave 250 degC
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
138
lrsquoanalyse de la fibre montre une preacutesence neacutegligeable de BTEX correspondant agrave moins de 10
en aire brute de ce qui est retrouveacute lors de lrsquoanalyse de la fibre apregraves exposition agrave une
additionneacutees de BTEX agrave 4 microgkg (tableau 24)
Ce temps de conditionnement assez long assure lrsquoeacutelimination de la quasi-totaliteacute des analytes
retenus sur la fibre il est coheacuterent avec la recherche de faibles concentrations en
hydrocarbures aromatiques
Afin drsquoeacuteviter des contaminations croiseacutees entre analyses se caracteacuterisant par un report des
analytes drsquoune extraction agrave une autre un outil indeacutependant deacutedieacute au nettoyage de la fibre par
deacutesorption thermique est mis en place Apregraves avoir eacuteteacute placeacutee dans lrsquoinsert de la GC-MS QP
2010 pour deacutesorption et analyse des BTEX la fibre subit une eacutetape de conditionnement ougrave
elle est placeacutee 30 minutes agrave 250degC dans lrsquoinsert drsquoun autre chromatographe (Varian 3800 GC
Agilent Technologies Santa Clara US) dans lequel circule un flux drsquoazote
4123 Application de la HS-SPME agrave la deacutetermination des BTEX preacutesents
agrave faibles concentrations (microgkg) dans la pomme
Lors de la preacuteceacutedente eacutetude avec lrsquoappareil de GC-MS Saturn 2000 (Agilent Technologies)
les niveaux eacutetudieacutes eacutetaient de lrsquoordre du mgkg La sensibiliteacute de lrsquoappareil Shimadzu QP
2010 en mode SIM a permis drsquoenvisager lrsquoanalyse des hydrocarbures aromatiques en plus
faibles concentrations La gamme drsquoeacutetude en BTEX est maintenant comprise entre 0 et 10
microgkg ce qui correspond agrave des concentrations susceptibles drsquoecirctre retrouveacutees dans des
eacutechantillons naturels (Goacuterna-Binkul 1996 Fleming-Jones 2003)
La fibre utiliseacutee pour reacutealiser les premiers tests avait eacuteteacute utiliseacutee lors de lrsquoeacutetude preacuteliminaire
meneacutee au laboratoire et avait subi de tregraves nombreuses extractions (estimeacutees agrave plus de 200)
avec des concentrations en BTEX de plusieurs mgkg La fibre est donc susceptible de se
trouver dans un eacutetat drsquousure avanceacute ce qui peut modifier ses capaciteacutes de reacutetention et
engendrer des conditions drsquoextraction peu reproductibles
Une fibre CARPDMS 75 microm neuve est donc utiliseacutee pour reacutealiser lrsquoextraction des BTEX agrave
partir drsquoune pomme pollueacutee agrave 4 microgkg avec la meacutethode HS-SPME Lrsquoutilisation de cette
nouvelle fibre drsquoextraction conduit agrave lrsquoapparition de laquo plateaux raquo agrave la suite des pics des
composeacutes drsquointeacuterecirct (figure 51)
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
139
Figure 51 Chromatogramme obtenu en GC-qMS apregraves analyse drsquoune nouvelle fibre HS-SPME (CARPDMS 75 microm)
exposeacutee agrave une pomme additionneacutee de BTEX agrave 4 microgkg
Gradient de tempeacuterature tempeacuterature initiale 40 degC maintenue 2 min 2 degCmin jusqursquoagrave 55 degC maintenue 5 min 4 degCmin
jusqursquoagrave 100 degC maintenue 5 min 2 degCmin jusqursquoagrave 150 degC maintenue 5 min 30 degCmin jusqursquoagrave 300 degC maintenue 10 min Deacutetection en mode SIM selon les conditions preacutesenteacutees en section 3521 preacutesentation des ions de rapports mz=78 (de 13 agrave
165 min) et 91 (de 165 agrave 30 min)
1 benzegravene 2 toluegravene 3 eacutethylbenzegravene 4 mp-xylegravenes 5 o-xylegravene
Le lot de fibre a dans un premier temps eacuteteacute incrimineacute Une fibre provenant drsquoun autre lot
conduit agrave un reacutesultat similaire avec des pics traicircnants Ces problegravemes non mentionneacutes dans la
litteacuterature nrsquoont jamais eacuteteacute rapporteacutes aupregraves du fournisseur qui a eacuteteacute contacteacute Les laquo plateaux raquo
agrave la suite des pics nrsquoeacutetant pas preacutesents lors des expeacuterimentations avec la fibre laquo ancienne raquo il
peut ecirctre envisageacute qursquoelle posseacutedait des sites de fixation profonds satureacutes par de preacuteceacutedentes
extractions avec de fortes quantiteacutes drsquohydrocarbures aromatiques (mgkg) Les sites profonds
eacutetant satureacutes les composeacutes extraits srsquoadsorberaient seulement sur les sites situeacutes en surface
Ces sites de surface pouvant potentiellement ecirctre rapidement deacutesorbeacutes les pics obtenus
preacutesentaient un retour rapide agrave la ligne de base
Afin drsquooptimiser la forme des pics diffeacuterentes dureacutees et tempeacuteratures de deacutesorption de la fibre
neuve au niveau de lrsquoinsert sont testeacutees Lrsquoefficaciteacute (exprimeacutee par le nombre N de plateaux
theacuteoriques) est deacutetermineacutee pour les BTEX dans chacune des conditions et la forme des pics
avec la nouvelle fibre est appreacutecieacutee (tableau 25) par le calcul drsquoun facteur drsquoasymeacutetrie
(formules en section 3525 p 147)
Tableau 25 Effet de la modification des conditions de deacutesorption sur lrsquoefficaciteacute chromatographique (nombre de
plateaux) et sur le facteur drsquoasymeacutetrie des pics de BTEX
Conditions de deacutesorption
Dureacutee de deacutesorption 5 min 2 min 1 min 1 min
200 degC Tempeacuterature de deacutesorption 250 degC 250 degC 250 degC
N ab N ab N ab N ab
Benzegravene 93519 021 80724 011 83823 018 78663 044
Toluegravene 123615 004 73529 008 83939 016 124587 018
Ethylbenzegravene 235239 017 142459 019 142657 030 212678 032
mp-Xylegravenes 62108 011 102847 023 93050 039 122387 035
o-Xylegravene 96680 008 131099 023 168612 040 343195 041
N efficaciteacute exprimeacutee par le nombre de plateaux theacuteoriques pour la colonne chromatographique
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
140
ab facteur drsquoasymeacutetrie
Une dureacutee relativement longue (5 min) est favorable agrave une deacutesorption de la majeure partie des
analytes pour leur passage dans la colonne drsquoun GC-MS Lors de lrsquoutilisation drsquoune fibre
neuve les hydrocarbures aromatiques sont susceptibles de srsquoadsorber sur des sites de fixation
situeacutes en surface et en profondeur Cette diffeacuterence drsquoadsorption peut geacuteneacuterer lors de la
deacutesorption une libeacuteration des composeacutes volatils agrave des temps diffeacuterents ce qui se traduit par
lrsquoapparition de pics traicircnants Lrsquoapparition de ces pics asymeacutetriques entraicircne des
chevauchements importants notamment entre les pics de lrsquoeacutethylbenzegravene et des mp-xylegravenes
(figure 51) Pour ces analytes une diminution du temps de deacutesorption (5 min 2 min puis 1
min) pour une mecircme tempeacuterature de 250degC permet de diminuer largement lrsquoasymeacutetrie des
pics (tableau 25) Pour exemple le facteur drsquoasymeacutetrie (ab) du pic de lrsquoeacutethylbenzegravene de 017
pour 5 min de deacutesorption atteint 030 pour 1 min de deacutesorption Pour autant lrsquoefficaciteacute (N)
reste relativement constante pour les BTEX composeacutes les moins volatils et ce quel que
soient les temps de deacutesorption (tableau 25)
Pour un mecircme temps de deacutesorption de 1 min la reacuteduction de lrsquoeacutecart de tempeacuterature entre
lrsquoinsert (200degC au lieu de 250degC) et lrsquoentreacutee de la colonne (40degC) a peu drsquoinfluence sur la
symeacutetrie des pics de BTEX (tableau 25) Des facteurs drsquoasymeacutetrie similaires sont trouveacutes pour
les pics du toluegravene de lrsquoeacutethylbenzegravene et des xylegravenes Pour la majoriteacute des composeacutes
lrsquoefficaciteacute (N) est cependant nettement ameacutelioreacutee par la diminution de la tempeacuterature de
lrsquoinsert de 250 agrave 200 degC (tableau 25) Pour les BTEX les moins volatils (eacutethylbenzegravene et
xylegravenes) lrsquoefficaciteacute des pics est ainsi augmenteacutee de facteurs 13 agrave 20 Les analytes ne variant
pas au niveau de leur temps de reacutetention seule la largeur du pic (largeur agrave 10 de la hauteur
du pic) est alors diminueacutee ce qui conduit agrave lrsquoobtention de pics plus fins
La reacutesolution calculeacutee entre les pics de lrsquoeacutethylbenzegravene (pic ndeg1 figure 52) et des mp-xylegravenes
(pic ndeg2 figure 52) en utilisant la largeur des pics agrave 10 (selon la formule preacuteciseacutee en
section 3525 chapitre 3 p 148) passe de 06 pour une deacutesorption de 5 min agrave 15 pour une
deacutesorption de 1 min agrave 200 degC La diminution de la dureacutee de deacutesorption (5 min agrave 1 min) ainsi
que de la tempeacuterature de deacutesorption (250degC agrave 200degC) permet surtout drsquoameacuteliorer la reacutesolution
entre les pics de lrsquoeacutethylbenzegravene et des mp-xylegravenes (figure 52) Leurs pics preacutesentent la
diffeacuterence de temps de reacutetention la plus faible entre analytes cibleacutes et nrsquoauraient pu ecirctre
correctement quantifieacutes au moyen des conditions initiales de deacutesorption
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
141
Figure 52 Optimisation des paramegravetres de deacutesorption de la fibre drsquoextraction
Chromatogrammes obtenus en GC-MS apregraves extraction HS-SPME drsquoun eacutechantillon de pomme pollueacute par les hydrocarbures
aromatiques agrave 4 microgkg
Gradient de tempeacuterature tempeacuterature initiale 40 degC maintenue 2 min 2 degCmin jusqursquoagrave 55 degC maintenue 5 min 4 degCmin
jusqursquoagrave 100 degC maintenue 5 min 2 degCmin jusqursquoagrave 150 degC maintenue 5 min 30 degCmin jusqursquoagrave 300 degC maintenue 10 min Deacutetection en mode SIM preacutesentation de lrsquoion de rapport mz=91
a tempeacuterature de deacutesorption 250 degC temps de deacutesorption 5 min
b tempeacuterature de deacutesorption 200 degC temps de deacutesorption 1 min
1 eacutethylbenzegravene 2 mp-xylegravenes 3 o-xylegravene
Lrsquoensemble de la proceacutedure de deacutesorption de la fibre utiliseacutee en HS-SPME a eacuteteacute optimiseacute
Lrsquoapplication drsquoune tempeacuterature de 200 degC pendant 1 min pour la deacutesorption de la fibre
permet drsquoobtenir des pics reacutesolus lors de lrsquoanalyse des BTEX Lrsquoeacutelimination des composeacutes
restant adsorbeacutes apregraves lrsquoanalyse est ensuite assureacutee par un conditionnement agrave 250 degC pendant
30 min Lrsquoapplication de ces conditions constitue une eacutetape indispensable pour permettre
lrsquoanalyse des composeacutes agrave lrsquoeacutetat de trace
413 Optimisation de la proceacutedure drsquoextraction en HS-SPME
4131 Veacuterification de lrsquoutilisation du nonane comme eacutetalon interne pour
la proceacutedure drsquoextraction en HS-SPME (meacutethode HS-SPME 1)
La premiegravere eacutetape de lrsquooptimisation de la proceacutedure drsquoextraction consiste agrave ajouter un eacutetalon
interne aux eacutechantillons afin de reacuteduire les variabiliteacutes induites agrave la fois par lrsquoextraction et
lrsquoinjection en GC-MS pour permettre une quantification adeacutequate des BTEX
Le nonane qui appartient agrave la famille des hydrocarbures est drsquoabord seacutelectionneacute comme eacutetalon
interne Ce composeacute dont la masse moleacuteculaire (MM=128 gmol) et la tempeacuterature
drsquoeacutebullition (150 degC) sont proches de celles des BTEX (MM de 78 agrave 106 gmol et
tempeacuteratures drsquoeacutebullition de 80 agrave 144 degC) est geacuteneacuteralement non preacutesent dans les matrices
fruitiegraveres qui contiennent principalement des alcanes lineacuteaires avec un nombre pair de
carbones Le nonane a eacutegalement pour avantage drsquoecirctre stable et drsquoavoir une dureacutee de
conservation longue en solution par rapport aux eacutetalons deuteacutereacutes Les premiegraveres extractions en
HS-SPME visent agrave veacuterifier la capaciteacute drsquoadsorption du nonane sur la fibre drsquoextraction et
lrsquoabsence drsquointerfeacuterence avec des pics associeacutes aux composeacutes de la matrice fruitiegravere Lrsquoion
majoritaire utiliseacute pour lrsquointeacutegration du pic du nonane ainsi que son temps de reacutetention ne
correspondent agrave aucun BTEX et agrave aucun composant de la pomme (figure 53) Aucune
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
142
confusion entre le pic de lrsquoeacutetalon interne et ceux correspondants aux composeacutes drsquointeacuterecirct nrsquoest
possible Le nonane semble donc ecirctre un eacutetalon interne adapteacute agrave la meacutethode HS-SPME
Figure 53 Chromatogramme obtenu en GC-qMS avec la meacutethode HS-SPME 1 pour une pomme additionneacutee de
BTEX agrave 10 microgkg et de nonane agrave 500 microgkg
Gradient de tempeacuterature tempeacuterature initiale 40 degC maintenue 2 min 2 degCmin jusqursquoagrave 55 degC maintenue 5 min 4 degCmin
jusqursquoagrave 100 degC maintenue 5 min 60 degCmin jusqursquoagrave 200 degC 2 degCmin jusqursquoagrave 250 degC 30 degCmin jusqursquoagrave 300 degC
maintenue 5 min
Deacutetection en mode SIM preacutesentation des ions de rapports mz=78 (de 13 agrave 165 min) 91 (de 165 agrave 30 min) et 43 (de 24 agrave 30
min)
1 benzegravene 2 toluegravene 3 eacutethylbenzegravene 4 mp-xylegravenes 5 o-xylegravene EI eacutetalon interne (nonane)
Une gamme drsquoeacutetalonnage est ensuite effectueacutee afin de veacuterifier dans un premier temps la
lineacuteariteacute de la reacuteponse obtenue en GC-MS en fonction de la quantiteacute de BTEX introduite
entre 0 et 10 microgkg
Lrsquoajout des BTEX ainsi que lrsquoeacutetalon interne agrave la matrice induit un apport de solvant Lrsquoimpact
de lrsquointroduction de solvant sur lrsquoextraction est eacutetudieacute (tableau 26) en comparant les
chromatogrammes obtenus apregraves HS-SPME 1 pour une pomme (20 g de broyat) additionneacutee
de nonane (10 microL agrave 1 mgmL) condition 1 et pour une pomme (20 g de broyat) agrave laquelle est
ajouteacute le nonane (10 microL agrave 1 mgmL) et 200 microL de solvant (dichloromeacutethane) condition 2 Ce
dernier ajout a pour but de simuler lrsquoapport de solvant geacuteneacutereacute lors de la reacutealisation de la
gamme drsquoeacutetalonnage Les aires brutes obtenues pour le pic du nonane lors des 3 essais
reacutealiseacutes sont preacutesenteacutees pour chacune des deux conditions (tableau 26)
Tableau 26 Aires brutes du nonane (500 microgkg) en preacutesence ou absence de dichloromeacutethane
Condition 1 Condition 2
Aires brutes du nonane 128639 35543
177806 72573
150922 31619
Moyenne 152456 46578 Aires brutes obtenues pour le nonane (500 microgkg) en GC-MS apregraves extraction en HS-SPME drsquoune pomme (20 g de broyat)
additionneacutee de nonane (condition 1) ou additionneacutee de nonane et de dichloromeacutethane (200 microL) (condition 2)
Les conditions de seacuteparation et de deacutetection sont preacuteciseacutees dans la section 3521 du chapitre 3
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
143
Lrsquoaire brute est 3 fois plus importante pour le nonane lorsqursquoil est introduit seul dans
lrsquoeacutechantillon de pomme (condition 1 tableau 26) Lrsquoextraction du nonane est moins efficace
lorsqursquoil est additionneacute au broyat avec un ajout de solvant (condition 2 tableau 26)
Neacuteanmoins dans les deux conditions le nonane reste largement quantifiable avec un rapport
signalbruit tregraves supeacuterieur agrave 10
Dans la litteacuterature lrsquoaddition de solvant en HS-SPME est geacuteneacuteralement effectueacutee pour
faciliter le passage des composeacutes drsquointeacuterecirct fortement adsorbeacutes agrave la matrice dans la phase
gazeuse Cependant la preacutesence de solvant organique tel que le dichloromeacutethane peut megravener agrave
une diminution de lefficaciteacute dextraction des HAP dans les leacutegumes (Lei 2011) Ce
pheacutenomegravene correspond agrave celui observeacute lors de lrsquoextraction du nonane en HS-SPME apregraves
ajout du dichloromeacutethane La reacutealisation de la courbe drsquoeacutetalonnage preacutevoit lrsquoajout de volumes
croissants de la solution HAPBTEX 1 preacutepareacutee dans le dichloromeacutethane La reacuteponse du
nonane obtenue en GC-MS pouvant varier en fonction du volume de solution HAPBTEX 1
introduit le volume de solvant additionneacute agrave lrsquoeacutechantillon est maintenu constant Lors de la
reacutealisation de la gamme drsquoeacutetalonnage le volume de solution HAPBTEX 1 ajouteacute varie entre
0 et 100 microL cet ajout est compleacutementeacute systeacutematiquement par du dichloromeacutethane pour
maintenir le volume introduit constant Ce compleacutement en dichloromeacutethane assure le maintien
de conditions drsquoextraction similaires pour lrsquoensemble des eacutechantillons et ainsi une reacuteponse
stable de lrsquoeacutetalon interne Des proportions identiques entre la masse de broyat et les quantiteacutes
drsquoeacutetalon interne et de solvant introduites sont respecteacutees pour les eacutechantillons additionneacutes ou
non de HAP et BTEX
La proceacutedure drsquoextraction ayant eacuteteacute optimiseacutee par lrsquoajout drsquoun eacutetalon interne et par le
maintien drsquoun volume constant introduit dans lrsquoeacutechantillon une veacuterification de la
conservation des eacutechantillons de pomme broyeacutee est reacutealiseacutee
4132 Choix du mode de conservation pour les eacutechantillons de pomme
broyeacutee
La pomme est un fruit ayant une dureacutee de conservation longue Cependant la reacutecolte des
pommes est saisonniegravere regroupeacutee sur une peacuteriode assez courte drsquoenviron 3 agrave 4 mois (de
septembre agrave deacutecembre dans lrsquoheacutemisphegravere nord)
Dans le but de mener des campagnes de preacutelegravevement dans la peacuteriode de maturiteacute des fruits
puis de les analyser ulteacuterieurement un mode de conservation des eacutechantillons a eacuteteacute rechercheacute
Dans la litteacuterature des meacutethodes de lyophilisation congeacutelation ou reacutefrigeacuteration sont utiliseacutees
pour la conservation des aliments contamineacutes par les hydrocarbures aromatiques (Ashraf
2012 Fleming-Jones 2003 Purcaro 2009 Camargo 2003) Neacuteanmoins il nrsquoexiste aucune
donneacutee agrave notre connaissance comparant les quantiteacutes drsquohydrocarbures aromatiques avant et
apregraves la conservation des eacutechantillons
La lyophilisation est une proceacutedure reacutepandue pour conserver les eacutechantillons elle a
notamment eacuteteacute utiliseacutee pour des eacutechantillons de viandes contamineacutes par des hydrocarbures
aromatiques polycycliques (Purcaro 2009) Neacuteanmoins ce mode de conservation nrsquoa pas eacuteteacute
retenu en raison du processus drsquoeacutevaporation drastique mis en jeu qui peut induire des pertes
en BTEX composeacutes tregraves volatils et apolaires contenus dans des matrices aqueuses
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
144
Des pertes importantes (jusqursquoagrave 100 ) de composeacutes volatils tels que le d-limonegravene et le
myrcegravene sont notamment observeacutees apregraves lyophilisation du pamplemousse (Vanamala 2005)
Pour la peau du raisin la lyophilisation entraicircne une perte significative (niveau de confiance
0005) de certains terpegravenes (menthol neacuterol et trans-geacuteraniol) dont la structure est
relativement proche de celles des hydrocarbures aromatiques monocycliques (de Torres
2010)
Avant lrsquoanalyse des BTEX dans des aliments Fleming-Jones et al ont mixeacute puis conserveacute les
eacutechantillons au congeacutelateur (Fleming-Jones 2003) La congeacutelation apparaicirct donc ecirctre une
option de conservation favorable En raison des faibles tempeacuteratures preacutesentes au cours de la
congeacutelation le risque de perte de composeacutes sensibles semble moins important que durant la
reacutefrigeacuteration Lrsquoimpact de ce mode de conservation sur le contenu en BTEX dans 20 g de
broyat de pomme a donc eacuteteacute testeacute Le flaconnage choisi pour la conservation possegravede une
embouchure large pour faciliter la reacutecupeacuteration de lrsquoeacutechantillon De plus avant la congeacutelation
de lrsquoeacutechantillon lrsquoair contenu dans le volume vide est chasseacute par un passage sous flux drsquoazote
gaz inerte avec lequel lrsquoeacutechantillon nrsquoa pas drsquointeraction minimisant ainsi le processus
drsquooxydation
Des tests de conservation effectueacutes agrave partir de 20 g de broyat de pomme additionneacute de BTEX
agrave 4 microgkg consistent agrave comparer 3 conditions
- Ajout drsquoeacutetalon interne et compleacutementation avec le dichloromeacutethane puis extraction en
HS-SPME le jour mecircme (J0)
- Ajout drsquoeacutetalon interne et compleacutementation avec le dichloromeacutethane puis congeacutelation
pendant 6 semaines agrave -20degC Deacutecongeacutelation (minimum 15 min agrave tempeacuterature
ambiante) puis extraction en HS-SPME (S6a)
- Congeacutelation pendant 6 semaines agrave -20degC Deacutecongeacutelation (minimum 15 min agrave
tempeacuterature ambiante) puis ajout drsquoeacutetalon interne et compleacutementation avec le
dichloromeacutethane le jour de lrsquoextraction en HS-SPME (S6b)
En figure 54 les reacutesultats en aires relatives apregraves extraction en HS-SPME des BTEX sont
compareacutes pour des eacutechantillons de pomme conserveacutes dans ces diffeacuterentes conditions
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
145
Figure 54 Comparaison des aires relatives obtenues en HS-SPME pour une pomme additionneacutee de BTEX agrave 4 microgkg
dans diffeacuterentes conditions de conservation
Pour chaque condition lrsquoaire relative repreacutesenteacutee correspond agrave la moyenne de 2 deacuteterminations (n=2)
Les barres drsquoerreurs correspondent aux eacutecarts entre les 2 deacuteterminations
x10 les aires relatives pour le toluegravene lrsquoeacutethylbenzegravene les mp-xylegravenes et lrsquoo-xylegravene ont eacuteteacute diviseacutees par 10 pour ecirctre agrave la
mecircme eacutechelle que le benzegravene
J0 addition de BTEX agrave 4 microgkg agrave 20 g de broyat de pomme puis ajout drsquoeacutetalon interne et compleacutementation avec le
dichloromeacutethane suivi de lrsquoextraction en HS-SPME le jour mecircme
S6a addition de BTEX agrave 4 microgkg agrave 20 g de broyat de pomme puis ajout drsquoeacutetalon interne et compleacutementation avec le
dichloromeacutethane congeacutelation pendant 6 semaines agrave -20degC Deacutecongeacutelation (minimum 15 min agrave tempeacuterature ambiante) suivie
de lrsquoextraction en HS-SPME
S6b addition de BTEX agrave 4 microgkg agrave 20 g de broyat de pomme puis congeacutelation pendant 6 semaines agrave -20degC Deacutecongeacutelation
(minimum 15 min agrave tempeacuterature ambiante) puis ajout drsquoeacutetalon interne et compleacutementation avec le dichloromeacutethane suivi de
lrsquoextraction en HS-SPME
Une faible dispersion des aires relatives est observeacutee (figure 54) pour lrsquoeacutechantillon nrsquoayant
pas subi drsquoeacutetape de conservation (J0) Au contraire une variabiliteacute tregraves importante des aires
relatives est observeacutee lorsque lrsquoeacutetalon interne et le solvant sont ajouteacutes avant la congeacutelation de
lrsquoeacutechantillon (S6a) Lorsque lrsquoeacutetalon interne et le solvant sont ajouteacutes apregraves la deacutecongeacutelation
de lrsquoeacutechantillon (S6b) les aires relatives sont quasi nulles et difficilement comparables agrave
celles retrouveacutees avec les autres conditions de stockage
Lrsquohistogramme de la figure 54 montre que la congeacutelation (aussi bien dans les conditions S6a
que S6b) ne permet pas de retrouver les mecircmes aires relatives que lorsque lrsquoeacutechantillon nrsquoest
pas soumis agrave une proceacutedure de conservation La congeacutelation nrsquoest donc pas un mode de
conservation favorable pour les BTEX dans la pomme
Afin drsquoobserver lrsquoeacutevolution des composeacutes indeacutependamment du comportement de lrsquoeacutetalon
interne les aires brutes sont eacutegalement preacutesenteacutees (figure 55) pour les mecircmes conditions de
conservation du broyat de pomme additionneacute en BTEX agrave 4 gkg
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
146
Figure 55 Comparaison des aires brutes obtenues en HS-SPME pour une pomme additionneacutee de BTEX agrave 4 microgkg
dans diffeacuterentes conditions de conservation Pour chaque condition lrsquoaire brute repreacutesenteacutee correspond agrave la moyenne de 2 deacuteterminations (n=2)
Les barres drsquoerreurs correspondent aux eacutecarts entre les 2 deacuteterminations
x10 les aires brutes pour les mp-xylegravenes et lrsquoo-xylegravene ont eacuteteacute diviseacutees par 10 pour ecirctre agrave la mecircme eacutechelle que le benzegravene le
toluegravene et lrsquoeacutethylbenzegravene
x100 les aires brutes pour le nonane ont eacuteteacute diviseacutees par 100 pour ecirctre agrave la mecircme eacutechelle que le benzegravene le toluegravene et
lrsquoeacutethylbenzegravene
J0 addition de BTEX agrave 4 microgkg agrave 20 g de broyat de pomme puis ajout drsquoeacutetalon interne et compleacutementation avec le
dichloromeacutethane suivi de lrsquoextraction en HS-SPME le jour mecircme
S6a addition de BTEX agrave 4 microgkg agrave 20 g de broyat de pomme puis ajout drsquoeacutetalon interne et compleacutementation avec le
dichloromeacutethane congeacutelation pendant 6 semaines agrave -20degC Deacutecongeacutelation (minimum 15 min agrave tempeacuterature ambiante) suivie
de lrsquoextraction en HS-SPME
S6b addition de BTEX agrave 4 microgkg agrave 20 g de broyat de pomme puis congeacutelation pendant 6 semaines agrave -20degC Deacutecongeacutelation
(minimum 15 min agrave tempeacuterature ambiante) puis ajout drsquoeacutetalon interne et compleacutementation avec le dichloromeacutethane suivi de
lrsquoextraction en HS-SPME
Pour lrsquoeacutechantillon nrsquoayant pas subi drsquoeacutetape de conservation (J0) les valeurs drsquoaires brutes
sont faiblement variables (figure 55) Apregraves 6 semaines de congeacutelation agrave -20 degC les aires
brutes des BTEX initialement additionneacutes seuls au broyat de pomme (conditions S6b) sont
reacuteduites de 80 agrave 90 compareacutees aux valeurs brutes des BTEX pour lrsquoeacutechantillon non
conserveacute (J0) Dans les conditions S6a ougrave les BTEX et lrsquoeacutetalon interne sont conserveacutes 6
semaines au congeacutelateur les reacutesultats bruts sont tregraves variables mais montrent globalement une
tendance agrave la diminution par rapport aux aires obtenues avec lrsquoeacutechantillon non conserveacute (J0)
Dans ces conditions de conservation (S6a) le nonane subit une perte de pregraves de 90 par
rapport agrave lrsquoajout initial (figure 55)
Il apparaicirct que les conditions de conservation testeacutees engendrent une perte drsquoune part
importante et variable des BTEX et du nonane apregraves 6 semaines de congeacutelation agrave -20 degC Du
fait de lrsquoimpact neacutegatif de la congeacutelation sur la quantiteacute de nonane et de BTEX dans
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
147
lrsquoeacutechantillon celle-ci nrsquoapparaicirct pas ecirctre un mode de conservation adapteacute du broyat de
pomme
Ainsi afin drsquoeacuteviter les pertes mais eacutegalement des biais entre les analyses drsquoeacutechantillons
conserveacutes plus ou moins longtemps la conservation des pommes sur le long terme est
abandonneacutee Les extractions en HS-SPME des pommes preacuteleveacutees en milieu naturel seront
principalement reacutealiseacutees degraves le lendemain de leur reacutecolte Les pommes seront conserveacutees au
maximum 2 jours dans un reacutecipient en verre fermeacute hermeacutetiquement
Ces reacutesultats ont eacutegalement ameneacute agrave remettre en cause le mode de conservation des solutions
commerciales et dilueacutees de HAP de BTEX et drsquoeacutetalons internes En effet ces solutions
conserveacutees au congeacutelateur subissent de freacutequentes deacutecongeacutelations et recongeacutelations
susceptibles drsquoentraicircner leur deacutegradation rapide et une eacuteventuelle volatilisation des composeacutes
Ce mode de conservation a donc eacuteteacute abandonneacute et lrsquoensemble des solutions est conserveacute au
reacutefrigeacuterateur entre 4 et 6 degC
En respectant les conditions ainsi deacutefinies pour lrsquoutilisation du nonane comme eacutetalon interne
et pour la conservation des eacutechantillons la meacutethode HS-SPME 1 a pu ecirctre valideacutee pour la
deacutetermination des BTEX dans deux matrices fruitiegraveres la pomme et la poire
414 Validation de la meacutethode HS-SPME 1 avec la pomme et la poire
Afin de valider la meacutethode HS-SPME 1 des essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire
ainsi qursquoune gamme drsquoeacutetalonnage entre 0 et 10 microgkg sont reacutealiseacutes pour la pomme (sections
4141 agrave 4143) et pour la poire (sections 4144 et 4145)
4141 Essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire pour la meacutethode
HS-SPME 1 avec la pomme
Les essais de reacutepeacutetabiliteacute permettent drsquoeacutetudier la variabiliteacute des reacutesultats de trois extractions
reacutealiseacutees le mecircme jour Le nombre de deacuteterminations (n=3 pour les essais de reacutepeacutetabiliteacute) est
choisi pour ecirctre en coheacuterence avec les essais meneacutes par la suite avec les HAP La dureacutee des
meacutethodologies drsquoextraction en UAESPE et drsquoanalyse des HAP ne permettent que 3
deacuteterminations par jour La fideacuteliteacute intermeacutediaire exprime la variabiliteacute des reacutesultats
drsquoextractions reacutealiseacutees dans un mecircme laboratoire mais agrave des moments diffeacuterents Les essais de
reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire utilisent un ajout eacutequivalent agrave 4 microgkg pour chaque
BTEX dans la pomme selon la proceacutedure deacutecrite dans la section 352 du chapitre 3 Mateacuteriels
et Meacutethodes Cette teneur est seacutelectionneacutee car elle se situe au milieu de la gamme de lineacuteariteacute
eacutetudieacutee La variabiliteacute des essais de reacutepeacutetabiliteacute et de preacutecision intermeacutediaire est eacutevalueacutee gracircce
aux calculs des coefficients de variation qui correspondent agrave lrsquoeacutecart type rapporteacute agrave la
moyenne des mesures Les reacutesultats obtenus pour la meacutethode HS-SPME 1 sont preacutesenteacutes dans
le tableau 27
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
148
Tableau 27 Coefficients de variation pour la reacutepeacutetabiliteacute et la fideacuteliteacute intermeacutediaire des BTEX avec la meacutethode HS-
SPME 1
Reacutepeacutetabiliteacute
CV (n=3)
Fideacuteliteacute intermeacutediaire
CV (n=9)
Benzegravene 10 19
Toluegravene 11 14
Ethylbenzegravene 8 10
mp-Xylegravenes 6 20
o-Xylegravene 10 12 Essais reacutealiseacutes avec la pomme additionneacutee de BTEX agrave 4 microgkg excepteacute pour les mp-Xylegravenes (8 microgkg) qui ne peuvent pas
ecirctre dissocieacutes lors de lrsquoanalyse par GC-MS
n nombre drsquoeacutechantillons analyseacutes
CV coefficient de variation
Les coefficients de variation (CV) de reacutepeacutetabiliteacute sont tous compris entre 6 (pour les mp-
xylegravenes) et 11 (pour le toluegravene) Pour des eacutechantillons drsquoeau les coefficients de variation
obtenus en SPME (en immersion directe et dans lrsquoespace de tecircte) pour une concentration en
BTEX de 1 microgL sont compris entre 2 et 16 et varient de 6 agrave 11 avec 10 microgL (5
deacuteterminations pour chaque concentration) (Bianchin 2012) Les reacutesultats de reacutepeacutetabiliteacute avec
la pomme sont donc comparables agrave ceux obtenus dans lrsquoeau qui est une matrice moins
complexe et pour une concentration de 10 microgL Pour lrsquoolive qui est une matrice complexe
les 8 deacuteterminations reacutealiseacutees dans lrsquoespace de tecircte agrave 10 microgkg donnent des CV de 10 agrave 14
pour la reacutepeacutetabiliteacute et les CV sont compris entre 10 et 13 pour une concentration de 50
microgkg (8 deacuteterminations) (Gilbert-Loacutepez 2010) Les CV de reacutepeacutetabiliteacute preacutesenteacutes dans le
tableau 27 sont coheacuterents avec ceux observeacutes pour lrsquoolive avec des concentrations testeacutees 2 agrave
10 fois supeacuterieures agrave celle utiliseacutee pour la pomme (4 microgkg)
En ce qui concerne la fideacuteliteacute intermeacutediaire avec la pomme les coefficients de variation
varient entre 10 pour lrsquoeacutethylbenzegravene et 20 pour les mp-xylegravenes La variabiliteacute des
reacutesultats sur des journeacutees diffeacuterentes (5 deacuteterminations) est eacutetudieacutee en HS-SPME pour le
toluegravene lrsquoeacutethylbenzegravene et les xylegravenes agrave 10 microgkg dans des eacutechantillons drsquohuile drsquoolive et les
CV obtenus atteignent jusqursquoagrave 15 (Vichi 2005) Les reacutesultats de fideacuteliteacute intermeacutediaire sont
globalement coheacuterents avec les reacutesultats de variabiliteacute sur des jours diffeacuterents preacutesenteacutes pour
lrsquohuile drsquoolive la concentration eacutetudieacutee ici avec la pomme eacutetant environ 2 fois plus faible
Les coefficients de variation obtenus avec la meacutethode HS-SPME 1 sont approprieacutes agrave la
deacutetermination des BTEX agrave 4 microgkg
4142 Reacutealisation des gammes drsquoeacutetalonnage pour la meacutethode HS-SPME 1
avec la pomme
La seconde eacutetape de la validation de la meacutethode HS-SPME 1 consiste agrave veacuterifier la lineacuteariteacute
des mesures entre 0 et 10 microgkg (section 351 du chapitre 3) Les droites obtenues pour
chaque composeacute sont preacutesenteacutees en figure 56
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
149
Figure 56 Droites drsquoeacutetalonnage pour les BTEX dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME 1
Gammes reacutealiseacutee sur 6 points en triplicat 0 2 4 6 8 et 10 microgkg (excepteacute mp-xylegravenes 0 4 8 12 16 et 20 microgkg les points
agrave 16 et 20 microgkg ne sont pas repreacutesenteacutes)
Les barres drsquoerreur correspondent aux eacutecarts-types entre les valeurs des 3 eacutetalonnages reacutealiseacutes
Le benzegravene est le composeacute preacutesentant la plus faible pente entre 0 et 10 microgkg avec la pomme
La pente de lrsquoeacutethylbenzegravene est environ 2 fois moins importante que celle du toluegravene qui est
elle-mecircme environ 3 fois supeacuterieure agrave celle du benzegravene Lrsquoo-xylegravene et les mp-xylegravenes
montrent des pentes tregraves proches ce qui indique que ces composeacutes sont extraits et deacutetecteacutes de
faccedilon similaire
Le coefficient de deacutetermination (R2) le plus faible obtenu agrave partir des droites de reacutegression
lineacuteaire est de 09694 pour le benzegravene Au cours de lrsquoeacutetude preacuteliminaire meneacutee au laboratoire
le coefficient de deacutetermination obtenu pour le benzegravene dans la pomme avec la mecircme fibre
drsquoextraction CARPDMS (75 microm drsquoeacutepaisseur) et la mecircme colonne chromatographique (DB
5ms) eacutetait infeacuterieur agrave 09 pour une concentration en benzegravene de 1000 microgkg (Poinot 2014)
Lrsquoutilisation de lrsquoappareil de GC-MS Shimadzu QP 2010 et du mode SIM permet drsquoameacuteliorer
le reacutesultat preacuteceacutedemment obtenu Lrsquoion seacutelectionneacute pour la deacutetection du benzegravene (mz=78)
correspond agrave lrsquoion majoritairement formeacute lors de lrsquoionisation eacutelectronique son intensiteacute
relative est plus de 3 fois supeacuterieure agrave celles des autres ions du spectre de masse pour ce
composeacute De plus une tregraves faible variabiliteacute des reacutesultats entre 0 et 10 microgkg pour le benzegravene
associeacutee agrave de faibles eacutecarts types est observeacutee (figure 56)
Pour le toluegravene lrsquoeacutethylbenzegravene et les xylegravenes les R2 obtenus avec la pomme sont compris
entre 09829 et 09926 (figure 56) Des R2 deacutetermineacutes apregraves HS-SPME agrave partir drsquoeacutechantillons
drsquoeau varient entre 09864 et 09926 pour le toluegravene et les mp-xylegravenes et la gamme de
lineacuteariteacute des reacutesultats se situe entre environ 10 et 1000 microgL (Tankiewicz 2013) La pomme
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
150
est une matrice plus complexe que lrsquoeau et la gamme de lineacuteariteacute eacutetudieacutee dans la pomme est
plus faible (comprise entre 0 et 10 microgkg) les R2 preacutesenteacutes en figure 56 sont donc coheacuterents
avec ceux preacutesenteacutes pour des eacutechantillons drsquoeau
4143 Deacutetermination des limites de deacutetection et quantification pour la
meacutethode HS-SPME 1 avec la pomme
Les limites de deacutetection (LOD) et de quantification (LOQ) sont ensuite calculeacutees pour la
meacutethode HS-SPME 1 selon la proceacutedure deacutecrite dans la section 353 du chapitre 3 Les
valeurs de LOD et LOQ obtenues pour la pomme sont donneacutees dans le tableau 28
Tableau 28 Limites de deacutetection et de quantification pour les BTEX dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME 1
LOD LOQ
(microgkg)
Benzegravene 0065 0217
Toluegravene 0022 0072
Ethylbenzegravene 0014 0048
mp-Xylegravenes 0013 0044
o-Xylegravene 0011 0036 LOD limite de deacutetection
LOQ limite de quantification
Les LOD varient entre 0011 et 0065 microgkg de masse fraicircche et les LOQ entre 0036 et 0217
microgkg de masse fraicircche Pour les BTEX extraits par SPME (immersion directe et dans
lrsquoespace de tecircte) agrave partir drsquoeacutechantillons drsquoeau les LOD (compris entre 007 et 032 microgL) sont
environ 5 agrave 10 fois supeacuterieurs agrave ceux trouveacutes pour la pomme (Bianchin 2012) Dans une
eacutetude meneacutee en HS-SPME sur des eacutechantillons drsquohuile les LOD et LOQ pour le toluegravene
lrsquoeacutethylbenzegravene et les xylegravenes sont compris entre 04 et 07 microgkg et entre 14 et 22 microgkg
respectivement (Vichi 2005) Ces reacutesultats eacutegalement obtenus en utilisant le mode SIM de la
deacutetection en masse montrent que les limites de deacutetection et de quantification (tableau 28)
deacutetermineacutees avec la pomme sont faibles et compatibles avec la recherche des BTEX agrave lrsquoeacutetat
de traces dans ces eacutechantillons
Les reacutesultats obtenus avec la meacutethode HS-SPME 1 sont reacutepeacutetables et une bonne fideacuteliteacute
intermeacutediaire est obtenue Pour chaque BTEX des lineacuteariteacutes sont observeacutees pour les droites
drsquoeacutetalonnage (aire relative = f(concentration) entre 0 et 10 microgkg de masse fraicircche) Les
limites de deacutetection et de quantification deacutetermineacutees sont faibles ce qui est compatible avec
une deacutetermination de ces composeacutes agrave lrsquoeacutetat de traces dans la pomme
4144 Reacutealisation des droites drsquoeacutetalonnage avec la meacutethode HS-SPME 1
appliqueacutee agrave la poire
La meacutethode HS-SPME 1 valideacutee pour la deacutetermination des BTEX dans la pomme a eacuteteacute
testeacutee dans le cas drsquoune autre matrice fruitiegravere la poire Des courbes drsquoeacutetalonnage ont eacuteteacute
reacutealiseacutees pour chaque BTEX avec la poire comme matrice extraite Les droites obtenues sont
preacutesenteacutees sur la figure 57
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
151
Figure 57 Droites drsquoeacutetalonnage pour les BTEX dans la poire avec la meacutethode HS-SPME 1
Gammes reacutealiseacutee sur 6 points en triplicat 0 2 4 6 8 et 10 microgkg (excepteacute mp-xylegravenes 0 4 8 12 16 et 20 microgkg les points
agrave 16 et 20 microgkg ne sont pas repreacutesenteacutes)
Les barres drsquoerreur correspondent aux eacutecarts-types entre les valeurs des 2 eacutetalonnages reacutealiseacutes
De la mecircme faccedilon que pour la pomme la pente observeacutee pour lrsquoeacutethylbenzegravene avec la poire est
environ 2 fois plus importante que celle du toluegravene qui est elle-mecircme eacutegale agrave environ 3 fois la
pente obtenue pour le benzegravene Les valeurs des pentes pour lrsquoo-xylegravene et les mp-xylegravenes sont
proches et du mecircme ordre de grandeur que celles observeacutees avec la pomme (figure 56)
Les coefficients de deacutetermination (R2) obtenus pour lrsquoeacutetalonnage entre 0 et 10 microgkg avec la
meacutethode HS-SPME 1 et la poire comme matrice extraite sont compris entre 09692 pour les
mp-xylegravenes et 09899 pour le benzegravene Ces valeurs de Rsup2 sont leacutegegraverement infeacuterieures agrave celles
trouveacutees avec la pomme neacuteanmoins pour chaque point de gamme les mesures drsquoaires
relatives avec la poire sont relativement peu disperseacutees Elles sont coheacuterentes avec celles
retrouveacutees geacuteneacuteralement dans la litteacuterature (Tankiewicz 2013) Les pentes sont quant agrave elles
proches de celles trouveacutees pour la pomme
Globalement pour les 5 composeacutes analyseacutes il existe une relation lineacuteaire entre la reacuteponse
obtenue en GC-MS et la quantiteacute de BTEX introduite entre 0 et 10 microgkg de masse fraicircche La
meacutethode HS-SPME 1 est donc applicable agrave la deacutetermination des BTEX dans la poire
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
152
4145 Deacutetermination des limites de deacutetection et quantification pour la
meacutethode HS-SPME 1 avec la poire
Les LOD et LOQ deacutetermineacutees pour la poire comme matrice sont preacutesenteacutees dans le
tableau 29
Tableau 29 Limites de deacutetection et de quantification pour les BTEX dans la poire avec la meacutethode HS-SPME 1
LOD LOQ
(microgkg)
Benzegravene 0081 0271
Toluegravene 0026 0086
Ethylbenzegravene 0017 0056
mp-Xylegravenes 0016 0052
o-Xylegravene 0013 0043 LOD limite de deacutetection
LOQ limite de quantification
Les LOD sont comprises entre 0013 microgkg de masse fraicircche pour les mp-xylegravenes et 0081
microgkg de masse fraicircche pour le benzegravene Pour les LOQ les valeurs varient entre 0043 et
0271 microgkg de masse fraicircche Ces valeurs sont coheacuterentes avec les LOD et LOQ retrouveacutees
preacuteceacutedemment avec la pomme (tableau 28) et sont globalement plus faibles que les valeurs
rencontreacutees dans la litteacuterature pour les BTEX (Bianchin 2012 Vichi 2005)
Les LOD et les LOQ sont faibles et coheacuterentes pour une analyse de faibles quantiteacutes de BTEX
dans la poire
415 Validation de la meacutethode HS-SPME 2 pour diffeacuterentes matrices
fruitiegraveres
4151 Validation de la meacutethode HS-SPME 2 avec la pomme
Le nonane est un eacutetalon interne qui a eacuteteacute seacutelectionneacute pour sa stabiliteacute caracteacuteristique non
retrouveacutee avec les eacutetalons deuteacutereacutes en solution du fait des eacutechanges proton-deuteacuterium
Neacuteanmoins certains reacutesultats (section 4132 page 166) reacutevegravelent qursquoune conservation agrave long
terme des eacutechantillons de pomme additionneacutes de nonane et contenant des BTEX est
impossible De longues eacutetapes de conservation nrsquoeacutetant plus envisageacutees la stabiliteacute de lrsquoeacutetalon
interne ne srsquoavegravere plus ecirctre une caracteacuteristique indispensable De plus les reacutesultats de
reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire obtenus en HS-SPME 1 avec le nonane sont
acceptables mais sont susceptibles drsquoecirctre ameacutelioreacutes par lrsquoutilisation drsquoun eacutetalon interne de
structure chimique de volatiliteacute et de capaciteacute drsquoadsorption sur la fibre plus proche des
analytes cibleacutes Un nouvel eacutetalon a donc eacuteteacute seacutelectionneacute La meacutethode HS-SPME 1 utilisant le
nonane comme eacutetalon interne est remplaceacutee par la meacutethode HS-SPME 2 qui se diffeacuterencie de
la premiegravere par lrsquoutilisation de lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 comme eacutetalon interne Lrsquoeacutethylbenzegravene-d10
qui possegravede une structure similaire aux BTEX doit posseacuteder des caracteacuteristiques drsquoextraction
et drsquoadsorption proches de celles de lrsquoeacutethylbenzegravene en HS-SPME
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
153
Lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 (tR autour de 256 min) possegravede un temps de reacutetention proche de celui de
lrsquoeacutethylbenzegravene (tR autour de 26 min) Lrsquoion majoritaire utiliseacute pour la deacutetection en SIM de
lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 (mz = 116) ne correspond agrave aucun des BTEX rechercheacute le pic de lrsquoeacutetalon
interne ne se trouve pas co-eacutelueacute avec les pics des composeacutes drsquointeacuterecirct ou des pics provenant
des composeacutes de la matrice fruitiegravere (figure 58)
Figure 58 Chromatogramme obtenu en GC-qMS apregraves lrsquoanalyse des BTEX agrave 10 microgkg dans la pomme avec la
meacutethode HS-SPME 2
Gradient de tempeacuterature tempeacuterature initiale 40 degC maintenue 2 min 2 degCmin jusqursquoagrave 55 degC maintenue 5 min 4 degCmin
jusqursquoagrave 100 degC maintenue 5 min 60 degCmin jusqursquoagrave 200 degC 2 degCmin jusqursquoagrave 250 degC 30 degCmin jusqursquoagrave 300 degC
maintenue 5 min
Deacutetection en mode SIM preacutesentation des ions de rapports mz=78 (de 13 agrave 165 min) 91 (de 165 agrave 30 min) et 116 (de 22 agrave
30 min)
1 benzegravene 2 toluegravene 3 eacutethylbenzegravene 4 mp-xylegravenes 5 o-xylegravene
EI eacutetalon interne eacutethylbenzegravene-d10
La meacutethode drsquoextraction HS-SPME 2 utilisant lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 comme eacutetalon interne doit
ecirctre valideacutee Les essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire agrave 4 microgkg ainsi que les
droites drsquoeacutetalonnage entre 0 et 10 microgkg sont de nouveau effectueacutes
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
154
41511 Reacutepeacutetabiliteacute et fideacuteliteacute intermeacutediaire pour la meacutethode HS-
SPME 2 avec la pomme
Afin de valider la meacutethode HS-SPME 2 les essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire
sont reacutealiseacutes Les reacutesultats pour lrsquoensemble des BTEX sont preacutesenteacutes dans le tableau 30
Tableau 30 Coefficients de variation pour la reacutepeacutetabiliteacute et la fideacuteliteacute intermeacutediaire des BTEX avec la meacutethode HS-
SPME 2
Composeacutes Reacutepeacutetabiliteacute (n=4)
CV ()
Fideacuteliteacute intermeacutediaire (n=12)
CV ()
Benzegravene 4 12
Toluegravene 3 6
Ethylbenzegravene 3 6
mp-Xylegravenes 3 21
o-Xylegravene 3 12
Essais reacutealiseacutes avec la pomme additionneacutee de BTEX agrave 4 microgkg excepteacute pour les mp-Xylegravenes (8 microgkg) qui ne peuvent pas
ecirctre dissocieacutes lors de lrsquoanalyse par GC-MS
n nombre drsquoeacutechantillons analyseacutes
CV coefficient de variation
Les coefficients de variation obtenus pour les essais de reacutepeacutetabiliteacute avec la meacutethode HS-
SPME 2 sont compris entre 3 et 4 alors que des reacutesultats entre 6 et 11 sont trouveacutes avec
la meacutethode HS-SPME 1 La comparaison des tableaux 30 et 33 indique que la mise en place
de lrsquoeacutetalon interne eacutethylbenzegravene-d10 permet drsquoameacuteliorer les CV des essais de reacutepeacutetabiliteacute le
seul paramegravetre ayant eacuteteacute modifieacute entre les deux techniques eacutetant lrsquoeacutetalon interne
Les CV deacutetermineacutes apregraves lrsquoextraction par HS-SPME (5 reacuteplicats) des BTEX preacutesents entre 2
et 15 microgL dans des eacutechantillons drsquoeau sont compris entre 3 et 7 (Meneacutendez 2000) Les
reacutesultats des essais de reacutepeacutetabiliteacute obtenus pour les BTEX avec la pomme sont donc
comparables agrave ceux retrouveacutes pour lrsquoeau qui est une matrice moins complexe
En ce qui concerne la fideacuteliteacute intermeacutediaire le coefficient de variation le plus eacuteleveacute obtenu
dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME 2 est de 21 pour les mp-xylegravenes (tableau 30)
Cette valeur est similaire agrave celle observeacutee pour les mp-xylegravenes (20 ) avec la meacutethode HS-
SPME 1 (tableau 27) Pour les autres composeacutes les CV de fideacuteliteacute intermeacutediaire avec la
meacutethode HS-SPME 2 varient entre 6 et 12 (tableau 30) Lrsquoutilisation de lrsquoeacutethylbenzegravene-d10
(meacutethode HS-SPME 2) permet drsquoameacuteliorer les reacutesultats de fideacuteliteacute intermeacutediaire par rapport agrave
ceux obtenus avec la meacutethode HS-SPME 1 puisque les CV eacutetaient tous compris entre 10 et 19
(tableau 27)
Les reacutesultats de fideacuteliteacute intermeacutediaire (tableau 30) sont coheacuterents avec les reacutesultats de
variabiliteacute sur des jours diffeacuterents (5 deacuteterminations) preacutesenteacutes en HS-SPME pour le toluegravene
lrsquoeacutethylbenzegravene et les xylegravenes agrave 10 microgkg dans des eacutechantillons drsquohuile drsquoolive avec des CV
jusqursquoagrave 15 (Vichi 2005)
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
155
41512 Reacutealisation des gammes drsquoeacutetalonnage pour la meacutethode HS-
SPME 2 avec la pomme
Les gammes drsquoeacutetalonnage sont ensuite reacutealiseacutees avec la meacutethode HS-SPME 2 entre 0 et 10
microgkg Les droites obtenues sont preacutesenteacutees en figure 59
Figure 59 Droites drsquoeacutetalonnage pour les BTEX dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME 2
Gammes reacutealiseacutee sur 6 points en triplicat 0 2 4 6 8 et 10 microgkg (excepteacute mp-xylegravenes 0 4 8 12 16 et 20 microgkg les points
agrave 16 et 20 microgkg ne sont pas repreacutesenteacutes)
Les barres drsquoerreur correspondent aux eacutecarts-types entre les valeurs des 3 eacutetalonnages reacutealiseacutes
Les coefficients de deacutetermination (R2) obtenus pour les BTEX avec la meacutethode HS-SPME 2
sont compris entre 09475 et 09956 Les plus faibles valeurs de R2 sont observeacutees pour les
mp-xylegravenes avec 09475 et le benzegravene avec 09550 Pour ces deux composeacutes les valeurs de
R2 sont infeacuterieures agrave celles trouveacutees avec la meacutethode HS-SPME 1 (R2 de 09856 pour les mp-
xylegravenes et 09694 pour le benzegravene figure 56) Pour le toluegravene lrsquoeacutethylbenzegravene et lrsquoo-xylegravene
les R2 09879 0 9956 et 09829 respectivement sont comparables agrave ceux de la meacutethode HS-
SPME 1 (R2 de 09898 0 9926 et 09829 respectivement)
Les valeurs des pentes obtenues pour les BTEX avec la meacutethode HS-SPME 2 ne peuvent pas
ecirctre compareacutees agrave celles de la meacutethode HS-SPME 1 en raison du changement drsquoeacutetalon interne
induisant des facteurs de reacuteponse diffeacuterents Neacuteanmoins les pentes conservent globalement le
mecircme ordre avec la plus faible valeur observeacutee pour le benzegravene suivi du toluegravene (2 fois la
pente du benzegravene) puis de lrsquoeacutethylbenzegravene (2 fois la pente du toluegravene) Ce reacutesultat indique que
lrsquoextraction des BTEX nrsquoa pas eacuteteacute modifieacute par le changement drsquoeacutetalon interne effectueacute entre la
meacutethode HS-SPME 1 et la meacutethode HS-SPME 2
Les ordonneacutees agrave lrsquoorigine (point agrave 0 microgkg) assez eacuteleveacutees (figure 59) indique une preacutesence
significative des mp-xylegravenes et du toluegravene dans les pommes provenant du supermarcheacute Ces
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
156
deux composeacutes eacutetaient observeacutes en proportions moins importantes lors de la reacutealisation des
gammes drsquoeacutetalonnage avec la meacutethode HS-SPME 1 (figure 56) Les pommes provenant du
supermarcheacute possegravedent donc un contenu en BTEX susceptible de varier drsquoun achat agrave lrsquoautre
41513 Deacutetermination des limites de deacutetection et de quantification
pour la meacutethode HS-SPME 2 avec la pomme
Les limites de deacutetection et de quantification deacutetermineacutees pour chaque BTEX dans la pomme
avec la meacutethode HS-SPME 2 sont preacutesenteacutees dans le tableau 31
Tableau 31 Limites de deacutetection et de quantification pour les BTEX dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME 2
Composeacutes LOD LOQ
(microgkg)
Benzegravene 0097 0323
Toluegravene 0043 0144
Ethylbenzegravene 0028 0094
mp-Xylegravenes 0024 0079
o-Xylegravene 0017 0058 LOD limite de deacutetection
LOQ limite de quantification
Les LOD varient entre 0017 microgkg ww pour lrsquoo-xylegravene et 0097 microgkg ww pour le
benzegravene En ce qui concerne les LOQ elles varient entre 0058 et 0323 microgkg ww pour les
o-xylegravenes et le benzegravene respectivement (tableau 31) Ces valeurs sont globalement similaires
agrave celles obtenues pour la pomme avec la meacutethode HS-SPME 1 dont les LOD varient de 0007
agrave 0065 microgkg ww et de 0022 agrave 0217 microgkg ww pour les LOQ (tableau 28) La seule
modification de lrsquoeacutetalon interne (passage du nonane pour la meacutethode HS-SPME 1 agrave
lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 pour la meacutethode HS-SPME 2) nrsquoa pas drsquoinfluence sur les valeurs des LOD
et LOQ qui sont lieacutees aux caracteacuteristiques drsquoextraction et de deacutetection individuelles de chaque
BTEX
4152 Validation de la meacutethode HS-SPME 2 avec drsquoautres matrices
fruitiegraveres
La meacutethode HS-SPME 2 est ensuite appliqueacutee agrave diverses matrices fruitiegraveres La pomme la
poire la prune et le raisin sont des fruits seacutelectionneacutes pour leurs caracteacuteristiques diffeacuterentes
Ils preacutesentent notamment des teneurs variables en eau et certains possegravedent des peacutepins alors
que drsquoautres ont un noyau Lrsquoexpeacuterimentation vise une large gamme de fruits afin drsquoenvisager
une application meacutethodologique quel que soit le type de fruit
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
157
41521 Reacutealisation des gammes drsquoeacutetalonnage avec la meacutethode HS-
SPME 2 pour diverses matrices fruitiegraveres
De la mecircme faccedilon que pour la pomme des gammes drsquoeacutetalonnage entre 0 et 10 microgkg sont
reacutealiseacutees au moyen de la meacutethode HS-SPME 2 en triplicat avec la poire la prune et le raisin
Les pentes et les coefficients de deacutetermination des droites de reacutegression lineacuteaire obtenues avec
les diffeacuterents fruits sont compareacutes agrave ceux deacutetermineacutes pour la pomme dans le tableau 32
Tableau 32 Comparaison des donneacutees de lineacuteariteacute obtenues dans les diffeacuterentes matrices fruitiegraveres avec la meacutethode
HS-SPME 2
Composeacutes Pomme Poire Prune Raisin
Pente R2 Pente R2 Pente R2 Pente R2
Benzegravene 00685a 09550 00585 a 09851 00567a 09766 00912 09875
Toluegravene 0162a 09879 0179a b 09604 0184a b 09956 0230b 09957
Ethylbenzegravene 0340a 09956 0375a b 09993 0410b 09978 0401b 09980
mp-Xylegravenes 0403a 09475 0440a 09787 0502a 09978 0438a 09964
o-Xylegravene 0572a 09829 0649a b 09971 0726bc 09980 0793c 09954
Deacutetermineacutes agrave partir de 6 points de concentrations en triplicat 0 2 4 6 8 et 10 microgkg (excepteacute mp-xylegravenes 0 4 8 12 16 et
20 microgkg)
a b c pour chaque composeacute deux pentes avec au moins une lettre similaires ne sont pas significativement diffeacuterentes
meacutethode 95 Tukey HSD (honest significant difference)
Pour chaque fruit la lineacuteariteacute de leacutetalonnage est coheacuterente avec les valeurs des coefficients de
deacutetermination obtenus preacuteceacutedemment les Rsup2 eacutetant compris entre 0947 et 0999 (tableau 32)
Un test ANOVA est appliqueacute pour permettre la comparaison statistique des pentes obtenues
avec les diffeacuterents fruits Pour le benzegravene et le toluegravene la pente obtenue avec la pomme nrsquoest
pas significativement diffeacuterente (agrave 95 ) de celles deacutetermineacutees pour la poire ou la prune En
ce qui concerne le raisin il nrsquoy a pas pour le toluegravene de diffeacuterence significative (agrave 95 )
entre les pentes obtenues avec la prune ou la poire Pour lrsquoeacutethylbenzegravene les pentes obtenues
avec la poire et la pomme ne sont pas significativement diffeacuterentes de mecircme en ce qui
concerne les pentes pour la poire la prune et le raisin
Pour les mp-xylegravenes il nrsquoy a pas de diffeacuterence significative (95 ) entre les pentes des
diffeacuterentes matrices fruitiegraveres
Neacuteanmoins des valeurs pour certains facteurs de reacuteponse (pentes) peuvent preacutesenter quelques
diffeacuterences La pente observeacutee pour le benzegravene dans le raisin est par exemple
significativement diffeacuterente de celles obtenues avec les 3 autres fruits
La matrice semble avoir une faible influence sur lrsquoadsorption des analytes sur le support
drsquoextraction ainsi que sur lrsquoeacutequilibre entre lrsquoeacutechantillon et lrsquoespace de tecircte
Les pentes observeacutees pour le raisin sont geacuteneacuteralement un peu plus eacuteleveacutees que pour les autres
fruits Il peut ecirctre envisageacute que le broyat plus aqueux obtenu avec le raisin soit agrave lrsquoorigine
drsquoun deacuteplacement de lrsquoeacutequilibre favorable agrave lrsquoextraction dans lrsquoespace de tecircte
Globalement pour un composeacute donneacute les pentes sont de mecircme ordre de grandeur Le calcul
drsquoune valeur de pente moyenne agrave partir des reacutesultats des 4 fruits pourrait ecirctre envisageacute afin de
permettre une estimation de la quantiteacute de chaque BTEX dans nrsquoimporte quelle matrice
fruitiegravere
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
158
La meacutethode HS-SPME 2 est adapteacutee agrave la deacutetermination des BTEX dans les diffeacuterentes
matrices fruitiegraveres eacutetudieacutees entre 0 et 10 microgkg Chacune des pentes obtenues (tableau 32) sera
appliqueacutee aux eacutechantillons exposeacutes aux eacutemissions drsquoun moteur diesel (section 424 page 196)
afin de deacuteterminer la quantiteacute de BTEX preacutesente dans chaque fruit
41522 Deacutetermination des limites de deacutetection et quantification pour
la meacutethode HS-SPME 2 pour diverses matrices fruitiegraveres
Les LOD et LOQ sont deacutetermineacutees avec la meacutethode HS-SPME 2 pour chaque fruit (tableau
33)
Tableau 33 Limites de deacutetection et de quantification pour les BTEX dans les diffeacuterentes matrices fruitiegraveres avec la
meacutethode HS-SPME 2
Composeacutes Pomme Poire Prune Raisin
LOD LOQ LOD LOQ LOD LOQ LOD LOQ
(microgkg)
Benzegravene 0097 0323 0148 0494 0152 0508 0183 0610
Toluegravene 0043 0144 0041 0137 0037 0124 0057 0191
Ethylbenzegravene 0028 0094 0029 0095 0020 0067 0036 0120
mp-Xylegravenes 0024 0079 0022 0074 0019 0063 0029 0096
o-Xylegravene 0017 0058 0018 0058 0014 0045 0020 0068 LOD limite de deacutetection
LOQ limite de quantification
Les LOD varient de 0014 microgkg de masse fraicircche pour lrsquoo-xylegravene dans la prune agrave 0183
microgkg (ww) pour le benzegravene dans le raisin Les LOQ sont compris entre 0045 et 0610 microgkg
(ww) (tableau 33)
Pour lrsquoo-xylegravene une tregraves faible diffeacuterence entre les limites (LOD et LOQ) est observeacutee avec le
changement de matrice fruitiegravere De mecircme pour le toluegravene lrsquoeacutethylbenzegravene et les mp-xylegravenes
les limites trouveacutees avec la pomme la poire et la prune sont proches Pour le benzegravene les
limites les plus faibles sont obtenues avec la pomme et les plus fortes sont observeacutees avec le
raisin en ce qui concerne la poire et la prune les limites obtenues pour le benzegravene sont
similaires
Globalement les limites deacutetermineacutees avec le raisin sont leacutegegraverement plus eacuteleveacutees qursquoavec les
autres matrices fruitiegraveres eacutetudieacutees
Les faibles valeurs des LOD et LOQ permettent drsquoenvisager la quantification dans une large
gamme de fruits de teneurs infeacuterieures agrave 02 gkg (02 ppb) pour lrsquoensemble des BTEX agrave
lrsquoexception du benzegravene (LOD = 0183 microgkg avec le raisin) qui reste neacuteanmoins deacutetecteacute agrave
cette concentration
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
159
416 Mise en place et eacutevaluation drsquoun nouveau support drsquoextraction en
HS-SPME pour lrsquoanalyse des BTEX dans la pomme
Les coefficients de variations obtenus pour la fideacuteliteacute intermeacutediaire au moyen des meacutethodes
HS-SPME 1 et HS-SPME 2 peuvent atteindre jusqursquoagrave 20 pour quelques BTEX Une
nouvelle meacutethodologie par HS-SPME est donc rechercheacutee afin drsquoune part de reacuteduire ces
variations mais aussi drsquoobtenir des limites de quantification infeacuterieures agrave 01 microgkg
concentrations pouvant ecirctre retrouveacutees dans certains eacutechantillons (Goacuterna-Binkul 1996) Drsquoune
autre part la nouvelle meacutethodologie par HS-SPME visera agrave associer lrsquoanalyse des BTEX agrave
celle des HAP leacutegers (section 5123 page 218)
4161 Essais de revecirctements PDMS pour la fibre utiliseacutee en micro-
extraction en phase solide dans lrsquoespace de tecircte
Les fibres posseacutedant des revecirctements carboxenpolydimeacutethylsiloxane (CARPDMS) et
polydimeacutethylsiloxane (PDMS) sont les plus utiliseacutees pour lrsquoextraction des hydrocarbures
aromatiques (Bianchin 2012 Ezquerro 2004 Meneacutendez 2000) Des fibres avec un
revecirctement PDMS de 30 et de 100 microm drsquoeacutepaisseur sont testeacutees pour lrsquoextraction drsquoune mecircme
pomme additionneacutee en BTEX agrave 10 microgkg Les reacutesultats sont compareacutes agrave ceux obtenus avec
une fibre CARPDMS de 75 microm utiliseacutee avec la meacutethode HS-SPME 2 (tableau 34)
Tableau 34 Comparaison des aires brutes obtenues apregraves extraction des BTEX drsquoune pomme pollueacutee agrave 10 microgkg avec
la meacutethode HS-SPME 2 utilisant des revecirctements de fibres diffeacuterents
Revecirctement de fibre
CARPDMS 75 microm PDMS 30 microm PDMS 100 microm
aire brutes SN aire brutes SN aire brutes SN
Benzegravene 8368 350 2374 90 10382 543
Toluegravene 24624 712 5082 232 24716 1270
Ethylbenzegravene 41263 1381 14143 544 62122 2233
Ethylbenzegravene-d10 11957 470 3327 134 14346 649
mp-Xylegravenes 138036 2784 24137 802 107184 3376
o-Xylegravene 70796 1673 13811 433 59760 1780 Les aires brutes preacutesenteacutees correspondent aux moyennes de 3 deacuteterminations
SN rapport signal du composeacute sur le bruit de fond
Lrsquoutilisation drsquoune fibre comportant un revecirctement PDMS de 30 microm drsquoeacutepaisseur conduit agrave
lrsquoobtention drsquoaires brutes 3 agrave 5 fois infeacuterieures agrave celles observeacutees avec une fibre CARPDMS
de 75 microm drsquoeacutepaisseur De mecircme les valeurs des rapports signalbruit sont environ 3 fois
moins importantes avec la fibre PDMS drsquoeacutepaisseur 30 microm qursquoavec la fibre CARPDMS
drsquoeacutepaisseur 75 microm (tableau 34) Les essais eacutetant reacutealiseacutes avec un eacutechantillon de pomme
additionneacute agrave 10 microgkg des difficulteacutes de deacutetection des BTEX agrave des concentrations infeacuterieures
peuvent ecirctre envisageacutees
La comparaison des reacutesultats obtenus avec les deux fibres PDMS drsquoeacutepaisseurs 30 et 100 microm
confirme que les revecirctements plus eacutepais sont plus approprieacutes agrave lrsquoextraction des composeacutes
volatils que les revecirctements fins (Kataoka 2000 King 2003) Des reacutesultats similaires sont
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
160
observeacutes pour les HAP dans lrsquoeau avec des aires plus importantes obtenues avec une fibre
PDMS drsquoeacutepaisseur 100 microm qursquoavec des fibres PDMS drsquoeacutepaisseur 7 et 30 microm (Doong 2000)
Les aires brutes obtenues sont globalement du mecircme ordre de grandeur pour une fibre
CARPDMS de 75 microm drsquoeacutepaisseur et pour une fibre PDMS de 100 m drsquoeacutepaisseur (tableau
35) Neacuteanmoins une ameacutelioration significative du rapport signalbruit (SN) est observeacutee pour
un revecirctement PDMS de 100 microm drsquoeacutepaisseur Le gain pour cet indicateur est tregraves appreacuteciable
par rapport au revecirctement CARPDMS de 75 m drsquoeacutepaisseur (+6 pour lrsquoo-xylegravene et jusqursquoagrave
+80 pour le toluegravene) Il est possible de consideacuterer que le support PDMS seul permet
drsquoobtenir un bruit de fond analytique moins important ceci pouvant ecirctre ducirc agrave une co-
extraction moindre drsquoautres eacuteleacutements volatils contenus dans la pomme broyeacutee
Lrsquoensemble des reacutesultats preacutesenteacutes pour les meacutethodes HS-SPME 1 et 2 (sections 414 et
415) confirme qursquoun revecirctement CARPDMS est adapteacute agrave lrsquoextraction des BTEX mais qursquoun
revecirctement PDMS de 100 microm drsquoeacutepaisseur peut permettre lrsquoobtention de meilleures limites de
deacutetection et de quantification
En conseacutequence le support drsquoextraction PDMS drsquoeacutepaisseur 100 microm est ameneacute agrave ecirctre valideacute
pour lrsquoextraction des BTEX avec la meacutethode HS-SPME 3
4162 Validation du revecirctement PDMS 100 microm comme support
drsquoextraction en HS-SPME
La premiegravere eacutetape de la validation de la meacutethode HS-SPME 3 utilisant une fibre PDMS
drsquoeacutepaisseur 100 m consiste agrave reacutealiser les essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire
avec un eacutechantillon de pomme additionneacutee en BTEX agrave 4 microgkg Les reacutesultats obtenus sont
preacutesenteacutes dans le tableau 35
Tableau 35 Coefficients de variation pour la reacutepeacutetabiliteacute et la fideacuteliteacute intermeacutediaire des BTEX avec la meacutethode HS-
SPME 3
Composeacutes Reacutepeacutetabiliteacute (n=3)
CV ()
Fideacuteliteacute intermeacutediaire (n=9)
CV ()
Benzegravene 6 7
Toluegravene 7 8
Ethylbenzegravene 2 5
mp-Xylegravenes 3 6
o-Xylegravene 3 6
Essais reacutealiseacutes avec la pomme additionneacutee de BTEX agrave 4 microgkg excepteacute pour les mp-Xylegravenes (8 microgkg) qui ne peuvent pas
ecirctre dissocieacutes lors de lrsquoanalyse par GC-MS
n nombre drsquoeacutechantillons analyseacutes
CV coefficient de variation
Les coefficients de variation obtenus lors des essais de reacutepeacutetabiliteacute sont compris entre 2
pour lrsquoeacutethylbenzegravene et 7 pour le toluegravene (tableau 35) Des CV de reacutepeacutetabiliteacute plus
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
161
importants sont observeacutes pour le benzegravene et le toluegravene respectivement 6 et 7 En ce qui
concerne les autres BTEX les reacutesultats de reacutepeacutetabiliteacute sont comparables agrave ceux obtenus avec
la meacutethode HS-SPME 2 pour laquelle les CV sont de 3 (tableau 30)
Pour la fideacuteliteacute intermeacutediaire les valeurs des CV obtenus avec la meacutethode HS-SPME 3 pour
les BTEX dans la pomme varient de 5 agrave 8 (tableau 35) alors qursquoils atteignent jusqursquoagrave 21
avec la meacutethode HS-SPME 2 (tableau 30) Globalement la variabiliteacute drsquoadsorption des BTEX
sur la fibre PDMS (eacutepaisseur 100 microm) semble moins importante que sur la fibre CARPDMS
(eacutepaisseur 75 microm)
La meacutethode HS-SPME 3 permet donc drsquoobtenir des reacutesultats reacutepeacutetables ainsi que de tregraves
bonnes fideacuteliteacutes intermeacutediaires
4163 Reacutealisation des gammes drsquoeacutetalonnage pour la meacutethode HS-SPME 3
avec la pomme
La lineacuteariteacute au moyen drsquoune fibre PDMS drsquoeacutepaisseur 100 m (meacutethode HS-SPME 3) est
testeacutee au moyen de gammes drsquoeacutetalonnage entre 0 et 10 microgkg
De tregraves faibles preacutesences en BTEX ayant eacuteteacute constateacutees pour certains fruits testeacutes
(section 42) des points agrave 02 05 et 1 microgkg sont ajouteacutes pour reacutealiser les gammes
drsquoeacutetalonnage avec la meacutethode HS-SPME 3 (figure 60)
Figure 60 Droites drsquoeacutetalonnage pour les BTEX dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME 3
Gammes reacutealiseacutee sur 9 points en triplicat 0 02 05 1 2 4 6 8 et 10 microgkg (excepteacute mp-xylegravenes 0 04 1 2 4 8 12 16
et 20 microgkg les points agrave 16 et 20 microgkg ne sont pas repreacutesenteacutes)
Les barres drsquoerreur correspondent aux eacutecarts-types entre les valeurs des 3 eacutetalonnages reacutealiseacutes
Pour chaque concentration eacutetudieacutee (figure 60) des barres drsquoerreur reacuteduites sont obtenues par
rapport agrave celles observeacutees lors de la reacutealisation des gammes drsquoeacutetalonnage avec les meacutethodes
HS-SPME 1 et HS-SPME 2 (figures 55 et 60) Ce reacutesultat confirme la plus faible variabiliteacute
drsquoadsorption sur la fibre PDMS que sur la fibre CARPDMS
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
162
Les ordonneacutees agrave lrsquoorigine (points agrave 0 microgkg) des droites de la figure 60 sont quasi nulles voire
mecircme nulle pour les mp-xylegravenes Les BTEX peuvent donc ecirctre consideacutereacutes comme absents
des pommes utiliseacutees pour reacutealiser lrsquoeacutetalonnage avec la meacutethode HS-SPME 3
Avec la meacutethode HS-SPME 3 le benzegravene reste le composeacute preacutesentant la plus faible valeur de
pente comme pour les meacutethodes HS-SPME 1 et 2 et la pente du toluegravene est environ 2 fois
supeacuterieure agrave celle du benzegravene Les pentes obtenues pour lrsquoo-xylegravene et les mp-xylegravenes avec la
meacutethode HS-SPME 3 sont tregraves proches avec 0338 et 0308 respectivement (figure 60)
Lrsquoeacutethylbenzegravene est le composeacute ayant la pente la plus importante en HS-SPME 3 avec 0360
(figure 60) Pour les meacutethodes HS-SPME 1 et 2 ce sont les xylegravenes (o-xylegravene et mp-xylegravenes)
qui preacutesentent les pentes les plus eacuteleveacutees ce qui indique une diffeacuterence drsquoadsorption sur les
fibres CARPDMS et PDMS
Pour les meacutethodes HS-SPME 2 et HS-SPME 3 les pentes obtenues pour lrsquoeacutethylbenzegravene sont
proches avec 0360 et 0340 respectivement ce qui srsquoexplique par le fait que les gammes
drsquoeacutetalonnage sont eacutetablies agrave partir des aires relatives et donc du rapport de chaque composeacute agrave
lrsquoeacutetalon interne qui est lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 dans le cas des meacutethodes HS-SPME 2 et HS-
SPME 3 Lrsquoeacutethylbenzegravene et lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 sont de plus des composeacutes ayant des
caracteacuteristiques physico-chimiques quasi similaires et notamment des volatiliteacutes et des
capaciteacutes drsquoadsorption tregraves proches
Les donneacutees de lineacuteariteacute de la figure 60 sont reprises dans les deux premiegraveres colonnes du
tableau 36 Les pentes des droites drsquoeacutetalonnage eacutetablies avec des BTEX agrave 9 concentrations
entre 0 et 10 microgkg seront utiliseacutees pour deacuteterminer les quantiteacutes en BTEX dans les pommes
reacutecolteacutees en Normandie ainsi que dans les pommes exposeacutees aux fumeacutees de combustion de
biomasse
Le tableau 36 preacutesente eacutegalement les pentes et les R2 pour des droites drsquoeacutetalonnage avec 6
points de concentrations entre 0 et 10 microgkg pour les BTEX afin de permettre la comparaison
avec les preacuteceacutedents reacutesultats des meacutethodes HS-SPME 1 et HS-SPME 2
Tableau 36 Donneacutees de lineacuteariteacute obtenues pour les BTEX de 0 agrave 10 microgkg dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME
3
Donneacutees de lineacuteariteacute entre 0 et 10 microgkg
9 points de gammea 6 points de gammeb
R2 pente R2 pente
Benzegravene 09963 00549 09974 00559
Toluegravene 09983 0140 09981 0139
Ethylbenzegravene 09998 0360 09998 0360
mp-Xylegravenes 09998 0308 09997 0308
o-Xylegravene 09998 0338 09997 0337
a gamme reacutealiseacutee sur 9 points en triplicat additions des points agrave 02 05 et 1 agrave la gamme reacutealiseacutee sur 6 points 0 2 4 6 8 et
10 microgkg (pour les mp-xylegravenes points agrave 0 04 1 2 4 8 12 16 et 20 microgkg) b gamme reacutealiseacutee sur 6 points en triplicat 0 2 4 6 8 et 10 microgkg (excepteacute mp-xylegravenes 0 4 8 12 16 et 20 microgkg)
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
163
La comparaison des donneacutees de lineacuteariteacute avec les 6 et les 9 points de gamme (tableau 36)
montre tout drsquoabord le bon alignement des points en bas de gamme (02 agrave 1 microgkg) avec le
reste des points Les pentes et les R2 ne sont que tregraves peu modifieacutes par lrsquoajout des points
reacutealiseacutes agrave de faibles concentrations
Les R2 obtenus avec la meacutethode HS-SPME 3 sont compris entre 09974 pour le benzegravene et
09998 pour lrsquoeacutethylbenzegravene (tableau 36) Ces valeurs sont plus eacuteleveacutees que celles trouveacutees
avec les autres meacutethodes puisque le R2 maximal avec la meacutethode HS-SPME 1 est de 09926 et
de 09956 avec la meacutethode HS-SPME 2
La meacutethode HS-SPME 3 permet donc drsquoobtenir des reacutesultats lineacuteaires entre 0 et 10 microgkg
4164 Deacutetermination des limites de deacutetection et de quantification pour la
meacutethode HS-SPME 3 avec la pomme
Les limites de deacutetection et de quantification sont ensuite deacutetermineacutees pour chaque BTEX avec
la meacutethode HS-SPME 3 les reacutesultats ainsi obtenus sont regroupeacutes dans le tableau 37
Tableau 37 Limites de deacutetection et de quantification pour les BTEX dans la pomme avec la meacutethode HS-SPME 3
LOD LOQ
(microgkg)
Benzegravene 0038 0128
Toluegravene 0014 0048
Ethylbenzegravene 0008 0026
mp-Xylegravenes 0012 0038
o-Xylegravene 0009 0030 LOD Limite de deacutetection
LOQ Limite de quantification
Les LOD varient entre 0008 microgkg ww pour lrsquoeacutethylbenzegravene et 0038 microgkg ww pour le
benzegravene Ces valeurs sont leacutegegraverement infeacuterieures (drsquoun facteur 2 environ) agrave celles deacutetermineacutees
pour la meacutethode HS-SPME 1 (0011 agrave 0065 microgkg) et la meacutethode HS-SPME 2 (0017 agrave 0097
microgkg) Il en est de mecircme pour les LOQ avec la meacutethode HS-SPME 3 dont les valeurs sont
comprises entre 0017 pour les mp-xylegravenes et 0128 microgkg ww pour le benzegravene
respectivement (tableau 37) contre 0036 agrave 0217 microgkg avec la meacutethode HS-SPME 1 et 0058
agrave 0323 microgkg avec la meacutethode HS-SPME 2 La meacutethodologie drsquoextraction des BTEX avec la
fibre PDMS est plus sensible qursquoavec la fibre CARPDMS
Les faibles valeurs des LOD et LOQ permettent drsquoenvisager la quantification de faibles
teneurs de BTEX (jusqursquoagrave 01 gkg) dans les eacutechantillons de pommes
417 Comparaison des performances des meacutethodes HS-SPME avec la
pomme
Trois meacutethodes HS-SPME ont eacuteteacute deacuteveloppeacutees et valideacutees pour la deacutetermination des BTEX
dans les pommes Les performances de chacune drsquoentre-elles sont compareacutees (tableau 38)
puis confronteacutees aux performances de meacutethodes disponibles dans la litteacuterature Le peu de
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
164
donneacutees dans la litteacuterature concernant la validation de meacutethodologies permettant la
deacutetermination des BTEX dans les fruits a meneacute agrave eacutetendre la comparaison des reacutesultats
expeacuterimentaux agrave ceux obtenus avec drsquoautres matrices
Tableau 38 Comparaison des performances des diffeacuterentes meacutethodes deacuteveloppeacutees pour lrsquoanalyse des BTEX dans la
pomme par HS-SPME
Meacutethode
Fibre
Etalon interne
HS-SPME 1
CARPDMS 75 microm
nonane
HS-SPME 2
CARPDMS 75 microm
Ethylbenzegravene-d10
HS-SPME 3
PDMS 100 microm
Ethylbenzegravene-d10
Reacutepeacutetabiliteacutea (CV ) 6-11 3-4 2-7
Fideacuteliteacute intermeacutediaireb (CV ) 10-20 6-21 5-8
Lineacuteariteacute R2
09694-09926c 09475-09956c 09974-09998c
09963-09998d
LOD (microgkg) 0011-0065 0017-0097 0008-0038
LOQ (microgkg) 0036-0217 0058-0323 0026-0128
a test reacutealiseacute avec des BTEX agrave 4 microgkg ww dans la pomme (excepteacute mp-xylegravenes agrave 8 microgkg) 3 deacuteterminations (n=3) b test reacutealiseacute avec des BTEX agrave 4 microgkg ww dans la pomme (excepteacute mp-xylegravenes agrave 8 microgkg) 9 deacuteterminations (n=9)
n=4 pour la reacutepeacutetabiliteacute et n=12 pour la fideacuteliteacute intermeacutediaire c gamme reacutealiseacutee sur 6 points en triplicat 0 2 4 6 8 et 10 microgkg (excepteacute mp-xylegravenes 0 4 8 12 16 et 20 microgkg) d gamme reacutealiseacutee sur 9 points en triplicat 0 02 05 1 2 4 6 8 et 10 microgkg (excepteacute mp-xylegravenes 0 04 1 2 4 8 12 16 et
20 microgkg)
CV coefficient de variation
R2 coefficient de deacutetermination de la reacutegression lineacuteaire appliqueacutee agrave lrsquoeacutetalonnage
LOD limite de deacutetection
LOQ limite de quantification
Comparaison des reacutesultats de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire en HS-SPME avec la
pomme
Les coefficients de variation (CV) obtenus pour la reacutepeacutetabiliteacute en HS-SPME varient entre 2 et
11 (tableau 38) Les meacutethodes HS-SPME 2 et HS-SPME 3 preacutesentent les plus faibles CV
avec une valeur autour de 3 pour la plupart des BTEX
En ce qui concerne la fideacuteliteacute intermeacutediaire les CV en HS-SPME sont compris entre 5 et 21
(tableau 38) La meacutethode HS-SPME 3 est celle preacutesentant les plus faibles variations avec un
CV maximal de 8
Les coefficients de variation pour la reacutepeacutetabiliteacute et la fideacuteliteacute intermeacutediaire deacutependent du
nombre de reacuteplicats de la concentration utiliseacutee pour reacutealiser les tests mais eacutegalement de la
meacutethode et de la matrice drsquoextraction Pour les essais de reacutepeacutetabiliteacute en HS-SPME avec la
pomme les BTEX sont soumis agrave 3 deacuteterminations (excepteacute pour la meacutethode HS-SPME 2 avec
4 deacuteterminations) Dans la litteacuterature entre 5 et 8 reacuteplicats servent geacuteneacuteralement agrave la
reacutealisation des tests de reacutepeacutetabiliteacute pour les BTEX (Bianchin 2012 Gilbert-Loacutepez 2010
Vichi 2005) Des essais de reacutepeacutetabiliteacute utilisant 3 reacuteplicats permettent drsquoobtenir des CV
compris entre 32 et 69 pour les BTEX (66-260 ng) contenu dans des eacutechantillons de sol
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
165
extraits par HS-SPME (eacutetapes multiples) (Ezquerro 2004) Ces valeurs coheacuterentes avec celles
obtenues pour la reacutepeacutetabiliteacute des meacutethodes HS-SPME 2 et HS-SPME 3 (tableau 17)
Les coefficients de variation pour les essais de reacutepeacutetabiliteacute sont geacuteneacuteralement plus importants
lorsque la concentration testeacutee est faible Les coefficients de variation obtenus en HS-SPME
pour la reacutepeacutetabiliteacute (5 deacuteterminations) par Tankiewicz et al pour les BTEX agrave 200 microgL dans
lrsquoeau sont compris entre 26 et 87 alors que pour Bianchin et al ils atteignent jusqursquoagrave 162
pour un eacutechantillon drsquoeau contenant des BTEX agrave 1 microgL (Bianchin 2012 Tankiewicz
2013) Les CV obtenus avec les diffeacuterentes meacutethodes HS-SPME appliqueacutees aux BTEX agrave 4
microgkg dans la pomme (tableau 38) sont globalement infeacuterieurs agrave ceux obtenus pour les BTEX
agrave 1 microgL dans lrsquoeau
En ce qui concerne la fideacuteliteacute intermeacutediaire des meacutethodes eacutetudiant les BTEX tregraves peu de
reacutesultats sont disponibles dans la litteacuterature Une eacutetude meneacutee sur des eacutechantillons drsquohuile
drsquoolive en HS-SPME a estimeacute la variabiliteacute des deacuteterminations sur des journeacutees diffeacuterentes (5
deacuteterminations) pour le toluegravene lrsquoeacutethylbenzegravene et les xylegravenes agrave 10 microgkg et obtient des CV
entre 4 et 15 (Vichi 2005) Ces reacutesultats sont globalement comparables avec ceux observeacutes
pour les essais de preacutecision intermeacutediaire en HS-SPME pour les BTEX dans la pomme
puisque seuls les CV obtenus pour le benzegravene en HS-SPME 1 et pour les mp-xylegravenes avec les
meacutethodes HS-SPME 1 et 2 excegravedent 15
Les coefficients de variations trouveacutes en reacutepeacutetabiliteacute et fideacuteliteacute intermeacutediaire avec les 3
meacutethodes deacuteveloppeacutees en HS-SPME sont coheacuterents avec ceux rencontreacutes pour les BTEX dans
la litteacuterature sur drsquoautres matrices Lrsquoensemble des conditions opeacuteratoires optimiseacutees permet
de limiter la variabiliteacute des reacutesultats et la deacutetermination des concentrations en BTEX dans la
pomme est ainsi possible avec de faibles incertitudes pour des valeurs de lrsquoordre de 4 microgkg
Comparaison des limites de deacutetection et de quantification en HS-SPME avec la pomme
Les limites de deacutetection (LOD) deacutetermineacutees pour les meacutethodes HS-SPME avec les BTEX
dans la pomme varient de 0008 agrave 0097 microgkg (ww) (tableau 38) Les limites de
quantification (LOQ) sont quant-agrave-elles comprises entre 0026 et 0323 microgkg (ww)
(tableau 38)
Les valeurs sont plus faibles pour la meacutethode HS-SPME 3 avec des LOD et LOQ infeacuterieures agrave
004 et agrave 02 microgkg (ww) respectivement (tableau 38) Pour lrsquoensemble des meacutethodes HS-
SPME optimiseacutees les valeurs des LOD et des LOQ sont faibles et restent globalement de
mecircme ordre de grandeur
Dans la litteacuterature des meacutethodes drsquoextraction (HS-SPME) et drsquoanalyse (GC-MS) similaires
permettent drsquoobtenir des LOD entre 007 et 032 microgL pour les BTEX dans des eacutechantillons
drsquoeau (Bianchin 2012) Les LOD et LOQ deacutetermineacutees en HS-SPME pour la pomme sont
faibles compareacutees agrave celles rencontreacutees dans drsquoautres matrices complexes Dans les olives le
couplage drsquoune extraction dans lrsquoespace de tecircte de lrsquoeacutechantillon et de lrsquoanalyse en GC-MS
permet pour les BTEX des LOD comprises entre 01 et 74 microgkg de masse fraicircche et des
LOQ de 04 agrave 244 microgkg de masse fraicircche (Gilbert-Loacutepez 2010)
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
166
Lrsquoextraction reacutealiseacutee dans lrsquoespace de tecircte au-dessus de lrsquoeacutechantillon permet de reacuteduire le bruit
de fond en minimisant lrsquoextraction de composeacutes peu volatils de la matrice Les revecirctements
CARPDMS et PDMS se sont montreacutes adapteacutes agrave lrsquoextraction des BTEX et permettent leur
extraction seacutelective Les faibles valeurs de LOD et LOQ attestent de la qualiteacute de lrsquoextraction
et de la deacutetection des BTEX Lrsquoutilisation de la chromatographie en phase gazeuse permet
lrsquoobtention de pics reacutesolus Cette reacutesolution se trouve encore ameacutelioreacutee par lrsquoapplication drsquoune
programmation de tempeacuterature adapteacutee Les ratios signal sur bruit sont largement ameacutelioreacutes
par lrsquoutilisation du mode SIM qui permet la deacutetection drsquoions speacutecifiques aux composeacutes
drsquointeacuterecirct
Les faibles valeurs pour les LOD et LOQ sont neacutecessaires agrave lrsquoeacutetude des BTEX agrave lrsquoeacutetat de
traces
Comparaison des donneacutees de lineacuteariteacute en HS-SPME avec la pomme
Les coefficients de deacutetermination R2 obtenus lors de lrsquoeacutetalonnage des BTEX entre 0 et 10
microgkg dans la pomme avec les meacutethodes HS-SPME varient entre 09475 et 09998
(tableau 38)
La meacutethode preacutesentant les meilleurs R2 est la meacutethode HS-SPME 3 avec des valeurs
comprises entre 09974 et 09998 (tableau 38)
La comparaison des donneacutees de lineacuteariteacute avec celles drsquoautres eacutetudes est entraveacutee par le
manque drsquoinformation sur les concentrations et le nombre de points utiliseacutes pour reacutealiser les
gammes drsquoeacutetalonnage Neacuteanmoins des R2 entre 0986 et 0999 sont geacuteneacuteralement rencontreacutes
pour les BTEX dans diffeacuterentes matrices (Bianchin 2012 Ezquerro 2004 Gilbert-Loacutepez
2010 Tankiewicz 2013)
Parmi les donneacutees expeacuterimentales obtenues en HS-SPME dans la pomme (tableau 38) le plus
faible R2 est obtenu pour les mp-xylegravenes avec la meacutethode HS-SPME 2 Neacuteanmoins la valeur
meacutediane pour les R2 avec la meacutethode HS-SPME 1 est de 09856 de 09829 pour la meacutethode
HS-SPME 2 et atteint 09997 pour la meacutethode HS-SPME 3 Ces reacutesultats sont coheacuterents avec
ceux observeacutes en HS-SPME dans un produit alimentaire tel que lrsquohuile drsquoolive ougrave selon Vichi
et al la valeur la plus faible du coefficient R est de 0988 pour le toluegravene (Vichi 2005)
Conclusion sur les meacutethodes HS-SPME appliqueacutees agrave la pomme
Lrsquoensemble des performances des 3 meacutethodes HS-SPME optimiseacutees pour la deacutetermination
des BTEX agrave lrsquoeacutetat de traces dans les eacutechantillons de pommes est repreacutesenteacute sur un diagramme
en radar afin de permettre leur comparaison (figure 61)
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
167
Figure 61 Diagramme en radar comparatif des performances des meacutethodes HS-SPME pour la deacutetermination des
BTEX dans les eacutechantillons de pomme
LOD limite de deacutetection LOQ limite de quantification CV coefficient de variation
En rouge meacutethode HS-SPME 3 utilisant une fibre PDMS drsquoeacutepaisseur 100 microm et lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 comme eacutetalon interne
En bleu meacutethode HS-SPME 2 utilisant une fibre CARPDMS drsquoeacutepaisseur 75 microm et lrsquoeacutethylbenzegravene-d10 comme eacutetalon
interne
En vert meacutethode HS-SPME 1 utilisant une fibre CARPDMS drsquoeacutepaisseur 75 microm et le nonane comme eacutetalon interne
Les diffeacuterences drsquoextraction observeacutees pour les BTEX avec le support PDMS et le support
CARPDMS sont peu significatives Neacuteanmoins le revecirctement mixte CARPDMS est
susceptible drsquoecirctre un peu plus heacuteteacuterogegravene et drsquoentraicircner une variabiliteacute des reacutesultats
leacutegegraverement plus importante qursquoavec une phase non mixte
Le support PDMS drsquoeacutepaisseur 100 microm (meacutethode HS-SPME 3) permet drsquoobtenir de plus
faibles limites de deacutetection et de quantification que le support CARPDMS drsquoeacutepaisseur 75 microm
(meacutethodes HS-SPME 1 et 2) Lrsquoutilisation drsquoune eacutepaisseur plus importante pour le revecirctement
de la fibre HS-SPME ameacuteliore la sensibiliteacute de lrsquoextraction des BTEX dans la pomme
Lrsquoensemble des meacutethodes preacutesente des performances coheacuterentes avec les donneacutees disponibles
dans la litteacuterature pour les BTEX extraits en HS-SPME dans diverses matrices Les
techniques HS-SPME preacutesenteacutees dans cette eacutetude sont particuliegraverement adapteacutees agrave lrsquoextraction
de faibles quantiteacutes de BTEX de lrsquoordre de quelques microgkg (ww) dans une matrice
complexe telle que la pomme
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques Partie 41 Approches meacutethodologiques
168
Dans la litteacuterature la meacutethode HS-SPME est largement utiliseacutee pour lrsquoextraction des BTEX
neacuteanmoins tregraves peu drsquoeacutetudes rapportent lrsquoapplication de cette meacutethodologie aux matrices
fruitiegraveres Ce travail propose donc deux meacutethodes HS-SPME valideacutees et utilisant deux
revecirctements diffeacuterents CARPDMS 75 microm et PDMS 100 microm pour lrsquoextraction des BTEX
Lrsquooptimisation drsquoune meacutethodologie existante utilisant une fibre CARPDMS de 75 microm pour
lrsquoextraction des BTEX a tout drsquoabord permis une ameacutelioration significative des performances
de lrsquoextraction ainsi qursquoune deacutetection de niveaux en BTEX 1000 fois moins importants que
dans une eacutetude preacutealablement reacutealiseacutee au laboratoire (Poinot 2014) soit des concentrations de
lrsquoordre du dixiegraveme de microgkg
Lrsquoutilisation drsquoune fibre PDMS 100 microm dont le revecirctement preacutesente une eacutepaisseur plus
importante que la fibre CARPDMS a eacutegalement permis drsquoobtenir de meilleures performances
pour la deacutetermination des BTEX dans la pomme
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques
Partie 42 Applications agrave des matrices fruitiegraveres
169
Chapitre 4 Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques
Partie 42 Applications agrave des matrices fruitiegraveres
Dans la seconde partie de ce chapitre deacutedieacutee aux hydrocarbures aromatiques monocycliques
les meacutethodologies optimiseacutees sont notamment appliqueacutees agrave la deacutetermination du contenu en
BTEX dans un produit agricole de fort inteacuterecirct reacutegional la pomme qui est la base de la
production cidricole normande Le degreacute de contamination des pommes provenant de 13 sites
reacutegionaux localiseacutees en zone urbaine peacuteri-urbaine ou rurale en Normandie sont eacutetudieacutees Une
attention particuliegravere est porteacutee aux BTEX provenant des eacutemissions lieacutees aux transports et agrave la
combustion de biomasse qui sont susceptibles drsquoecirctre agrave lrsquoorigine du deacutepocirct de ces polluants
organiques sur les cultures environnantes La preacutesence des BTEX est donc identifieacutee dans
divers fruits la pomme la poire la prune et le raisin contamineacutes par des gaz drsquoeacutechappement
issus drsquoun moteur diesel Le contenu en hydrocarbures aromatiques monocycliques est
eacutegalement deacutetermineacute pour des pommes exposeacutees aux fumeacutees de combustion de veacutegeacutetaux et le
transfert des hydrocarbures aromatiques monocycliques de lrsquoeacutepicarpe vers le meacutesocarpe du
fruit est eacutetudieacute
421 Contenu en BTEX dans des pommes reacutecolteacutees en Normandie
Le contenu en BTEX (tableau 39) est deacutetermineacute dans des pommes provenant de 13 sites
localiseacutes en Normandie (indiqueacutes dans la section 31 du chapitre 3) dont 9 situeacutes en zone
urbaine ou aux alentours drsquoune agglomeacuteration 2 agrave proximiteacute drsquoune route nationale et 2 en
zone rurale
170
Tableau 39 Estimation du contenu en BTEX dans des pommes reacutecolteacutees en Normandie
Benzegravene Toluegravene Ethylbenzegravene mp-
Xylegravenes
o-Xylegravene Total
BTEX
(microgkg masse fraicircche)
Zone rurale
Agy nd 014plusmn006 nd nd nd 014plusmn006
Livry nd 041plusmn006 009plusmn003 017plusmn003 004plusmn001 071plusmn013
Zone urbaine (Caen plus de 100 000 habitants)
Parc expo nd 013plusmn002 nd nd nd 013plusmn002
IUT 11 nd nd nd nd nd nd
IUT 12 nd 023plusmn002 nd 006plusmn001 003plusmn001 032plusmn004
Rectorat nd 026plusmn001 004plusmn002 010plusmn001 005plusmn001 045plusmn005
Venoix nd 105plusmn013 nd nd 026plusmn004 131plusmn017
Zone peacuteripheacuterique drsquoune ville comptant plus de 100 000 habitants (Caen)
Bretteville nd nd 007plusmn001 006plusmn003 ltLOQ 013plusmn004
Epron 1 nd 016plusmn001 nd nd nd 016plusmn001
Epron 2 nd 012plusmn007 nd nd nd 012plusmn007
Verson nd 042plusmn011 006plusmn003 023plusmn006 010plusmn002 081plusmn019
Zone urbaine (moins de 20 000 habitants)
Saint-Locirc nd 038plusmn008 nd 009plusmn003 004plusmn001 051plusmn012
Vire nd 047plusmn009 nd 011plusmn003 004plusmn001 062plusmn013
A proximiteacute drsquoune route nationale
Romilly nd nd 007plusmn001 005plusmn001 004plusmn002 016plusmn004
Isigny nd nd 007plusmn001 006plusmn003 004plusmn001 017plusmn005
La localisation des preacutelegravevements est preacuteciseacutee dans la section 31 du chapitre 3
Les contenus preacutesenteacutes sont calculeacutes drsquoapregraves les pentes deacutetermineacutees pour la pomme avec la meacutethode HS-SPME 3 et
correspondent aux moyennes de 3 deacuteterminations
nd non deacutetecteacute
ltLOQ infeacuterieur agrave 003 microgkg pour lrsquoo-xylegravene
Les mesures visant agrave deacuteterminer le contenu en hydrocarbures aromatiques monocycliques des
pommes provenant de cultures reacutegionales normandes montrent tout drsquoabord que le benzegravene
qui est le seul BTEX reconnu comme canceacuterogegravene pour lrsquoHomme nrsquoa jamais eacuteteacute deacutetecteacute dans
les eacutechantillons testeacutes (lt 0038 microgkg)
En ce qui concerne lrsquoeacutethylbenzegravene et les xylegravenes la majoriteacute des concentrations retrouveacutees
sont infeacuterieures agrave 010 microgkg et la concentration en toluegravene nrsquoexcegravede pas 05 microgkg (excepteacute
pour les pommes preacuteleveacutees agrave Venoix avec 105plusmn013 microgkg) Les valeurs mesureacutees dans les
171
pommes sont faibles quel que soit leur lieu de preacutelegravevement puisque le contenu total en BTEX
est infeacuterieur agrave 1 microgkg (excepteacute pour le site de Venoix) (tableau 39)
Ces faibles concentrations peuvent eacuteventuellement ecirctre expliqueacutees par la volatilisation facile
des BTEX issus de la transpiration des fruits La transpiration des tissus veacutegeacutetaux est
notamment une voie drsquoeacutelimination significative du benzegravene pour les feuilles de peuplier le
volume de transpiration est correacuteleacute agrave la masse de benzegravene volatiliseacutee vers lrsquoatmosphegravere
(Burken 1998)
Sur le site drsquoEpron des pommes ont eacuteteacute reacutecolteacutees le mecircme jour sur 2 arbres diffeacuterents distants
drsquoune dizaine de megravetres Seul le toluegravene est deacutetecteacute dans les eacutechantillons Epron 1 et Epron 2
De plus les concentrations mesureacutees sont proches avec 016plusmn001 et 012plusmn007 microgkg de
masse fraicircche respectivement
Globalement les reacutesultats ne semblent pas reacuteveacuteler de tendance entre la quantiteacute en BTEX
retrouveacutee dans les fruits et leur site de preacutelegravevement rural ou urbain Les niveaux en BTEX
retrouveacutes agrave Livry en zone rurale ainsi qursquoagrave Saint-Locirc et Vire qui sont des villes de moyenne
importance deacutepassent ceux geacuteneacuteralement trouveacutes en milieu urbain et peacuteriurbain pour une ville
de plus de 100 000 habitants La proximiteacute directe des pommes avec le trafic routier semble
nrsquoavoir qursquoun impact limiteacute sur leur contamination puisque des faibles niveaux sont releveacutes
pour les fruits agrave proximiteacute drsquoune route nationale agrave forte circulation (RN 13)
La deacutetermination du contenu en BTEX dans les pommes permet drsquoestimer la quantiteacute de
contaminants susceptibles drsquoecirctre ingeacutereacutee apregraves la consommation de ces fruits
422 Estimation de lrsquoapport de BTEX agrave travers lrsquoingestion des pommes
reacutecolteacutees
Chez lrsquoHomme aucune regraveglementation nrsquoest disponible pour les BTEX dans lrsquoalimentation en
raison du manque de donneacutees concernant leur toxiciteacute par voie orale Neacuteanmoins pour
certains composeacutes Santeacute Canada (Santeacute Canada 1996) donne une dose journaliegravere admissible
(DJA) exprimeacutee en fonction du poids corporel (pc) qui repreacutesente ce qursquoune personne
pourrait ingeacuterer quotidiennement au cours de sa vie entiegravere sans effet nuisible Drsquoapregraves
certaines donneacutees collecteacutees les valeurs obtenues pour les xylegravenes et le toluegravene sont
respectivement de 15 et 022 mgkg pcjour Pour une personne de 60 kg cela repreacutesente une
ingestion de 90 mg de xylegravenes par jour et 132 mgjour pour le toluegravene
Les valeurs obtenues pour les BTEX sont rapporteacutees agrave la masse moyenne drsquoune pomme (150
g) afin drsquoavoir une estimation de lrsquoabsorption des contaminants chez lrsquoHomme via la
consommation de ces fruits (tableau 40)
172
Tableau 40 Quantiteacute de BTEX (en nanogrammes) susceptible drsquoecirctre ingeacutereacutee lors de la consommation drsquoune pomme
de 150 g reacutecolteacutee en Normandie
Benzegravene Toluegravene Ethylbenzegravene mp-Xylegravene o-Xylegravene Total BTEX
(nanogrammes)
Zone rurale
Agy nd 204plusmn98 nd nd nd 204plusmn98
Livry nd 619plusmn86 132plusmn48 251plusmn42 64plusmn14 1065plusmn190
Zone urbaine (Caen plus de 100 000 habitants)
Parc expo nd 189plusmn30 nd nd nd 189plusmn30
IUT 11 nd nd nd nd nd nd
IUT 12 nd 350plusmn32 nd 95plusmn19 46plusmn16 491plusmn67
Rectorat nd 384plusmn05 66plusmn26 146plusmn10 74plusmn20 670plusmn61
Venoix nd 1571plusmn191 nd nd 390plusmn67 1961plusmn258
Zone peacuteripheacuterique drsquoune ville comptant plus de 100 000 habitants (Caen)
Bretteville nd nd 102plusmn02 90plusmn38 nd 192plusmn40
Epron 1 nd 237plusmn23 nd nd nd 237plusmn23
Epron 2 nd 186plusmn101 nd nd nd 186plusmn101
Verson nd 627plusmn164 89plusmn38 338plusmn96 153plusmn32 1207plusmn330
Zone urbaine (moins de 20 000 habitants)
Saint-Locirc nd 572plusmn127 nd 139plusmn45 53plusmn04 764plusmn176
Vire nd 702plusmn138 nd 159plusmn46 64plusmn22 925plusmn206
A proximiteacute de la RN 13
Romilly nd nd 108plusmn12 81plusmn19 56plusmn26 245plusmn57
Isigny nd nd 98plusmn07 96plusmn39 53plusmn18 247plusmn64
La localisation des preacutelegravevements est preacuteciseacutee dans la section 31 du chapitre 3
nd non deacutetecteacute
Les valeurs obtenues pour les xylegravenes et le toluegravene sont tregraves largement infeacuterieures aux DJA
La plus grande quantiteacute de m- p- et o-xylegravene est retrouveacutee pour les pommes reacutecolteacutees en zone
urbaine agrave Venoix avec 390plusmn60 ng Neacuteanmoins cette valeur reste plus de 2 millions de fois
moins importante que la DJA eacutetablie pour ces composeacutes (Santeacute Canada 1996)
En ce qui concerne le toluegravene la quantiteacute la plus importante est eacutegalement observeacutee sur le site
de Venoix avec 1590plusmn195 ng ce qui est infeacuterieur drsquoun facteur 83 000 agrave la DJA proposeacutee pour
le toluegravene
Au cours de cette campagne de preacutelegravevement les quantiteacutes drsquohydrocarbures aromatiques
mesureacutees dans les fruits sont faibles La comparaison des concentrations mesureacutees aux DJA
173
pour le toluegravene et les xylegravenes indique que la consommation des pommes reacutecolteacutees ne preacutesente
pas de risque de toxiciteacute lieacutee agrave la preacutesence de BTEX
423 Estimation du contenu en BTEX dans des fruits du commerce
Tout au long de ce travail des fruits preacutesentant des caracteacuteristiques diffeacuterentes sont acheteacutes
dans le commerce et sont additionneacutes de BTEX entre 0 et 10 microgkg afin de servir agrave la
reacutealisation de gammes drsquoeacutetalonnage Pour chaque composeacute lrsquoordonneacutee agrave lrsquoorigine de la droite
drsquoeacutetalonnage correspond agrave la contamination intrinsegraveque du fruit Pour les pommes les poires
les prunes et les raisins provenant du supermarcheacute les niveaux de contamination agrave lrsquoorigine
sont deacutetermineacutes en rapportant lrsquoordonneacutee agrave lrsquoorigine agrave la pente de la droite drsquoeacutetalonnage
(tableau 41)
Tableau 41 Estimation du contenu en BTEX dans divers fruits du commerce
Pomme Poire Prune Raisin
A1 B2 C3 A1 B2 A2 A2
Benzegravene 166 071 013 055 ltLOQ ltLOQ nd
Toluegravene 091 283 018 084 181 019 nd
Ethylbenzegravene 033 020 ltLOQ 007 nd nd nd
mp-Xylegravenes 121 950 nd 132 698 ltLOQ nd
o-Xylegravene 059 057 ltLOQ 026 nd 014 nd
Total 470 1381 031 304 879 033 nd 1 contenu correspondant au rapport de lrsquoordonneacutee agrave lrsquoorigine sur la pente deacutetermineacute lors de lrsquoeacutetalonnage avec
la meacutethode HS-SPME 1 fibre CARPDMS eacutepaisseur 75 microm eacutetalon interne nonane
2 contenu correspondant au rapport de lrsquoordonneacutee agrave lrsquoorigine sur la pente deacutetermineacute lors de lrsquoeacutetalonnage avec
la meacutethode HS-SPME 2 fibre CARPDMS eacutepaisseur 75 microm eacutetalon interne eacutethylbenzegravene-d10 (LOQ benzegravene
dans la poire 0494 microgkg LOQ benzegravene dans la prune 0508 microgkg LOQ mp-xylegravenes dans la prune 0063
microgkg)
3 contenu correspondant au rapport de lrsquoordonneacutee agrave lrsquoorigine sur la pente deacutetermineacute lors de lrsquoeacutetalonnage avec
la meacutethode HS-SPME 3 fibre PDMS eacutepaisseur 100 microm eacutetalon interne eacutethylbenzegravene-d10 (dans la pomme LOQ
eacutethylbenzegravene 0026 microgkg LOQ o-xylegravene 0030 microgkg)
ltLOQ infeacuterieur agrave la limite de quantification
Les 3 achats de pommes et les 2 achats de poires montrent que le contenu en BTEX dans les
fruits provenant du commerce peut ecirctre tregraves variable (tableau 41) Parmi les fruits du
commerce les pommes et les poires semblent reacuteveacuteler une preacutesence en BTEX plus importante
que les prunes et les raisins ougrave la quantiteacute en chaque composeacute nrsquoexcegravede pas 02 microgkg
(tableau 41) Aucun BTEX nrsquoest par exemple deacutetecteacute dans les seuls eacutechantillons testeacutes pour le
raisin du commerce Les composeacutes les plus retrouveacutes dans les pommes et les poires sont le
toluegravene avec jusqursquoagrave 283plusmn017 microgkg et les mp-xylegravenes avec jusqursquoagrave 950plusmn199 microgkg
(tableau 41) En ce qui concerne les autres composeacutes ils nrsquoexcegravedent geacuteneacuteralement pas 075
microgkg (excepteacute pour le benzegravene dans la pomme (1) avec 166plusmn032 microgkg)
174
Les pommes acheteacutees dans le commerce possegravedent globalement un contenu en BTEX plus
important que les pommes reacutecolteacutees en Normandie Le benzegravene nrsquoest notamment deacutetecteacute dans
aucune pomme provenant des pommiers normands la concentration en toluegravene excegravede
rarement 05 microgkg (excepteacute pour les pommes preacuteleveacutees agrave Venoix avec 105plusmn013 microgkg) et
celle en mp-xylegravenes reste infeacuterieure agrave 03 microgkg
Les teneurs en toluegravene estimeacutees pour les fruits provenant du commerce (tableau 42) sont
largement infeacuterieures agrave celles retrouveacutees dans certains fruits provenant drsquoun supermarcheacute
ameacutericain avec 16 microgkg ww dans la fraise et jusqursquoagrave 36 microgkg ww dans la banane
(Fleming-Jones 2003) Neacuteanmoins des quantiteacutes en BTEX beaucoup plus faibles infeacuterieures
agrave 002 microgkg ww (concentration convertie agrave partir des donneacutees en masse segraveche et drsquoune
estimation du contenu en eau) sont retrouveacutees dans les eacutechantillons de pomme poire prune
et raisin provenant drsquoun supermarcheacute polonais (Goacuterna-Binkul 1996)
Les donneacutees expeacuterimentales montrent que les BTEX sont susceptibles drsquoecirctre retrouveacutes en plus
grande quantiteacute dans la pomme (jusqursquoagrave environ 14 microgkg) et la poire (jusqursquoagrave environ 9
microgkg) que dans la prune et le raisin (jusqursquoagrave environ 03 microgkg) (tableau 41)
La preacutesence de polysaccharides au niveau des parois cellulaires de la cuticule semble ecirctre
deacutefavorable agrave la sorption drsquohydrocarbures aromatiques en raison de leur faible affiniteacute avec
les composeacutes organiques hydrophobes (Li 2009) Une eacutetude meneacutee en spectroscopie dans
lrsquoinfrarouge moyen dans une reacutegion spectrale caracteacuteristique des polysaccharides indique que
les spectres obtenus pour les parois cellulaires de la peau de la poire sont proches de ceux
observeacutes avec la pomme (Brahem 2017) La cuticule de la pomme possegravede un plus faible
pourcentage en polysaccharides (132 ) que celle du raisin (315 ) (Li 2009)
Le plus faible contenu en polysaccharides au niveau des parois cellulaires de la cuticule des
pommes et des poires pourrait ainsi expliquer la teneur plus importante en BTEX dans ces
fruits par rapport au raisin
424 Deacutetermination du contenu en BTEX dans des fruits du commerce
exposeacutes aux gaz drsquoeacutechappement drsquoune motorisation diesel
Les fruits du commerce (pommes poires prunes raisins) seacutelectionneacutes pour leur diversiteacute
(preacuteciseacutee en section 4152 page 179) sont ensuite exposeacutes individuellement (environ 200 g
de chaque varieacuteteacute) aux gaz drsquoeacutechappement du veacutehicule diesel pendant 30 minutes selon la
proceacutedure deacutecrite dans la section 31 du chapitre 3 Lrsquoexposition agrave ce type de gaz
drsquoeacutechappement a eacuteteacute seacutelectionneacutee en raison de la forte repreacutesentation des veacutehicules diesel au
sein du parc automobile franccedilais En 2012 en France les veacutehicules diesel constituaient 60
du parc de veacutehicules particuliers soit 1912 millions de veacutehicules (Insee 2012) De plus en
raison drsquoune plus forte quantiteacute de carbone contenue dans le carburant diesel par rapport agrave
lrsquoessence les moteurs diesel eacutemettent plus de particules sur lesquelles les hydrocarbures
aromatiques sont susceptibles drsquoecirctre adsorbeacutes La deacutetermination des BTEX dans les fruits
ainsi contamineacutes permet drsquoavoir une ideacutee du deacutepocirct eacuteventuel de ces composeacutes sur les fruits
175
exposeacutes au trafic routier Les quantiteacutes en BTEX retrouveacutes dans les pommes les poires les
prunes et les raisins apregraves une peacuteriode drsquoexposition de 30 min aux eacutemissions drsquoeacutechappement
diesel sont preacutesenteacutees dans le tableau 42
Tableau 42 Contenu en BTEX (microgkg masse fraicircche) dans les fruits
apregraves 30 minutes drsquoexposition aux eacutechappements diesel (n=3)
Composeacutes Pomme Poire Prune Raisin
Benzegravene nd nd nd nd
Toluegravene 214plusmn016 249plusmn018 nd nd
Ethylbenzegravene nd ltLOQ 015plusmn011 ltLOQ
mp-Xylegravenes 1246plusmn182 1545plusmn145 025plusmn002 016plusmn003
o-Xylegravene 055plusmn019 012plusmn003 025plusmn015 015plusmn010
Total BTEX 1515plusmn217 1806plusmn166 065plusmn028 031plusmn013
Les contenus preacutesenteacutes sont calculeacutes drsquoapregraves les pentes deacutetermineacutees pour les diffeacuterents fruits avec la meacutethode HS-SPME 2 et
correspondent aux moyennes de 3 deacuteterminations (n=3)
nd non deacutetecteacute
ltLOQ teneur infeacuterieure agrave la limite de quantification (LOQ eacutethylbenzegravene 0095 microgkg dans la poire et 0120 microgkg dans le
raisin)
Le tableau 42 permet drsquoestimer lrsquoeffet de lrsquoexposition aux gaz drsquoeacutechappement drsquoun moteur
diesel pour les diffeacuterents fruits eacutetudieacutes Par rapport au patrimoine en BTEX deacutetermineacute
preacuteceacutedemment pour les fruits du commerce seuls le contenu en mp-xylegravenes semble
significativement supeacuterieur apregraves lrsquoexposition aux gaz drsquoeacutechappement drsquoun moteur diesel Le
contenu en mp-xylegravenes observeacute dans les pommes et les poires du commerce non exposeacutees est
infeacuterieur agrave 10 microgkg non quantifiable pour la prune et est non deacutetectable pour le raisin
(tableau 41) Les niveaux en toluegravene et en o-xylegravene deacutetecteacutes dans la pomme et la poire
exposeacutee aux gaz drsquoeacutechappement sont semblables agrave certaines valeurs retrouveacutees dans des fruits
non exposeacutes Le benzegravene dont le caractegravere canceacuterigegravene est reconnu chez lrsquoHomme est absent
ou preacutesent en concentration infeacuterieure agrave 01-02 microgkg (valeur des LOD pour le benzegravene dans
les diffeacuterents fruits) dans les fruits exposeacutes aux gaz drsquoeacutechappement Lrsquoeacutethylbenzegravene est
eacutegalement retrouveacute en quantiteacute neacutegligeable dans les fruits apregraves exposition
Les travaux drsquoAlves et al (2015) utilisant un veacutehicule diesel de 2006 (Citroeumln Xsara Picasso)
proche de celui utiliseacute pour lrsquoeacutetude indiquent que le benzegravene est le composeacute majoritairement
retrouveacute dans les gaz drsquoeacutechappement avec 331plusmn140 x103 microgkm Des eacutemissions importantes
de toluegravene avec 144plusmn075 x103 microgkm et de mp-xylegravenes avec 106plusmn05 x103 microgkm sont
eacutegalement deacutetecteacutees Lrsquoo-xylegravene (68plusmn04 x103 microgkm) et lrsquoeacutethylbenzegravene (42plusmn10 x103 microgkm)
sont quant agrave eux plus faiblement preacutesents dans les effluents de motorisation diesel (Alves
2015) Le toluegravene (4x103 microgkm) le benzegravene (3x103 microgkm) et les mp-xylegravenes (2x103 microgkm)
sont eacutegalement plus retrouveacutes que lrsquoeacutethylbenzegravene (05x103 microgkm) et lrsquoo-xylegravene (08x103
microgkm) dans les gaz drsquoeacutechappement drsquoun camion eacutequipeacute drsquoun moteur diesel (Schauer 1999)
La preacutesence relativement importante de mp-xylegravene ainsi que la faible quantiteacute drsquoeacutethylbenzegravene
dans les fruits exposeacutes aux gaz drsquoeacutechappement (tableau 42) sont coheacuterentes avec les donneacutees
disponibles dans la litteacuterature concernant les effluents de motorisation diesel
176
En ce qui concerne le benzegravene il nrsquoest deacutetecteacute dans aucun des fruits exposeacutes (tableau 42) Le
benzegravene et le toluegravene semblent ecirctre les hydrocarbures aromatiques monocycliques les plus
impacteacutes par lrsquoeacutetat de chauffe du veacutehicule lors de la mesure de ces composeacutes dans les gaz
drsquoeacutechappement La preacutesence de benzegravene et de toluegravene est plus de 5 fois supeacuterieure lorsque la
prise drsquoessai est reacutealiseacutee avec un veacutehicule agrave froid alors que les quantiteacutes drsquoeacutethylbenzegravene et de
mp-xylegravene ne varient que drsquoun facteur 2 environ (Alves 2015) Takada et al indiquent que le
benzegravene se trouve plus facilement oxydeacute lorsque la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement est
eacuteleveacutee (Takada 2003) Le protocole drsquoexpeacuterimentation visant agrave exposer les fruits aux
eacutemissions drsquoun moteur diesel utilise un veacutehicule ayant suivi auparavant un trajet relativement
long de 30 min ce qui pourrait expliquer que le benzegravene nrsquoait pas pu ecirctre deacutetecteacute
425 Deacutetermination des BTEX dans les pommes avant et apregraves exposition
aux fumeacutees de combustion de biomasse
Lrsquoeacutetude srsquointeacuteresse eacutegalement aux eacutemissions lieacutees agrave la combustion de biomasse En milieu
rural les pratiques visant agrave brucircler les deacutechets verts et agrave utiliser le bois comme eacutenergie de
chauffage sont courantes Ces processus de combustion de biomasse engendrent la formation
drsquohydrocarbures aromatiques qui sont susceptibles de se deacuteposer sur les cultures
environnantes Des pommes entiegraveres provenant du commerce sont donc exposeacutees pendant 1 h
agrave des fumeacutees obtenues gracircce agrave la mise en contact de branches de tilleul humide avec des
braises de charbon incandescentes selon la proceacutedure deacutecrite dans la section 31 du chapitre 3
(page 128) Le tilleul est une essence qui nrsquoest geacuteneacuteralement pas utiliseacutee comme bois de
chauffage en raison du faible deacutegagement de chaleur engendreacutee par sa combustion Ce type de
bois fait donc partie des deacutechets verts susceptibles drsquoecirctre brucircleacutes agrave lrsquoair libre Les pommes
contamineacutees par les fumeacutees de combustion sont analyseacutees entiegraveres puis la peau et la chair des
fruits sont analyseacutees seacutepareacutement afin drsquoeacutetudier la reacutepartition des BTEX entre lrsquoeacutepicarpe et le
meacutesocarpe des fruits les contenus obtenus sont preacutesenteacutes en tableau 43
177
Tableau 43 Estimation du contenu en BTEX dans les pommes du commerce apregraves 1 h drsquoexposition aux fumeacutees de
combustion de biomasse
Benzegravene Toluegravene Ethylbenzegravene mp-Xylegravenes o-Xylegravene
(microgkg masse fraicircche)
Pomme
entiegravere
Avant fumage nd 045plusmn004 ltLOQ 009plusmn001 nd
Apregraves fumage 028plusmn007 076plusmn015 008plusmn002 019plusmn001 010plusmn001
Profil de BTEX 028 031 008 010 010
Peau Avant fumage nd 096plusmn014 008plusmn001 018plusmn003 009plusmn001
Apregraves fumage 066plusmn051 168plusmn008 018plusmn002 046plusmn012 025plusmn003
Profil de BTEX 066 072 010 034 016
Chair Avant fumage nd nd nd nd nd
Apregraves fumage nd nd nd nd nd
Les contenus preacutesenteacutes sont calculeacutes drsquoapregraves les pentes deacutetermineacutees pour les diffeacuterents fruits avec la meacutethode HS-SPME 3 et
correspondent aux moyennes de 3 deacuteterminations (n=3)
Les profils de BTEX preacutesents dans la pomme entiegravere et deacuteposeacutes sur la peau sont calculeacutes en soustrayant le contenu initial en
BTEX agrave celui obtenu apregraves lrsquoexposition aux fumeacutees de combustion de biomasse
nd non deacutetecteacute
ltLOQ teneur infeacuterieure agrave la limite de quantification (LOQ eacutethylbenzegravene 003 microgkg)
Avant exposition aux fumeacutees de combustion de biomasse seuls le toluegravene agrave 045plusmn004 microgkg
et les mp-xylegravenes agrave 009plusmn001 microgkg sont deacutetecteacutes dans les pommes du commerce et
lrsquoeacutethylbenzegravene est preacutesent en quantiteacute infeacuterieure agrave la limite de quantification qui est de 003
microgkg (tableau 43) Ce niveau de contamination est coheacuterent avec ceux retrouveacutes pour les
pommes reacutecolteacutees en Normandie et globalement infeacuterieur aux teneurs estimeacutees preacuteceacutedemment
pour les pommes provenant du commerce
Les analyses seacutepareacutees de lrsquoeacutepicarpe et du meacutesocarpe reacutevegravelent la preacutesence initiale des BTEX
(excepteacute pour le benzegravene) au niveau de la peau des pommes et lrsquoabsence de ces composeacutes au
niveau de la chair (tableau 43) Lrsquoexposition des pommes aux fumeacutees de combustion de
biomasse entraicircne une augmentation significative drsquoun facteur supeacuterieur agrave 2 du niveau de
chaque BTEX dans la peau des fruits Au contraire aucun de ces composeacutes nrsquoest retrouveacute
dans le meacutesocarpe des pommes exposeacutees ou non aux fumeacutees Les BTEX sont donc plus
preacutesents au niveau de lrsquoeacutepicarpe des pommes aussi bien avant qursquoapregraves une exposition drsquo1 h
aux fumeacutees de combustion de biomasse Le caractegravere plus lipophile de lrsquoeacutepicarpe par rapport
au meacutesocarpe explique notamment lrsquoadsorption exclusive des BTEX au niveau de la peau et
lrsquoabsence de transfert vers la chair Lrsquoadsorption preacutefeacuterentielle des BTEX au niveau de la peau
est eacutegalement montreacutee par Goacuterna-Binkul et al (1996) ougrave le toluegravene est par exemple retrouveacute
en quantiteacute 2 fois plus importante dans la peau des pommes que dans la pulpe (Goacuterna-Binkul
1996)
Les profils en BTEX preacutesents dans la pomme entiegravere et deacuteposeacutes sur la peau sont deacutetermineacutes
par la soustraction du contenu initial en BTEX agrave celui obtenu apregraves lrsquoexposition aux fumeacutees
178
de combustion de biomasse (tableau 43) Ces profils montrent que la combustion de bois de
tilleul a entraicircneacute le deacutepocirct de benzegravene composeacute qui nrsquoest pas deacutetecteacute dans les eacutechantillons
avant exposition ou dans les fruits exposeacutes aux gaz drsquoeacutechappement drsquoun moteur diesel Le
profil en BTEX observeacute au niveau de la peau indique que les composeacutes majoritairement
retrouveacutes sont le benzegravene (066 microgkg) le toluegravene (072 microgkg) et les mp-xylegravenes (034
microgkg)
Le profil obtenu est coheacuterent avec les donneacutees disponibles dans la litteacuterature puisque les
hydrocarbures aromatiques monocycliques principalement eacutemis lors de la combustion de bois
et de broussailles sous des pins laricio sont le benzegravene et le toluegravene A une distance des
flammes comprises entre 1 et 10 megravetres les quantiteacutes en benzegravene (12plusmn18 mgm3) et en
toluegravene (6plusmn09 mgm3) retrouveacutees dans les fumeacutees de combustion du bois sont 3 agrave 6 fois
supeacuterieures agrave celles en eacutethylbenzegravene (2plusmn03 mgm3) et en xylegravenes (1plusmn05 mgm3) (Barboni
2010) Le benzegravene est eacutegalement le composeacute majoritairement eacutemis lors de la combustion du
bois de bouleau dans une chaudiegravere En preacutesence de braises incandescentes le toluegravene et les 3
isomegraveres de xylegravenes se trouvent eacutegalement eacutemis en proportions importantes par rapport agrave
lrsquoeacutethylbenzegravene (Olsson 2006) Une quantiteacute de 100 est arbitrairement attribueacutee au benzegravene et
des quantiteacutes relatives sont deacutetermineacutees par rapport agrave ce composeacute pour le toluegravene
lrsquoeacutethylbenzegravene et les xylegravenes Les quantiteacutes relatives sont ainsi de 53plusmn29 pour le toluegravene
48plusmn37 pour les 3 isomegraveres de xylegravenes et 8plusmn5 pour lrsquoeacutethylbenzegravene (Olsson 2006)
426 Conclusion
Dans la litteacuterature tregraves peu drsquoeacutetudes eacutevaluant les concentrations en BTEX dans les fruits sont
disponibles Ce travail a donc permis de montrer le potentiel des meacutethodologies drsquoextraction
et de quantification deacuteveloppeacutees De tregraves faibles niveaux de contamination de lrsquoordre du
dixiegraveme de microgkg peuvent ecirctre rechercheacutes Ce travail repreacutesente eacutegalement une importante
avanceacutee des connaissances sur les concentrations en BTEX de pommes provenant de vergers
et de pommiers localiseacutes dans des zones urbaines ou des jardins priveacutes soumises agrave lrsquoimpact
de lrsquoair environnant La seconde partie de ce chapitre deacutedieacute aux hydrocarbures aromatiques
monocycliques nrsquoa reacuteveacuteleacutee qursquoun faible degreacute de contamination pour les pommes provenant
des 13 sites reacutegionaux eacutetudieacutes en Normandie Le contenu total en BTEX dans ces pommes
nrsquoexcegravede geacuteneacuteralement pas 1 microgkg quel que soit le lieu de preacutelegravevement en zone urbaine peacuteri-
urbaine ou rurale La consommation de ces pommes reacutecolteacutees en Normandie ne paraicirct donc
pas preacutesenter de risque de toxiciteacute lieacutee agrave la preacutesence drsquohydrocarbures aromatiques
monocycliques
Les BTEX peuvent ecirctre preacutesents en quantiteacutes variables et globalement supeacuterieures dans les
fruits provenant du commerce que dans les fruits locaux
Les eacutemissions lieacutees aux transports et agrave la combustion de biomasse susceptibles drsquoecirctre agrave
lrsquoorigine du deacutepocirct de BTEX sur les cultures ont ensuite eacuteteacute eacutetudieacutees Lrsquoexposition de divers
fruits aux gaz drsquoeacutechappement drsquoun moteur diesel a notamment montreacute une augmentation
significative du contenu en mp-xylegravenes Les eacutemissions lieacutees agrave la combustion de biomasse
sont quant agrave elles principalement susceptibles drsquoecirctre agrave lrsquoorigine du deacutepocirct de benzegravene et de
toluegravene sur lrsquoeacutepicarpe des pommes
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques
Partie 51 Approches meacutethodologiques pour la deacutetermination des
hydrocarbures aromatiques polycycliques dans des matrices fruitiegraveres
179
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques
Partie 51 Approches meacutethodologiques pour la deacutetermination des
hydrocarbures aromatiques polycycliques dans des matrices fruitiegraveres
Lrsquoun des objectifs du travail de thegravese est drsquoeacutetudier la preacutesence des hydrocarbures aromatiques
polycycliques (HAP) dans les matrices fruitiegraveres Ce projet cible plus particuliegraverement un
produit agricole de fort inteacuterecirct reacutegional en Normandie la pomme
En absence de meacutethodologie standardiseacutee pour lrsquoextraction des HAP dans les fruits ou les
leacutegumes un protocole drsquoextraction liquide est dans un premier temps envisageacute pour
lrsquoensemble des HAP Une eacutetude preacutealable reacutealiseacutee au laboratoire (Poinot 2014) a permis de
deacuteterminer qursquoun protocole consistant en une eacutetape drsquoextraction assisteacutee par les ultrasons
(UAE) suivie drsquoune eacutetape de purification sur cartouche drsquoextraction en phase solide (SPE) est
la plus approprieacutee pour lrsquoextraction des HAP dans la pomme pour des concentrations de
lrsquoordre du mgkg Cette proceacutedure existante est modifieacutee et optimiseacutee afin de deacuteterminer la
preacutesence en HAP dans les fruits pour des teneurs de lrsquoordre de 0 agrave 10 gkg (section 511)
Les conditions de validation de cette meacutethode par UAESPE nrsquoeacutetant pas toutes reacuteunies pour
lrsquoensemble des HAP une strateacutegie alliant la HS-SPME pour la deacutetermination des HAP leacutegers
(MM le 178 gmol) et lrsquoUAESPE pour les HAP plus lourds (MM gt 178 gmol) est
deacuteveloppeacutee puis valideacutee (section 512)
Une derniegravere approche meacutethodologique de deacutetermination des HAP dans la pomme est
deacuteveloppeacutee et valideacutee par utilisation de la micro-extraction par solide compacteacute (MEPS) apregraves
extraction aux ultrasons afin de proposer un gain en temps de preacuteparation drsquoeacutechantillon
(section 513) Cette meacutethode dont tregraves peu drsquoapplications sont deacutenombreacutees dans la
litteacuterature nrsquoa jamais eacuteteacute deacutecrite pour la deacutetermination drsquohydrocarbures aromatiques dans le
cas de matrices fruitiegraveres
511 Adaptation drsquoune meacutethode drsquoextraction des HAP dans la pomme par
UAESPE pour leur dosage agrave lrsquoeacutetat de traces (0 agrave 10 microgkg)
5111 Choix de la meacutethodologie drsquoextraction pour les hydrocarbures
aromatiques polycycliques
Les conditions optimales drsquoextraction des HAP sont deacutetermineacutees par une eacutetude preacuteceacutedemment
meneacutee au laboratoire (Poinot 2014) visant agrave eacutetudier et comparer plusieurs techniques
drsquoextraction (soxhlet UAE et SPE) Lrsquoextraction assisteacutee par les ultrasons (UAE) permet une
reacutecupeacuteration plus efficace des HAP pour des concentrations de lrsquoordre du mgkg dans la
pomme que la meacutethode drsquoextraction par soxhlet (Poinot 2014) Cette strateacutegie comprend
lrsquoutilisation drsquo1 g drsquoeacutechantillon soumis agrave une extraction par ultrasons (UAE) suivie par une
eacutetape de concentration au moyen drsquoun eacutevaporateur rotatif La seacuteparation de lrsquoextrait concentreacute
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
180
est par la suite meneacutee par GC et la deacutetection par balayage total en ionisation eacutelectronique au
moyen drsquoun spectromegravetre de masse de type trappe ionique (Poinot 2014)
La recherche de plus faibles concentrations de lrsquoordre du microgkg neacutecessite une eacutetape de
purification suppleacutementaire des extraits afin de minimiser le bruit de fond lors de lrsquoanalyse
Une purification de lrsquoextrait par extraction sur phase solide (SPE) avec une cartouche
styregravenedivinylbenzegravene comme phase de reacutetention est donc mise en place Lrsquoaffiniteacute de cette
phase stationnaire pour les HAP a notamment eacuteteacute deacutemontreacutee par les travaux de Veyrand et al
(2007 et 2013) Lrsquoassociation drsquoune extraction acceacuteleacutereacutee par solvant (ASE) et drsquoune
purification en SPE agrave travers une phase stationnaire styregravenedivinylbenzegravene permet drsquoobtenir
une extraction sensible des HAP dans des eacutechantillons alimentaires (Veyrand 2007
Veyrand 2013) Ces reacutesultats ont meneacute agrave la seacutelection de cette phase stationnaire pour la
purification des extraits UAE obtenus agrave partir des fruits Cette eacutetape de purification est suivie
drsquoune eacutevaporation sous flux drsquoazote afin drsquoameacuteliorer la sensibiliteacute de la deacutetection en
eacutevaporant les solvants et en concentrant les extraits en composeacutes drsquointeacuterecirct
Une proceacutedure associant lrsquoUAE et la SPE (UAESPE) a eacuteteacute point par point optimiseacutee et
veacuterifieacutee pour limiter la variabiliteacute des reacuteponses analytiques et gagner en sensibiliteacute afin
drsquoatteindre des concentrations en HAP de lrsquoordre du gkg
Les moyens drsquooptimisation sont particuliegraverement focaliseacutes sur la preacuteparation et lrsquoextraction de
lrsquoeacutechantillon (Partie 5112) sur lrsquoeacutelution en SPE (partie 5113) sur la concentration des
extraits (partie 5114) sur le choix de lrsquoeacutetalon interne (partie 5115) et sur la seacuteparation et
la deacutetection en GC-MS (partie 5116)
5112 Preacuteparation de lrsquoeacutechantillon et extraction assisteacutee par les ultrasons
51121 Solvants drsquoextraction
Une premiegravere eacutetape drsquoadaptation de la proceacutedure drsquoextraction des HAP consiste agrave veacuterifier leur
preacutesence dans les solvants utiliseacutes pour lrsquoextraction assisteacutee par les ultrasons (UAE) Les
solvants utiliseacutes initialement ont un certificat drsquoanalyse (fournisseur Sigma-Aldrich)
indiquant des teneurs en substances aromatiques infeacuterieures agrave 005 Une contamination lors
de la preacuteparation drsquoeacutechantillon nrsquoa pas eacuteteacute deacutetecteacutee auparavant (Poinot 2014) au regard des
concentrations testeacutees (de lrsquoordre du mgkg) mais peut apparaicirctre pour une recherche de
concentrations 1000 fois infeacuterieures (de lrsquoordre du gkg) Lrsquoapplication de la meacutethodologie
complegravete agrave un extrait (teacutemoin) ne comportant ni matrice (fruit) ni addition de solution
standard de HAP a reacuteveacuteleacute la preacutesence de pics significatifs drsquoanalytes cibleacutes lors des analyses
par GC-MS Ce constat a conduit agrave lrsquoutilisation de solvants de pureteacute supeacuterieure de type
PESTINORMreg acheteacutes aupregraves du fournisseur VWR Prolabo Lrsquoapplication de ces
laquo nouveaux raquo solvants nrsquoa reacuteveacuteleacute la preacutesence drsquoaucun analyte cibleacute
51122 Mateacuteriel de preacuteparation des eacutechantillons
Des micro-volumes sont utiliseacutes pour reacutealiser les ajouts de solutions (solutions standard de
HAP solution drsquoeacutetalon interne) aux eacutechantillons de fruit avant la proceacutedure drsquoextraction La
seringue de 50 microL est utiliseacutee pour reacutealiser des additions entre 10 et 40 microL de solutions en
HAP et la seringue de 250 microL permet drsquoadditionner des volumes compris entre 60 et 100 microL
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
181
Globalement des volumes intermeacutediaires de 2 4 20 et 100 microL sont seacutelectionneacutes afin de
calculer les incertitudes lieacutees agrave lrsquoutilisation des seringues de 10 50 et 250 microL et de veacuterifier la
variabiliteacute lieacutee agrave lrsquoutilisation du mateacuteriel La masse des volumes preacuteleveacutes avec des seringues
de 10 50 et 250 microL est compareacutee agrave la masse theacuteorique souhaiteacutee les reacutesultats sont regroupeacutes
dans le tableau 44
Tableau 44 Preacutelegravevement du dichloromeacutethane (DCM) avec diffeacuterentes micro-seringues
Type de
seringue
Volume
theacuteorique
preacuteleveacute
Nombre drsquoessai Masse moyenne
drsquoun
preacutelegravevement (g)
Ecart
type
CV
()
Masse
theacuteorique
(g)
Ecart
()
10 microL 2x4 microL 10 00086 00005 62 00106 188
10 microL 4x2 microL 9 00077 00004 49 00106 276
50 microL 2x20 microL 10 00506 00012 24 00532 48
250 microL 2x100 microL 10 02652 00015 06 02660 03 masse theacuteorique calculeacutee en multipliant le volume theacuteorique par la masse volumique du DCM qui est de 133 gcm3
Les reacutesultats du tableau 44 montrent que lrsquoutilisation de la seringue de 10 microL peut ecirctre agrave
lrsquoorigine drsquoune importante variation des reacutesultats Les seringues de 50 et 250 microL ne preacutesentent
qursquoune faible incertitude (pour les preacutelegravevements de 2x20 et de 2x100 microL) et sont susceptibles
drsquoentraicircner une faible variation des reacutesultats Ces seringues sont privileacutegieacutees par la suite par
rapport aux seringues de 10 microL
5113 Elution en SPE
51131 Montage de purification en SPE
Les hydrocarbures aromatiques srsquoadsorbent facilement sur les matiegraveres plastiques qui sont
donc geacuteneacuteralement deacuteconseilleacutees pour lrsquoextraction de ces composeacutes (Purcaro 2013) Or la
proceacutedure drsquoextraction comprend une eacutetape de centrifugation post-extraction UAE utilisant
des tubes en matiegravere plastique Ces derniers sont remplaceacutes par des tubes en verre eacuteliminant
ainsi cette eacuteventuelle source de contamination De plus avant eacutelution sur cartouche de SPE
lrsquoextrait fait un passage lent sous faible vide agrave travers des capillaires en matiegravere plastique
menant agrave lrsquoenceinte sous vide Concernant ces capillaires leur contamination est veacuterifieacutee par
passage de solvant au travers Lrsquoanalyse des solvants issus de ces passages reacutevegravele apregraves
concentration sous flux drsquoazote la preacutesence de HAP en GC-MS Le renouvellement de cette
manipulation agrave travers le mecircme capillaire montre une diminution de lrsquoaire des pics de HAP Il
apparait donc que les HAP srsquoadsorbent sur les parois des capillaires et se deacutesorbent agrave chaque
passage de solvant contaminant ainsi lrsquoanalyse Une proceacutedure de nettoyage rigoureuse des
capillaires preacuteciseacutee dans la section 342 du chapitre 3 (page 140) est mise en place afin
drsquoeacuteliminer cette source de contamination
51132 Etape drsquoeacutelution en SPE
Lrsquoextrait reacutecupeacutereacute suite agrave lrsquoeacutetape de concentration par eacutevaporateur rotatif est repris dans 1 mL
de meacutelange cyclohexanedichloromeacutethane (5050 vv) et 5 mL de cyclohexane Ce nouvel
extrait repreacutesentant un volume drsquoenviron 7 mL est chargeacute sur la cartouche SPE et les
composeacutes drsquointeacuterecirct sont retenus par le support copolymegravere styregravenedivinylbenzegravene (cartouche
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
182
Envi Chrom P) La cartouche est ensuite rinceacutee 3 fois avec 3 mL drsquoun meacutelange
cyclohexaneeacutethanol (7030 vv) ce qui repreacutesente un volume de 9 mL pour la fraction de
rinccedilage Lrsquoeacutelution correspond ensuite agrave un passage de 12 mL du meacutelange de solvant
cyclohexaneaceacutetate drsquoeacutethyle (4060 vv)
Le comportement des HAP lors de lrsquoeacutetape de purification en SPE (cartouche Envi Chrom P)
est veacuterifieacute au moyen drsquoune reacutecupeacuteration de 2 volumes diffeacuterents de la fraction drsquoeacutelution Dans
un cas la fraction drsquoeacutelution avec 12 mL du meacutelange de solvant cyclohexaneaceacutetate drsquoeacutethyle
(4060 vv) est reacutecupeacutereacutee seule Dans un autre cas la fraction de rinccedilage avec 9 mL du
meacutelange cyclohexaneeacutethanol (7030 vv) est associeacutee agrave la fraction drsquoeacutelution avec 12 mL du
meacutelange de solvant cyclohexaneaceacutetate drsquoeacutethyle (4060 vv) le volume ainsi reacutecupeacutereacute est
donc de 21 mL Chacune des deux fractions est ensuite concentreacutee sous flux drsquoazote jusqursquoagrave
un volume de 50 microL avant ecirctre analyseacutee en GC-MS Le but est drsquoestimer (i) si la reacutecupeacuteration
des HAP dans la fraction drsquoeacutelution est optimale et (ii) la variabiliteacute associeacutee agrave la reacutecupeacuteration
des HAP Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes en figure 62
Figure 62 Reacutecupeacuteration et variabiliteacute du contenu en HAP apregraves eacutelution de fraction de 12 et 21 mL en SPE
La concentration en HAP de la solution initialement deacuteposeacutee sur la cartouche SPE est de 034 microgL
Valeurs brutes obtenues pour des fractions de 12 et 21 mL obtenues apregraves eacutelution et rinccedilage+eacutelution respectivement puis
concentreacutees sous flux drsquoazote jusqursquoagrave 50 L
x10 lrsquoaire brute du naphtalegravene et du nonadeacutecane est diviseacutee par 10 afin de permettre la conservation drsquoune eacutechelle
permettant la comparaison entre les autres composeacutes
la valeur moyenne en aire brute pour le nonadeacutecane dans la fraction de 21 mL (198264plusmn18803) nrsquoest pas totalement
repreacutesenteacutee afin de conserver une eacutechelle permettant la comparaison entre les autres composeacutes
Les aires brutes preacutesenteacutees sont une moyenne de 5 deacuteterminations les barres drsquoerreurs repreacutesentent la variabiliteacute des aires
brutes pour les 5 deacuteterminations
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
183
Les aires brutes obtenues pour chaque HAP sont relativement peu variables pour les diffeacuterents
essais de reacutecupeacuteration drsquoeacuteluat en SPE Les coefficients de variation entre les 5 deacuteterminations
lors de la reacutecupeacuteration de la fraction drsquoeacutelution avec 12 mL de meacutelange cyclohexaneaceacutetate
drsquoeacutethyle (4060 vv) sont compris entre 7 et 30 quel que soit le HAP cibleacute
La variabiliteacute est plus forte pour les HAP lourds tels que le benzo(a)pyregravene (CV=44 pour
n=5) le benzo(ghi)perylegravene (CV=69 pour n=5) et le dibenzo(ah)antracegravene (CV=83 pour
n=5) dans le cas de la reacutecupeacuteration au moyen des 21 mL drsquoeacuteluat Les variations sont de plus
assez ineacutegales entre elles (de 9 agrave 83) Le volume drsquoeacuteluat compris entre 0 et 9 mL
initialement deacutedieacute au rinccedilage semble ainsi ecirctre agrave eacutecarter pour obtenir une reacutepeacutetabiliteacute
adeacutequate des mesures
Une nette diffeacuterence de reacutetention existe entre les diffeacuterents HAP sur le support Envi Chrom P
en SPE Les 4 HAP leacutegers testeacutes (MM le 166 gmol) sont reacutecupeacutereacutes en quantiteacute supeacuterieure
avec la fraction de 21 mL ce qui indique une tendance pour ces composeacutes agrave commencer agrave ecirctre
eacutelueacutes au moment du rinccedilage avec les 9 mL de meacutelange cyclohexaneeacutethanol (7030 vv) A
lrsquoinverse la quasi-totaliteacute des HAP lourds (MM ge 202 gmol) sont preacutesents en proportion plus
importante dans la fraction drsquoeacutelution utilisant seulement les 12 mL de meacutelange
cyclohexaneaceacutetate drsquoeacutethyle (4060 vv)
5114 Etapes de concentration
Les quantiteacutes en HAP eacutetudieacutees sont faibles et neacutecessitent des eacutetapes drsquoeacutevaporation des
solvants afin de concentrer lrsquoextrait en composeacutes drsquointeacuterecirct La meacutethodologie initiale preacutevoit
deux eacutetapes de concentration
La premiegravere eacutetape drsquoeacutevaporation est reacutealiseacutee agrave la suite de la proceacutedure UAE par
lrsquointermeacutediaire drsquoun eacutevaporateur rotatif Lrsquoextrait UAE (20 mL composeacute de dichloromeacutethane
et de cyclohexane (5050)) est eacutevaporeacute jusqursquoagrave environ 1 mL (facteur de concentration 20)
puis le reacutesidu est repris dans 1 mL de meacutelange cyclohexanedichloromeacutethane (5050) et 5 mL
de cyclohexane avant drsquoecirctre soumis agrave une eacutetape de purification par SPE Lors de cette
premiegravere eacutetape drsquoeacutevaporation lrsquoeacutechantillon est placeacute dans un bain marie agrave 60 degC et sous vide
drsquoair gracircce agrave une trompe agrave eau ce qui permet de reacuteduire rapidement le volume de solvant de
lrsquoextrait pour faciliter son introduction dans la cartouche SPE dont le volume est de 6 mL
La seconde eacutetape drsquoeacutevaporation intervient agrave la suite de la purification par SPE et utilise un
flux drsquoazote Lrsquoeacutelution des composeacutes drsquointeacuterecirct de la cartouche SPE est reacutealiseacutee avec 12 mL
drsquoun meacutelange cyclohexaneaceacutetate drsquoeacutethyle (4060) Lrsquoutilisation du flux drsquoazote permet
drsquoeacutevaporer ces solvants jusqursquoagrave un volume de 50 microL soit un facteur de concentration de 240
Lrsquoextrait est ainsi plus concentreacute en composeacutes drsquointeacuterecirct ce qui permet drsquoameacuteliorer la
sensibiliteacute
Les HAP eacutetant des composeacutes assez volatils les proceacutedures drsquoeacutevaporation peuvent engendrer
des pertes en composeacutes drsquointeacuterecirct et donc ecirctre agrave lrsquoorigine drsquoune variabiliteacute des reacutesultats Des
tests visant agrave eacutevaluer la variabiliteacute des reacutesultats au cours des deux eacutetapes drsquoeacutevaporation sont
donc mis en place
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
184
Les essais consistent agrave utiliser une mecircme quantiteacute en HAP agrave partir drsquoune solution megravere agrave 80
microgL Cette concentration correspond agrave celle qui serait retrouveacutee si la totaliteacute des HAP
introduits au deacutepart agrave 4 microgkg dans lrsquoeacutechantillon (1 g) eacutetait reacutecupeacutereacutee agrave la fin de la proceacutedure
UAESPE dans les 50 microL drsquoextrait
Dans les deux cas le facteur de dilution est eacutegal au facteur de concentration les reacutesultats
obtenus apregraves concentration sous flux drsquoazote (facteur 240) et par eacutevaporateur rotatif (facteur
20) peuvent donc ecirctre directement compareacutes Pour chaque meacutethode de concentration 5
deacuteterminations des solutions dilueacutees puis concentreacutees sont effectueacutees Les reacutesultats obtenus
en aires relatives apregraves analyse de ces solutions concentreacutees sont preacutesenteacutes en figure 63
Figure 63 Reacutecupeacuteration et variabiliteacute du contenu en HAP en aires relatives apregraves concentration drsquoune solution par
eacutevaporateur rotatif ou sous flux drsquoazote afin drsquoobtenir une concentration finale de 80 microgL En bleu fonceacute moyenne des aires relatives des 5 analyses drsquoune solution megravere agrave 80 microgL dilueacutee drsquoun facteur 20 dans un
meacutelange cyclohexanedichloromeacutethane (5050) puis concentreacutee drsquoun facteur 20 par eacutevaporateur rotatif
En bleu clair moyenne des aires relatives des 5 analyses drsquoune solution megravere agrave 80 microgL dilueacutee drsquoun facteur 240 dans un
meacutelange cyclohexaneaceacutetate drsquoeacutethyle (4060) puis concentreacutee drsquoun facteur 240 sous flux drsquoazote
Les barres drsquoerreur correspondent agrave lrsquoeacutecart type entre les 5 deacuteterminations
Lrsquohistogramme en figure 63 indique que les reacutesultats en aires relatives obtenus apregraves
concentration sous flux drsquoazote ou par eacutevaporateur rotatif sont faiblement variables Les aires
relatives preacutesenteacutees apregraves concentration sous flux drsquoazote sont similaires agrave celles observeacutees
apregraves concentration par eacutevaporateur rotatif excepteacute pour le naphtalegravene Les eacutetapes de
concentration ont ainsi un impact relativement faible sur la variabiliteacute de la meacutethodologie et la
proportion analytes cibleacuteseacutetalon interne est globalement conserveacutee quel que soit le mode
drsquoeacutevaporation (eacutevaporateur rotatif ou flux drsquoazote)
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
185
Afin drsquoeacutevaluer les pertes en composeacutes dues aux proceacutedures de concentration les aires brutes
obtenues apregraves concentration sous flux drsquoazote ou par eacutevaporateur rotatif sont eacutegalement
compareacutees (figure 64)
Figure 64 Reacutecupeacuteration et variabiliteacute du contenu en HAP en aires brutes apregraves concentration drsquoune solution par
eacutevaporateur rotatif ou sous flux drsquoazote afin drsquoobtenir une concentration finale de 80 microgL En bleu fonceacute moyenne des aires brutes des 5 analyses drsquoune solution megravere agrave 80 microgL dilueacutee drsquoun facteur 20 dans un
meacutelange cyclohexanedichloromeacutethane (5050) puis concentreacutee drsquoun facteur 20 par eacutevaporateur rotatif
En bleu clair moyenne des aires brutes des 5 analyses drsquoune solution megravere agrave 80 microgL dilueacutee drsquoun facteur 240 dans un
meacutelange cyclohexaneaceacutetate drsquoeacutethyle (4060) puis concentreacutee drsquoun facteur 240 sous flux drsquoazote
Les barres drsquoerreur correspondent agrave lrsquoeacutecart type entre les 5 deacuteterminations
Les aires brutes obtenues apregraves concentration par eacutevaporateur rotatif sont globalement plus
eacuteleveacutees qursquoapregraves concentration sous flux drsquoazote La concentration sous flux drsquoazote semble
entraicircner une perte en composeacutes drsquointeacuterecirct plus importante qui peut ecirctre expliqueacutee par un
facteur de concentration beaucoup plus important Neacuteanmoins lrsquoensemble des HAP semble
ecirctre affecteacute de maniegravere eacutegale et reacutepeacutetable Les aires brutes obtenues apregraves eacutevaporation sous
flux drsquoazote sont leacutegegraverement moins variables (environ 20 ) qursquoapregraves eacutevaporation par
eacutevaporateur rotatif (environ 30 ) (figure 64) Une eacutetude comparant lrsquoeacutevaporation sous flux
drsquoargon et par eacutevaporateur rotatif a eacutegalement montreacute que la reacutecupeacuteration des HAP apregraves ces
deux techniques pouvait ecirctre variable (autour de 10 dans les deux cas) (Filipkowska 2005)
Malgreacute les pertes et les variations que sont susceptibles drsquoentraicircner les proceacutedures
drsquoeacutevaporation ces eacutetapes restent neacutecessaires agrave la concentration des extraits en composeacutes
drsquointeacuterecirct De plus les aires relatives observeacutees apregraves concentration sous flux drsquoazote et par
eacutevaporateur rotatif sont coheacuterentes entre elles et globalement peu variables
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
186
5115 Choix drsquoun eacutetalon interne adapteacute agrave la meacutethodologie UAESPE
Lrsquoaddition drsquoun eacutetalon interne agrave lrsquoeacutechantillon permet de reacuteduire les variabiliteacutes induites par
lrsquoextraction la concentration puis lrsquoinjection en GC-MS Deux eacutetalons internes sont testeacutes le
nonadeacutecane et le benzo(a)anthracegravene-d12 Le nonadeacutecane qui appartient agrave la famille des
hydrocarbures a notamment eacuteteacute seacutelectionneacute pour sa stabiliteacute dans le temps Ce composeacute dont
la masse moleacuteculaire (MM = 268 gmol) et la tempeacuterature drsquoeacutebullition (330 degC) sont proches
de celles des HAP (MM de 128 agrave 278 gmol et tempeacuteratures drsquoeacutebullition de 80 agrave 536 degC) est
geacuteneacuteralement non preacutesent dans les matrices fruitiegraveres qui contiennent principalement des
alcanes lineacuteaires avec un nombre pair de carbones Le benzo(a)anthracegravene-d12 est choisi pour
sa structure et ses proprieacuteteacutes chimiques similaires agrave celle des HAP testeacutes permettant drsquoaboutir
sur des caracteacuteristiques drsquoeacutevaporation et drsquoeacutelution proches des analytes cibles Les composeacutes
deuteacutereacutes sont freacutequemment seacutelectionneacutes comme eacutetalons interne dans les eacutetudes visant agrave
deacuteterminer les HAP dans diverses matrices (Helaleh 2005 Martorell 2010)
La reacutepeacutetabiliteacute et la fideacuteliteacute intermeacutediaire sont eacutevalueacutees pour le nonadeacutecane (meacutethode
UAESPE 1) et le benzo(a)anthracegravene-d12 (meacutethode UAESPE 2) Ces essais sont reacutealiseacutes
avec des pommes additionneacutees agrave 4 microgkg en HAP selon la proceacutedure deacutecrite dans la section
362 du chapitre 3 mateacuteriels et meacutethodes La reacutepeacutetabiliteacute et la fideacuteliteacute intermeacutediaire des
reacutesultats sont estimeacutees par le calcul des coefficients de variation rapport de lrsquoeacutecart type des
mesures agrave leur moyenne Les reacutesultats ainsi obtenus sont reporteacutes en tableau 45
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
187
Tableau 45 Coefficients de variation (CV ) pour les essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire
reacutealiseacutes agrave 4 microgkg avec la pomme pour les meacutethodes UAESPE
CV () meacutethode UAESPE 1 CV () meacutethode UAESPE 2
Reacutepeacutetabiliteacute
(n=3)
Fideacuteliteacute
intermeacutediaire
(n=9)
Reacutepeacutetabiliteacute
(n=3)
Fideacuteliteacute
intermeacutediaire
(n=9)
HAP leacutegers
Naphtalegravene 17 25 11 26
Aceacutenaphtylegravene 36 57 1 17
Aceacutenaphtegravene 12 39 5 6
Fluoregravene 4 28 7 15
Pheacutenanthregravene 8 35 8 42
Anthracegravene 4 22 8 20
HAP lourds
Fluoranthegravene 18 27 19 19
Pyregravene 13 28 4 9
Benzo(a)anthracegravene 3 17 1 3
Chrysegravene 2 21 7 8
Benzo(b)fluoranthegravene 12 19 10 8
Benzo(a)pyregravene 7 20 6 12
Indeacuteno(123-cd)pyregravene 4 26 2 25
Dibenzo(ah)anthracegravene 6 26 9 23
Benzo(ghi)perylegravene 7 27 2 22 Les coefficients de variations sont deacutetermineacutes agrave partir des aires relatives les eacutetalons interne utiliseacutes sont le nonadeacutecane pour
la meacutethode UAESPE 1 et le benzo(a)anthracegravene-d12 pour la meacutethode UAESPE 2
n nombre drsquoeacutechantillons extraits
CV coefficient de variation
Les coefficients de variations (CV) obtenus pour la reacutepeacutetabiliteacute de la meacutethode UAESPE 1
utilisant le nonadeacutecane comme eacutetalon interne sont infeacuterieurs agrave 20 excepteacute pour
lrsquoaceacutenaphtylegravene dont le CV est de 36 (tableau 45) La mise en place du
benzo(a)anthracegravene-d12 avec la meacutethode UAESPE 2 permet une reacuteduction des CV avec des
valeurs geacuteneacuteralement infeacuterieures agrave 10 pour la plupart des HAP eacutetudieacutes
Pour lrsquoanthracegravene le benzo(a)anthacegravene le chrysegravene le benzo(b)fluoranthegravene et le
benzo(a)pyregravene les CV obtenus pour la fideacuteliteacute intermeacutediaire avec le nonadeacutecane varient de
17 agrave 22 Pour les autres composeacutes les CV deacutepassent les 25 et des valeurs plus
importantes sont observeacutees pour les HAP leacutegers avec une valeur maximale de 57 atteinte
pour lrsquoaceacutenaphtylegravene Il semble donc que la meacutethode UAESPE 1 soit peu adapteacutee agrave la
deacutetermination des HAP leacutegers Lrsquoutilisation du benzo(a)anthracegravene-d12 comme eacutetalon interne
pour la meacutethode UAESPE 2 permet drsquoobtenir des CV pour la fideacuteliteacute intermeacutediaire infeacuterieurs
agrave 25 pour les HAP lourds En comparaison des HAP lourds les CV restent globalement
plus eacuteleveacutes pour les HAP leacutegers avec 26 pour le naphtalegravene et 42 pour le pheacutenanthregravene
(tableau 45)
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
188
Les reacutesultats des CV obtenus pour la reacutepeacutetabiliteacute des HAP lourds sont coheacuterents avec ceux de
la litteacuterature qui varient geacuteneacuteralement entre 3 et 30 dans la pomme (Camargo 2003
Jaacutenskaacute 2006) Lrsquoeacutetude de Camargo et al (2003) preacutesente des CV entre 3 pour le
benzo(a)pyregravene et le benzo(ghi)perylegravene et 13 pour le fluoranthegravene (Camargo 2003) Les 6
reacutepliquats dans le cadre des essais de reacutepeacutetabiliteacute sont reacutealiseacutes agrave des concentrations entre 29 et
46 microgkg ce qui est proche des conditions utiliseacutees avec la pomme (4 microgkg) Dans la
litteacuterature les essais de reacutepeacutetabiliteacute montrent des CV jusqursquoagrave 30 pour le naphtalegravene le
benzo(k)fluoranthegravene et le dibenzo(ah)anthracegravene apregraves lrsquoextraction des pommes par soxhlet
(Jaacutenskaacute 2006) Les CV obtenus pour la reacutepeacutetabiliteacute en UAESPE avec une deacutetection en GC-
MS sont coheacuterents avec ceux observeacutes avec lrsquoextraction par soxhlet et une seacuteparation par
chromatographie liquide coupleacutee agrave un deacutetecteur de fluorescence (LC-FLD) dans la pomme
(Jaacutenskaacute 2006) Concernant la fideacuteliteacute intermeacutediaire exprimant la variabiliteacute des reacutesultats sur
diffeacuterents jours dans un mecircme laboratoire aucune donneacutee relative aux fruits nrsquoa eacuteteacute trouveacutee
dans la litteacuterature pour comparaison
De bonnes performances sont obtenues pour le benzo(a)anthracegravene avec la meacutethode
UAESPE 2 avec 1 de variation pour les essais de reacutepeacutetabiliteacute (tableau 45) ce qui peut ecirctre
ducirc agrave lrsquoutilisation du benzo(a)anthracegravene-d12 comme eacutetalon interne qui possegravede des
caracteacuteristiques drsquoextraction similaires agrave son homologue non deuteacutereacute Globalement une plus
faible variabiliteacute des reacutesultats est observeacutee avec le benzo(a)anthracegravene-d12 par rapport au
nonadeacutecane Cette ameacutelioration srsquoexplique notamment par la faible reacutetention du nonadeacutecane
sur le support SPE Le nonadeacutecane est environ 10 fois plus retrouveacute dans le solvant servant agrave
rincer la cartouche SPE que dans lrsquoeacuteluat (figure 62) Lrsquoeacutelution visant agrave reacutecupeacuterer les HAP
retenus sur le support SPE entraicircne donc une reacutecupeacuteration tregraves incomplegravete du nonadeacutecane
apregraves lrsquoeacutetape de purification
La meacutethode UAESPE 2 permet drsquoobtenir une variabiliteacute coheacuterente pour lrsquoensemble des HAP
pour la concentration testeacutee de 4 gkg et semble un peu plus fidegravele que la meacutethode UAESPE
1 pour une deacutetermination des HAP agrave partir de 166 gmol
5116 Seacuteparation et deacutetection en GC-MS
51161 Introduction
Les extraits obtenus apregraves UAESPE puis concentration sont analyseacutes par GC-MS (voir
sections 3221 et 3523 partie laquo Mateacuteriels et Meacutethodes raquo) Les conditions analytiques
initialement fixeacutees au laboratoire (Poinot 2014) pour un appareil de type Varian 3800 GC
coupleacute agrave un spectromegravetre de masse agrave trappe ionique Saturn 2000 ont eacuteteacute adapteacutees agrave un nouvel
appareil de GC-MS posseacutedant un analyseur de masse quadripolaire de type Shimadzu QP
2010 Ce choix a eacuteteacute dicteacute par le fait que (i) le preacuteceacutedent appareil engendrait une variabiliteacute
importante lors drsquoanalyses de solutions standards en HAP faiblement concentreacutees (ii) que
lrsquoanalyse au moyen drsquoun analyseur de type trappe ionique peut conduire agrave drsquoimportantes
laquo deacuteformations raquo spectrales avec notamment des pheacutenomegravenes de protonation des ions
moleacuteculaires (iii) que le modegravele de trappe ionique conduit neacutecessairement agrave une perte segraveche
de la moitieacute des ions produits lors de lrsquoeacutejection vers le deacutetecteur drsquoions et que (iv)
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
189
lrsquoisolements drsquoions multiples est relativement compliqueacute agrave mettre en œuvre au moyen drsquoun
analyseur de type trappe ionique
51162 Conditions de seacuteparation en GC-MS
Les teneurs eacutetudieacutees en HAP ayant eacuteteacute diminueacutees drsquoun facteur 1 000 (mgkg au microgkg) le
mode splitless de lrsquoinjection est conserveacute Ainsi lrsquointeacutegraliteacute de lrsquoextrait injecteacute est analyseacutee
ce qui permet une deacutetection sensible des composeacutes preacutesents en faibles quantiteacutes dans
lrsquoeacutechantillon Concernant le volume injecteacute il est reacuteduit de 5 microL agrave 1 microL Lrsquoinjection drsquoun plus
faible volume drsquoeacutechantillon permet de reacuteduire le rapport signalbruit des pics de HAP
La seacuteparation est opeacutereacutee sur phase stationnaire tregraves peu polaire de type DB5-MS Cette phase
a eacuteteacute conserveacutee car elle permet drsquoobtenir (i) de tregraves bonnes reacutesolutions entre pics de HAP et
(ii) de pouvoir eacuteluer de faccedilon efficace des analytes de poids moleacuteculaires relativement eacuteleveacutes
(jusqursquoagrave 278 gmol pour le dibenzo(ah)anthracegravene) Crsquoest de plus le type de phase
stationnaire le plus reacutepandu pour la seacuteparation de HAP dans les matrices alimentaires (Goacuterna-
Binkul 1996 Abou-Arab 2014 Wu 2016)
51163 Conditions de deacutetection en GC-MS
Apregraves ionisation eacutelectronique dans la source du spectromegravetre de masse coupleacute au
chromatographe la deacutetection des HAP est reacutealiseacutee tout drsquoabord par un balayage total des ions
(mode laquo full scan raquo) Cette eacutetape est reacutealiseacutee au moyen drsquoune solution standard en HAP
relativement concentreacutee (1 gL) Cela permet expeacuterimentalement de repeacuterer les rapports mz
des ions les plus pertinents agrave seacutelectionner pour lrsquointeacutegration de chaque pic
Les faibles rapports signalbruit obtenus par balayage total nrsquoont pas permis drsquoenvisager une
quantification comprise entre 0 et 10 gkg tel que cela eacutetait reacutealiseacute au moyen de la proceacutedure
initiale (Poinot 2014) La sensibiliteacute est augmenteacutee par isolement des ions en mode SIM les
rapports mz des ions isoleacutes lors des analyses des HAP sont preacuteciseacutes dans la section 3523
La dureacutee totale de lrsquoanalyse est segmenteacutee et chaque segment drsquoanalyse est deacutedieacute agrave la
deacutetection de plusieurs composeacutes Un ou deux ions speacutecifiques sont seacutelectionneacutes pour chacun
des composeacutes Le mode SIM permet le balayage de lrsquoensemble des rapports massecharge des
ions seacutelectionneacutes dans un temps donneacute Le temps consacreacute pour chaque ion diminue avec
lrsquoaugmentation du nombre drsquoions seacutelectionneacutes
Le mode SIM limite la deacutetection agrave certains ions (ratios massecharge) preacutealablement
seacutelectionneacutes et non agrave une deacutetection de lrsquoensemble des spectres de masse La deacutetection
seacutelective en MS avec le mode SIM permet drsquoeacuteviter la deacutetection de composeacutes issus de la
matrice et eacuteventuellement co-eacutelueacutes agrave ceux des analytes De plus en mode SIM la dureacutee totale
de lrsquoanalyse est segmenteacutee Chaque segment est deacutedieacute agrave la deacutetection drsquoun faible nombre drsquoions
afin drsquoeacuteviter une perte de sensibiliteacute
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
190
512 Validation drsquoune strateacutegie combinant la HS-SPME et lrsquoUAESPE
pour lrsquoextraction et la deacutetermination des HAP agrave lrsquoeacutetat de traces dans
diverses matrices fruitiegraveres
5121 Introduction
La variabiliteacute des reacutesultats avec la meacutethode UAESPE 2 a eacuteteacute eacutetudieacutee agrave travers la reacutealisation
des essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire pour la pomme (reacutesultats preacutesenteacutes
preacuteceacutedemment en tableau 45) Afin de valider la meacutethodologie pour la deacutetermination des HAP
agrave des concentrations infeacuterieures agrave 10 microgkg la lineacuteariteacute des reacutesultats est veacuterifieacutee et la
sensibiliteacute est eacutevalueacutee La lineacuteariteacute de la meacutethode UAESPE 2 est testeacutee pour chacun des 16
HAP au moyen drsquoajouts eacutequivalents compris entre 0 et 10 microgkg agrave des pommes du commerce
Neacuteanmoins la lineacuteariteacute nrsquoest pas veacuterifieacutee pour les HAP les plus leacutegers avec des donneacutees de
lineacuteariteacute inutilisable lieacutees agrave des R2 tregraves faibles voire nuls (tableau 46)
Tableau 46 Donneacutees de lineacuteariteacute pour les HAP leacutegers entre 0 et 10 microgkg avec la meacutethode UAESPE 2
Composeacutes Pente R2
Naphtalegravene 01708 0
Aceacutenaphtylegravene 00143 06023
Aceacutenaphtegravene 00195 0
Fluoregravene 00267 0
Pheacutenanthregravene 00683 0
Anthracegravene 00176 09503
Ce manque de lineacuteariteacute peut notamment srsquoexpliquer par la co-extraction de composeacutes de la
matrice induisant la preacutesence drsquoun bruit de fond important au niveau des temps de reacutetention de
ces composeacutes (entre environ 9 et 18 min) comme le montre la figure 65
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
191
Figure 65 Chromatogramme obtenu en GC-qMS pour une pomme additionneacutee en HAP agrave 10 microgkg extraits de la
pomme avec la meacutethode UAESPE 2
EI eacutetalon interne les chiffres au-dessus des pics correspondent aux composeacutes du tableau 47 deacutetection seacutelection drsquoions de
rapports mz compris entre 128 et 166 (avant 21 min) et compris entre 202 et 278 (entre 25 et 72 min)
Les conditions de seacuteparation et de deacutetection sont preacuteciseacutees dans la section 3523 du chapitre 3
Le bruit de fond important en deacutebut du chromatogramme peut empecirccher la deacutetection drsquoun
signal correspondant aux faibles quantiteacutes en HAP leacutegers dans lrsquoeacutechantillon de pomme Les
faibles teneurs eacutetudieacutees pour les HAP ne permettent pas de diffeacuterencier le signal du bruit de
fond pour les composeacutes les plus leacutegers La meacutethode UAESPE 2 nrsquoest donc pas adapteacutee agrave la
deacutetection des HAP leacutegers preacutesents en faible concentration dans les pommes En raison drsquoun
bruit de fond moins eacuteleveacute pour des rapports mz supeacuterieurs agrave 200 elle est applicable agrave la
quantification de HAP de poids moleacuteculaires agrave partir de 202 gmol
Pour les HAP leacutegers leur volatiliteacute suffisante permet drsquoenvisager une extraction par HS-
SPME cette meacutethodologie est drsquoores et deacutejagrave utiliseacutee pour le dosage des BTEX (voir chapitre
4) lrsquoobjet de cette partie est de deacutemontrer qursquoune strateacutegie combinant les deux meacutethodologies
drsquoextraction (UAESPE et HS-SPME) peut permettre une deacutetermination coheacuterente agrave la fois
des HAP lourds et des HAP leacutegers dans les matrices fruitiegraveres que sont la pomme la poire la
prune et le raisin Les critegraveres de validation du dosage des HAP lourds (voir tableau 47) par
UAESPE seront tout drsquoabord preacutesenteacutes (partie 5122) puis ceux du dosage des HAP leacutegers
(voir tableau 47) par HS-SPME (partie 5123)
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
192
Tableau 47 Temps de reacutetention et ions utiliseacutes pour la deacutetection des HAP cibleacutes par les diffeacuterentes
meacutethodologies
Composeacutes Abreacuteviation ion
SIM ǁ
Ndeg CAS tR dagger (min)
Meacutethodes UAESPE
et UAEMEPS
Meacutethodes
HS-SPME
1 Benzegravene B 78 71-43-2 136
2 Toluegravene T 91 108-88-3 298
3 Ethylbenzegravene-d10 E-d10 116 25837-05-2 260
4 Ethylbenzegravene E 91 100-41-4 264
5 mp-Xylegravenes mp-X 91 108-38-3106-42-3 270
6 o-Xylegravene o-X 91 95-47-6 287
7 Nonane No 43 111-84-2 289
8 Naphtalegravene NPH 128 91-20-3 90 423
9 Aceacutenaphtylegravene ACY 152 208-96-8 118 479
10 Aceacutenaphtegravene-d10 ACP-d10 164 15067-26-2 121 484
11 Aceacutenaphtegravene ACP 153 83-32-9 122 485
12 Fluoregravene FLR 166 86-73-7 137 510
13 Pheacutenanthregravene PHE 178 85-01-8 179 572
14 Anthracegravene ANT 178 120-12-7 182 576
15 Nonadeacutecane Nd 57 629-92-5 190
16 Fluoranthegravene FA 202 206-44-0 262
17 Pyregravene PYR 202 129-00-0 282
18 Benzo(a)anthracegravene-d12 BaA-d12 240 1718-53-2 404
19 Benzo(a)anthracegravene BaA 228 56-55-3 407
20 Chrysegravene CHR 228 218-01-9 411
21 Benzo(b)fluoranthegravene BbFA 252 205-99-2 530
22 Benzo(a)pyregravene BaP 252 50-32-8 567
23 Indeacuteno(123-cd)pyregravene IP 276 193-39-5 685
24 Dibenzo(ah)anthracegravene DBahA 278 53-70-3 687
25 Benzo(ghi)perylegravene BghiP 276 191-24-2 710
UAESPE extraction assisteacutee par les ultrasons suivie drsquoune extraction en phase solide
UAEMEPS extraction assisteacutee par les ultrasons suivie drsquoune micro-extraction par solide compacteacute
HS-SPME micro-extraction en phase solide dans lrsquoespace de tecircte
eacutetalons internes
ǁ ion correspondant agrave lrsquoion majoritaire du spectre de masse utiliseacute pour la deacutetection seacutelective drsquoion (mode SIM)
dagger tR temps de reacutetention obtenus avec les programmations de tempeacuteratures suivante pour lUAESPE et lrsquoUAEMEPS 80 degC
pendant 1 min 60 degCmin jusqursquoagrave 200 degC 2degCmin jusqursquoagrave 330 degC pendant 5 min pour la HS-SPME 40 degC pendant 2 min 2
degCmin jusqursquoagrave 55 degC pendant 5 min 4 degCmin jusqursquoagrave 100 degC pendant 5 min 60 degCmin jusqursquoagrave 200 degC 2 degCmin jusqursquoagrave
250 degC 30 degCmin jusqursquoagrave 300 degC pendant 5 min
En gris fonceacute composeacutes preacutesenteacutes et discuteacutes en chapitre 4
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
193
5122 Validation du dosage des HAP lourds dans diffeacuterentes matrices
fruitiegraveres par UAESPE
51221 Lineacuteariteacute des HAP lourds pour une gamme de
concentrations de 0 agrave 10 microgkg
La lineacuteariteacute des mesures entre 0 et 10 microgkg pour 9 HAP lourds est testeacutee et appliqueacutee agrave 4
fruits diffeacuterents au moyen de la meacutethode UAESPE 2 (section 361 du chapitre 3 preacutesentant
les mateacuteriels et meacutethodes) Les droites obtenues pour le benzo(ghi)perylegravene le
benzo(b)fluoranthegravene le chrysegravene et le pyregravene sont preacutesenteacutees pour un eacutechantillon de pomme
du commerce en figure 66
Figure 66 Droites drsquoeacutetalonnage pour le benzo(ghi)perylegravene benzo(b)fluoranthegravene chrysegravene pyregravene
reacutealiseacutees avec la meacutethode UAESPE 2 pour des ajouts compris entre 0 et 10 microgkg agrave une pomme
Les barres drsquoerreur correspondent aux eacutecarts-types entre les valeurs des 3 eacutetalonnages reacutealiseacutes
Pour les HAP lourds dont la lineacuteariteacute est veacuterifieacutee entre 0 et 10 microgkg les valeurs des pentes
des coefficients de deacutetermination (R2) et des ordonneacutees agrave lrsquoorigine des reacutegressions lineacuteaires
obtenues avec la meacutethode UAESPE 2 pour la pomme la poire la prune et le raisin sont
regroupeacutees dans le tableau 48
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
194
Tableau 48 Donneacutees de lineacuteariteacute obtenues pour les HAP lourds avec la meacutethode UAESPE 2 pour diffeacuterentes matrices fruitiegraveres
Composeacutes Pomme Poire Prune Raisin
Pente Origine R2 Pente Origine R2 Pente Origine R2 Pente Origine R2
Fluoranthegravene 00621a 04832 09834 00841a 00641 09951 00709a 0360 09700 00829a 0491 09639
Pyregravene 00848a 04287 09839 0101a 00811 09942 00952a 02875 09848 0106a 0381 09578
Benzo(a)anthracegravene 0113a 00445 09928 0113a 0 09974 0122a 0 09961 0129a 0 09809
Chrysegravene 0124a 00993 09947 0133a 0 09969 0146a 0 09893 0152a 0 09700
Benzo(b)fluoranthegravene 0166a 0526 09451 0165a 0428 09342 0146a 0475 09186 0157a 0453 09357
Benzo(a)pyregravene 0211a 0 09770 0186a 00143 09831 0184a 0 09891 0192a 0 09927
Indeacuteno(123-cd)pyregravene 0258a 00369 09804 0233a 0 09971 0237a 0 09933 0241a 0 09595
Dibenzo(ah)anthracegravene 0224a 0 09693 0196a 0 09968 0189a 0 09939 0198a 0 09684
Benzo(ghi)perylegravene 0235a 00408 09802 0208a 0 09989 0212a 0 09914 0216a 0 09716
6 points de concentrations (0 2 4 6 8 et 10 microgkg) sont analyseacutes en triplicats
a indique pour chaque composeacute les pentes qui ne sont pas significativement diffeacuterentes meacutethode HSD (honest significant difference) Tukey 95
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
195
Le calcul du coefficient de deacutetermination (Rsup2) permet pour chaque composeacute extrait dans les
diffeacuterents fruits de veacuterifier la lineacuteariteacute de leacutetalonnage pour la meacutethode UAESPE 2 Pour
lrsquoensemble des fruits eacutetudieacutes les R2 obtenus pour chaque HAP lourds varient entre 09186
pour le benzo(b)fluoranthegravene dans la prune et 09989 pour le benzo(ghi)perylegravene dans la
poire
Le benzo(b)fluoranthegravene montre de faibles R2 dans lrsquoensemble des fruits eacutetudieacutes (entre 09186
et 09451) La valeur meacutediane obtenue pour les R2 avec la meacutethode UAESPE 2 pour
lrsquoensemble des HAP dans les diffeacuterents fruits est de 09836 (ou 09869 si les valeurs de R2
pour le benzo(b)fluoranthegravene ne sont pas prises en compte)
La comparaison des performances de lineacuteariteacute avec les donneacutees de la litteacuterature est notamment
entraveacutee par le manque drsquoinformation sur les gammes de concentrations eacutetudieacutees dans les
fruits et leacutegumes Des gammes eacutetudiant les HAP entre 10 et 100 ng par injection montrent des
R2 supeacuterieurs agrave 0989 (Tuteja 2011) Pour des concentrations en HAP comprises entre 2 et
2000 microgkg les R2 obtenus avec le radis sont supeacuterieurs agrave 0996 (Lei 2011) Les R2 obtenus
avec la meacutethode UAESPE 2 dans les diffeacuterents fruits sont pour certains infeacuterieurs agrave ceux
indiqueacutes dans la litteacuterature Neacuteanmoins les gammes de cette eacutetude ne srsquoeacutetendent que sur une
deacutecade et eacutetudient 6 points de concentrations entre 0 et 10 microgkg La reacutealisation de gamme
drsquoeacutetalonnage sur un grand nombre de deacutecades avec un faible nombre de points concentrations
eacutetudieacutes peut conduire agrave des R2 plus eacuteleveacutes Les reacutesultats de lineacuteariteacute observeacutes pour les HAP
lourds entre 0 et 10 microgkg extraits avec la meacutethode UAESPE 2 dans les diffeacuterents fruits
peuvent donc ecirctre consideacutereacutes comme corrects et globalement coheacuterents avec les donneacutees
extraites de la litteacuterature
La comparaison des pentes pour les diffeacuterents fruits est reacutealiseacutee gracircce au test ANOVA Les
reacutesultats de ce test montrent que pour la totaliteacute des HAP lourds le changement de matrice
fruitiegravere nrsquoinduit pas de variation significative (95 ) de la pente
Lrsquoextraction par UAESPE ne semble donc pas ecirctre deacutependante de la matrice extraite La
meacutethode UAESPE 2 peut donc potentiellement ecirctre transposeacutee agrave nrsquoimporte quelle matrice
fruitiegravere
Quelques ordonneacutees agrave lrsquoorigine (point agrave 0 microgkg) se reacutevegravelent assez eacuteleveacutees pour certains
composeacutes (tableau 48) ce qui indique une preacutesence de HAP dans les fruits eacutetudieacutes provenant
du commerce Le contenu intrinsegraveque des fruits du commerce sera eacutetudieacute dans la
section 5231
51222 Limites de deacutetection et de quantification des HAP lourds
Les limites de deacutetection (LOD) et de quantification (LOQ) sont ensuite calculeacutees avec la
meacutethode UAESPE 2 selon la proceacutedure deacutecrite dans la section 363 du chapitre 3 (page 149)
Les valeurs obtenues pour les LOD et LOQ avec la pomme la poire la prune et le raisin sont
donneacutees dans le tableau 49
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
196
Tableau 49 Limites de deacutetection (LOD) et de quantification (LOQ) obtenus pour les HAP lourds avec la
meacutethode UAESPE 2 pour diffeacuterentes matrices fruitiegraveres (microgkg de masse fraicircche)
Composeacutes Pomme Poire Prune Raisin
LOD LOQ LOD LOQ LOD LOQ LOD LOQ
(microgkg) (microgkg) (microgkg) (microgkg)
Fluoranthegravene 0089 0297 0115 0382 0088 0295 0075 0249
Pyregravene 0080 0268 0091 0303 0078 0260 0069 0231
Benzo(a)anthracegravene 0128 0428 0126 0419 0093 0312 0087 0291
Chrysegravene 0100 0333 0099 0330 0072 0241 0068 0226
Benzo(b)fluoranthegravene 0160 0533 0112 0375 0094 0314 0081 0268
Benzo(a)pyregravene 0172 0572 0133 0444 0111 0370 0102 0340
Indeacuteno(123-cd)pyregravene 0135 0449 0138 0459 0107 0356 0086 0287
Dibenzo(ah)anthracegravene 0125 0418 0141 0472 0107 0356 0093 0310
Benzo(ghi)perylegravene 0113 0378 0115 0384 0092 0307 0077 0255
Avec la meacutethode UAESPE 2 les valeurs des LOD et LOQ sont globalement plus faibles pour
la prune et le raisin que pour la pomme et la poire Les LOD dans les diffeacuterents fruits varient
entre 0068 microgkg ww pour le chrysegravene dans le raisin et 0172 microgkg ww pour le
benzo(a)pyregravene dans la pomme Les LOQ sont quant agrave elles comprises entre 0226 et 0572
microgkg ww Ces faibles valeurs permettent avec la meacutethode UAESPE 2 la quantification des
HAP lourds agrave des teneurs infeacuterieures agrave 05 microgkg dans les diffeacuterents fruits et leur deacutetection agrave
des teneurs infeacuterieures agrave 02 microgkg
Ces valeurs sont coheacuterentes avec celles trouveacutees dans la litteacuterature pour les HAP dans les
fruits et leacutegumes Des LOD entre 001 et 007 microgkg sont notamment deacutetermineacutees pour les
HAP (MM entre 128 et 278 gmol) dans la pomme (Jaacutenskaacute 2006) Pour les leacutegumes des
limites de deacutetection comprises entre 007 et 129 microgkg sont trouveacutees (Soceanu 2014)
Les faibles limites obtenues avec la meacutethode UAESPE 2 sont compatibles avec la recherche
des HAP lourds agrave lrsquoeacutetat de trace dans les eacutechantillons de fruits
5123 Validation du dosage des HAP leacutegers par HS-SPME
51231 Seacuteparation des HAP leacutegers en GC-MS apregraves extraction par
HS-SPME
Les HAP leacutegers eacutetant des composeacutes assez volatils lrsquoutilisation drsquoune extraction par HS-SPME
peut ecirctre envisageacutee pour leur deacutetermination La meacutethode drsquoanalyse en GC-MS pour des
extraits HS-SPME est donc optimiseacutee dans ce sens Les modifications de la meacutethode
drsquoanalyse consistent agrave modifier le gradient de tempeacuteratures en reprenant celui utiliseacute en
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
197
UAESPE La meacutethode est modifieacutee agrave partir de 3075 min (agrave 100 degC) avec une augmentation
de 60 degCmin jusqursquoagrave 200 degC de 2degCmin jusqursquoagrave 250 degC et enfin de 30deg Cmin jusqursquoagrave 300
degC La tempeacuterature finale de 300 degC est maintenue pendant 5 minutes La dureacutee totale du
programme est 6408 min Cette modification permet la deacutetection des HAP leacutegers agrave la suite
des BTEX (figure 67)
Figure 67 Chromatogramme obtenu en GC-qMS avec la meacutethode HS-SPME 2 pour un eacutechantillon de
pomme additionneacute en HAP et BTEX agrave 10 microgkg
EI eacutetalon interne les chiffres au-dessus des pics correspondent aux composeacutes du tableau 47 deacutetection seacutelective drsquoions de
rapports mz compris entre 78 et 91 (avant 30 min) et compris entre 128 et 166 (entre 40 et 52 min)
Gradient de tempeacuterature tempeacuterature initiale 40 degC maintenue 2 min 2 degCmin jusqursquoagrave 55 degC maintenue 5 min 4 degCmin
jusqursquoagrave 100 degC maintenue 5 min 60 degCmin jusqursquoagrave 200 degC 2 degCmin jusqursquoagrave 250 degC 30 degCmin jusqursquoagrave 300 degC
maintenue 5 min
Pour chacun des HAP extraits par HS-SPME les caracteacuteristiques des pics obtenus en GC-MS
sont rassembleacutees en tableau 47
51232 Choix de la fibre drsquoextraction en HS-SPME pour la
deacutetermination des HAP leacutegers
La meacutethode HS-SPME initialement mise en place preacutevoyait uniquement la deacutetermination des
BTEX La fibre CARPDMS alors utiliseacutee srsquoest reacuteveacuteleacutee peu adapteacutee agrave la reacutecupeacuteration des
HAP composeacutes moins volatils que les BTEX Des revecirctements PDMS drsquoeacutepaisseur comprises
entre 7 et 100 microm sont freacutequemment utiliseacutes dans la litteacuterature pour lrsquoextraction des
hydrocarbures aromatiques monocycliques et polycycliques agrave partir drsquoeacutechantillons
environnementaux et alimentaires (Doong 2000 Lei 2011 Meneacutendez 2000 Tankiewicz
2013) Le revecirctement PDMS drsquoeacutepaisseur 7 microm nrsquoest pas retenu car de meilleures capaciteacutes
drsquoextraction sont attendues avec des supports drsquoeacutepaisseur plus importante (30 et 100 microm) Des
supports PDMS de 30 et de 100 microm drsquoeacutepaisseur sont donc seacutelectionneacutes et testeacutes pour la
reacutecupeacuteration des HAP en HS-SPME agrave partir drsquoun eacutechantillon de pomme
Des extractions reacutealiseacutees en HS-SPME agrave partir drsquoeacutechantillons de pomme additionneacutes de HAP
agrave 10 microgkg avec des fibres posseacutedant des revecirctements CARPDMS de 75 microm drsquoeacutepaisseur
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
198
Tableau 50 comparaison des aires brutes obtenues apregraves HS-SPME pour un eacutechantillon de pomme
additionneacute en HAP leacutegers agrave 10 microgkg avec des fibres ayant diffeacuterents revecirctements CARPDMS 75 microm
PDMS 30 microm et PDMS 100 microm
PDMS de 30 microm et 100 microm sont compareacutees Les aires brutes obtenues pour chaque HAP leacuteger
sont regroupeacutees en tableau 50
Drsquoimportantes aires brutes pour les composeacutes les plus leacutegers sont obtenus pour la fibre
CARPDMS Cependant une faible extraction des composeacutes tels que le pheacutenanthregravene et
lrsquoanthracegravene est observeacutee Globalement la fibre CARPDMS 75 microm srsquoavegravere ecirctre la plus
adapteacutee agrave lrsquoextraction des composeacutes les plus volatils La fibre comportant un revecirctement
PDMS de 30 microm permet une bonne extraction de lrsquoensemble des HAP leacutegers et notamment du
pheacutenanthregravene et de lrsquoanthracegravene Les aires brutes obtenues avec la fibre comportant un
revecirctement PDMS de 30 microm sont homogegravenes ce qui montre une extraction similaire de tous
les HAP leacutegers eacutetudieacutes Lrsquoutilisation de la fibre PDMS de 100 microm pour lrsquoanalyse drsquoune
pomme pollueacutee agrave 10 microgkg permet drsquoameacuteliorer tregraves nettement lrsquoextraction de tous les HAP
leacutegers par rapport agrave la fibre PDMS drsquoeacutepaisseur 30 microm puisque les aires brutes obtenues avec
la fibre PDMS 100 microm sont 15 agrave 37 fois supeacuterieures agrave celles trouveacutees avec la fibre PDMS de
30 microm Des valeurs plus importantes pour les aires brutes agrave 10 microgkg permettent drsquoenvisager
une bonne deacutetection des composeacutes agrave de plus faibles concentrations avec la fibre PDMS
drsquoeacutepaisseur 100 microm Doong et al ont eacutegalement montreacute lrsquoameacutelioration de lrsquoefficaciteacute de
lrsquoextraction des HAP avec lrsquoaugmentation de lrsquoeacutepaisseur du revecirctement PDMS (Doong
2000) Les revecirctements eacutepais sont eacutegalement connus pour ecirctre plus particuliegraverement adapteacutes agrave
la reacutecupeacuteration des composeacutes volatils (King 2003)
La fibre CARPDMS drsquoeacutepaisseur 75 microm ayant montreacute la meilleur capaciteacute drsquoextraction pour
les HAP les plus leacutegers et la fibre PDMS drsquoeacutepaisseur 100 microm eacutetant plus particuliegraverement
adapteacutee agrave lrsquoextraction des HAP de masse molaire comprise entre 166 et 178 gmol ces deux
supports sont testeacutes afin de veacuterifier la fideacuteliteacute de lrsquoextraction pour les HAP agrave 4 gkg
Type de fibre CARPDMS
75 microm
PDMS
30 microm
PDMS
100 microm
Naphtalegravene 440223 47654 171452
Aceacutenaphtylegravene 95606 46240 152423
Aceacutenaphtegravene 196579 45020 165421
Aceacutenaphtegravene-d10 171494 36222 116243
Fluoregravene 23346 47537 147042
Pheacutenanthregravene 3667 55484 88445
Anthracegravene 1823 54081 81974
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
199
51233 Essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire pour la
deacutetermination des HAP leacutegers par HS-SPME
Diffeacuterents paramegravetres sont utiliseacutes pour deacuteterminer la fideacuteliteacute de la reacuteponse analytique des
HAP leacutegers par HS-SPME
- la meacutethode HS-SPME 1 utilise une fibre posseacutedant un revecirctement CARPDMS drsquoeacutepaisseur
75 microm et le nonane comme eacutetalon interne
- la meacutethode HS-SPME 2 met en œuvre une fibre avec un revecirctement CARPDMS
drsquoeacutepaisseur 75 microm et lrsquoaceacutenaphthegravene-d10 comme eacutetalon interne
- la meacutethode HS-SPME 3 utilise une fibre ayant un revecirctement PDMS drsquoeacutepaisseur 100 microm et
lrsquoaceacutenaphthegravene-d10 comme eacutetalon interne
Les coefficients de variation obtenus pour ces diffeacuterentes meacutethodes HS-SPME lors des
essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire reacutealiseacutes avec une pomme additionneacutee de HAP
agrave 4 microgkg sont preacutesenteacutes dans le tableau 51
Tableau 51 Coefficients de variation (CV ) des essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire
obtenus pour les meacutethodes HS-SPME avec les HAP leacutegers introduits agrave 4 microgkg dans des pommes du
commerce
CV ()
meacutethode HS-SPME 1
CV ()
meacutethode HS-SPME 2
CV ()
meacutethode HS-SPME 3
Reacutepeacutetabiliteacute
(n=3)
Fideacuteliteacute
intermeacutediaire
(n=8)
Reacutepeacutetabiliteacute
(n=4)
Fideacuteliteacute
intermeacutediaire
(n=12)
Reacutepeacutetabiliteacute
(n=3)
Fideacuteliteacute
intermeacutediaire
(n=9)
Naphtalegravene 4 24 10 23 2 7
Aceacutenaphtylegravene 17 41 18 17 3 10
Aceacutenaphtegravene 19 36 13 23 9 10
Fluoregravene 25 43 4 30 9 15
Pheacutenanthregravene 26 87 nd nd 16 35
Anthracegravene 40 67 nd nd 16 34 Les coefficients de variations sont deacutetermineacutes agrave partir des aires relatives
meacutethode HS-SPME 1 fibre CARPDMS 75 microm et nonane comme eacutetalon interne
meacutethode HS-SPME 2 fibre CARPDMS 75 microm et aceacutenaphtegravene-d10 comme eacutetalon interne
meacutethode HS-SPME 3 fibre PDMS 100 microm et aceacutenaphtegravene-d10 comme eacutetalon interne
n nombre drsquoeacutechantillons extraits
CV coefficient de variation
nd non deacutetecteacute
Les essais de reacutepeacutetabiliteacute avec la meacutethode HS-SPME 1 utilisant le nonane comme eacutetalon
interne donnent des coefficients de variation supeacuterieurs agrave 17 excepteacute pour le naphtalegravene
(CV=4 ) En ce qui concerne la fideacuteliteacute intermeacutediaire les coefficients de variation atteignent
jusqursquoagrave 87 pour le pheacutenanthregravene (tableau 51) Ces reacutesultats montrent que la meacutethode HS-
SPME 1 est adapteacutee agrave lrsquoextraction des composeacutes les plus volatils (128 gmol le MM le 166
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
200
gmol) Les valeurs de fideacuteliteacute sont critiques pour le pheacutenanthregravene et lrsquoanthracegravene en raison
drsquoune faible extraction de ces 2 HAP au moyen drsquoune fibre CARPDMS (tableau 50)
Avec la meacutethode HS-SPME 2 utilisant lrsquoaceacutenaphtegravene-d10 comme eacutetalon interne les
coefficients de variation obtenus (tableau 51) pour les HAP leacutegers lors des essais de
reacutepeacutetabiliteacute sont compris entre 4 pour le fluoregravene et 18 pour lrsquoaceacutenaphtylegravene Pour la
fideacuteliteacute intermeacutediaire les CV varient entre 17 et 30 En ce qui concerne le pheacutenanthregravene et
lrsquoanthracegravene le signal agrave 4 microgkg ne peut pas ecirctre diffeacuterencieacute du bruit de fond avec la meacutethode
HS-SPME 2 Lrsquoapplication de lrsquoaceacutenaphtegravene-d10 agrave la meacutethode HS-SPME 2 a permis une
ameacutelioration globale de la variabiliteacute des reacutesultats par rapport agrave la meacutethode HS-SPME 1
Neacuteanmoins la meacutethode HS-SPME 2 est inadapteacutee agrave la deacutetermination du pheacutenanthregravene et de
lrsquoanthracegravene dont la volatiliteacute est moins importante que celle des autres HAP leacutegers
Les coefficients de variation obtenus (tableau 51) pour la reacutepeacutetabiliteacute des HAP de masse
moleacuteculaire jusqursquoagrave 166 gmol avec la meacutethode HS-SPME 3 utilisant un support PDMS
drsquoeacutepaisseur 100 microm et lrsquoaceacutenaphtegravene-d10 comme eacutetalon interne sont infeacuterieurs agrave 10 Les
CV pour la fideacuteliteacute intermeacutediaire nrsquoexcegravedent pas 15 pour ces composeacutes En ce qui concerne
le pheacutenanthregravene et lrsquoanthracegravene les CV sont de 16 pour la reacutepeacutetabiliteacute et atteignent jusqursquoagrave
35 pour la fideacuteliteacute intermeacutediaire Pour ces deux composeacutes les CV obtenus avec la meacutethode
HS-SPME 3 sont acceptables en raison de la capaciteacute de la fibre PDMS agrave pouvoir les extraire
(tableau 50)
La fibre PDMS drsquoeacutepaisseur 100 microm permet la deacutetection et la quantification de lrsquoensemble des
HAP leacutegers ce qui ne pouvait pas ecirctre envisageacute avec le revecirctement CARPDMS drsquoeacutepaisseur
75 microm
La HS-SPME trouve tregraves peu drsquoapplication pour lrsquoextraction des HAP dans les matrices
fruitiegraveres Les performances des meacutethodes deacuteveloppeacutees sont donc compareacutees aux reacutesultats
observeacutes pour les leacutegumes avec la HS-SPME et un deacutetecteur agrave ionisation de flamme (Lei
2011) Les CV obtenus pour lrsquoextraction des HAP avec les meacutethodes HS-SPME 2 et 3
(tableau 51) sont supeacuterieurs agrave ceux observeacutes dans les travaux de Lei et al (Lei 2011) Les CV
pour les essais de reacutepeacutetabiliteacute en HS-SPME avec des radis varient de 3 agrave 12 cependant la
concentration testeacutee est 25 fois plus eacuteleveacute (100 microgkg) que celle utiliseacutee pour la pomme (4
microgkg)
51234 Veacuterification de la lineacuteariteacute des courbes drsquoeacutetalonnage pour la
deacutetermination de HAP leacutegers agrave des teneurs infeacuterieures agrave 10 microgkg
par HS-SPME (meacutethodes HS-SPME 2 et 3)
La meacutethode HS-SPME 2 globalement plus fidegravele que la meacutethode HS-SPME 1 est appliqueacutee
agrave la deacutetermination des 4 HAP les plus leacutegers entre 0 et 10 microgkg afin de veacuterifier la lineacuteariteacute
des reacutesultats Les droites ainsi obtenues pour le naphtalegravene lrsquoaceacutenaphtegravene lrsquoaceacutenaphtylegravene et
le fluoregravene sont preacutesenteacutees en figure 68
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
201
Figure 68 Droites drsquoeacutetalonnage reacutealiseacutees avec la pomme pour des ajouts compris entre 0 et 10 microgkg pour les 4 HAP
les plus leacutegers (meacutethode HS-SPME 2)
Les barres drsquoerreur correspondent aux eacutecarts-types entre les valeurs des 3 eacutetalonnages reacutealiseacutes
La lineacuteariteacute de la reacuteponse analytique en fonction de la quantiteacute de HAP leacuteger introduite entre 0
et 10 microgkg avec la meacutethode HS-SPME 2 permet drsquoobtenir des R2 compris entre 09875 et
09983 Les bons reacutesultats obtenus avec la pomme ont conduit agrave tester la capaciteacute de la
meacutethode HS-SPME 2 agrave ecirctre utiliseacutee avec drsquoautres matrices fruitiegraveres
Les gammes drsquoeacutetalonnage pour les HAP entre 0 et 10 microgkg sont reacutealiseacutees avec la meacutethode
HS-SPME 2 pour diffeacuterents fruits que sont la poire la prune et le raisin Les reacutesultats de
lineacuteariteacute obtenus avec ces fruits sont ensuite compareacutes agrave ceux deacutetermineacutes avec la pomme
(tableau 52)
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
202
Tableau 52 Donneacutees de lineacuteariteacute pour les HAP leacutegers extraits agrave partir de diffeacuterentes matrices fruitiegraveres
avec la meacutethode HS-SPME 2
Composeacutes Pomme Poire Prune Raisin
Pente R2 Origine Pente R2 Origine Pente R2 Origine Pente R2 Origine
Naphthalegravene 0283a 09875 00975 0247a 09653 0147 0277a 09469 0125 0469 09436 0265
Aceacutenaphtylegravene 00538 09954 00582 00961a 09923 0 0108a 09959 0 0110a 09902 00248
Aceacutenaphtegravene 0118a 09983 000639 0122a 09903 0 0128a 09923 0 0121a 09857 0
Fluoregravene 00137a 09977 0 00157a 09906 0 00154a 09896 0 00116a 09868 0
6 points de concentrations (0 2 4 6 8 et 10 microgkg) sont analyseacutes en triplicats a indique pour chaque composeacute les pentes qui ne sont pas significativement diffeacuterentes meacutethode HSD (honest
significant difference) Tukey 95
Pour chaque composeacute extrait dans les diffeacuterents fruits la lineacuteariteacute de leacutetalonnage pour la
meacutethode HS-SPME 2 est veacuterifieacutee par le calcul du coefficient de deacutetermination (Rsup2) Les
valeurs sont comprises entre 09436 pour le naphtalegravene dans le raisin et 09983 pour
lrsquoaceacutenaphtegravene dans la pomme (tableau 52) La valeur meacutediane de Rsup2 trouveacutee pour les 4 HAP
leacutegers dans les diffeacuterents fruits est de 0990 Cette valeur est coheacuterente avec celles pouvant
ecirctre trouveacutees dans la litteacuterature pour les fruits et leacutegumes Des Rsup2 autour de 0998 sont par
exemple indiqueacutes par Soceanu et al pour la tomate (Soceanu 2012) Dans une eacutetude
concernant les HAP dans des aliments veacutegeacutetaux des Rsup2 entre 0993 et 0999 sont obtenus
(Rey-Salgueiro 2008b)
La meacutethode HS-SPME 2 est adapteacutee agrave la quantification des 4 HAP les plus leacutegers entre 0 et
10 microgkg dans les diffeacuterentes matrices fruitiegraveres eacutetudieacutees
Les pentes obtenues pour les diffeacuterents fruits sont ensuite compareacutees gracircce au test ANOVA
Les reacutesultats de ce test montrent que pour la majoriteacute des HAP le changement de matrice
fruitiegravere nrsquoinduit pas globalement de variation significative (95 ) de la pente Seules les
pentes obtenues pour le naphtalegravene dans le raisin et pour lrsquoaceacutenaphtylegravene dans la pomme sont
significativement diffeacuterentes des pentes obtenues pour ces composeacutes avec les autres fruits
Pour les 4 HAP leacutegers leur contenu dans chacun des fruits eacutetudieacutes peut ecirctre deacutetermineacute gracircce agrave
lrsquoutilisation des pentes preacutesenteacutees en tableau 52 Neacuteanmoins la meacutethode HS-SPME 2 ne
semble pas totalement transposable agrave nrsquoimporte quelle matrice fruitiegravere
La meacutethode HS-SPME 3 permet par rapport aux meacutethodes HS-SPME 1 et HS-SPME 2
drsquoobtenir une reacuteponse analytique suffisante pour le pheacutenanthregravene et lrsquoanthracegravene pour des
teneurs de lrsquoordre de 4 gkg Elle est appliqueacutee agrave lrsquoeacutetablissement de gammes drsquoeacutetalonnage
entre 0 et 10 microgkg De tregraves faibles concentrations en HAP ayant eacuteteacute deacutetermineacutees pour certains
fruits eacutetudieacutes (section 52) des points agrave 02 05 et 1 microgkg sont ajouteacutes pour reacutealiser les
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
203
gammes drsquoeacutetalonnage avec la meacutethode HS-SPME 3 Les droites obtenues pour les HAP leacutegers
sont preacutesenteacutees en figure 69
Figure 69 Droites drsquoeacutetalonnage reacutealiseacutees avec la pomme pour les HAP leacutegers entre 0 et 10 microgkg extraits avec la
meacutethode HS-SPME 3
Les barres drsquoerreur correspondent aux eacutecarts-types entre les valeurs relatives des 3 eacutetalonnages reacutealiseacutes
Les coefficients de deacutetermination (R2) des droites obtenues pour les HAP leacutegers dans la
pomme avec la meacutethode HS-SPME 3 sont compris entre 09891 et 09936
Les donneacutees de lineacuteariteacute de la figure 69 sont reprises dans les deux premiegraveres colonnes du
tableau 53 Les pentes des droites drsquoeacutetalonnage eacutetablies pour les HAP leacutegers avec 9 niveaux
drsquoajouts entre 0 et 10 microgkg seront utiliseacutees pour deacuteterminer les quantiteacutes en naphtalegravene dans
les pommes reacutecolteacutees en Normandie ainsi que dans les pommes exposeacutees aux fumeacutees de
combustion de biomasse (section 525 page 259)
Le tableau 53 preacutesente eacutegalement les pentes et les R2 pour des droites drsquoeacutetalonnage avec 6
points de concentrations entre 0 et 10 microgkg pour les HAP leacutegers afin de permettre la
comparaison avec les preacuteceacutedents reacutesultats des meacutethodes HS-SPME 2
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
204
Tableau 53 Donneacutees de lineacuteariteacute obtenues pour des ajouts en HAP entre 0 et 10 microgkg dans la pomme avec les
meacutethodes HS-SPME 2 et HS-SPME 3
Donneacutees de lineacuteariteacute entre 0 et 10 microgkg
Meacutethode HS-SPME 3 Meacutethode HS-SPME 2
9 points de gammea 6 points de gammeb 6 points de gammeb
R2 pente R2 pente R2 pente
Naphtalegravene 09899 0180 09859 0180 09875 0283
Aceacutenaphtylegravene 09891 0120 09935 0113 09954 00538
Aceacutenaphtegravene 09936 0133 09910 0134 09983 0118
Fluoregravene 09917 00864 09898 00877 09977 00137
Pheacutenanthregravene 09893 00343 09884 00327
Anthracegravene 09921 00297 09884 00297
a gamme reacutealiseacutee sur 9 points en triplicat 0 02 05 1 2 4 6 8 et 10 microgkg
b gamme reacutealiseacutee sur 6 points en triplicat 0 2 4 6 8 et 10 microgkg
en gris fonceacute les reacutesultats pour les HAP leacutegers avec la meacutethode HS-SPME 2 deacutejagrave preacutesenteacutes section 51234
La comparaison des donneacutees de lineacuteariteacute avec les 6 et les 9 points de gamme pour la meacutethode
HS-SPME 3 (tableau 53) montre tout drsquoabord le bon alignement des points en bas de gamme
(02 agrave 1 microgkg) avec le reste des points Les pentes et les R2 ne sont que tregraves peu modifieacutes par
lrsquoajout des points reacutealiseacutes agrave de faibles concentrations
Les R2 obtenus avec la meacutethode HS-SPME 3 avec les 6 points de gamme sont compris entre
09859 pour le naphtalegravene et 09935 pour lrsquoaceacutenaphtylegravene (tableau 53) Ces valeurs sont
globalement similaires agrave celles trouveacutees pour la meacutethode HS-SPME 2 avec laquelle les R2
varient entre 09875 et 09977 Les donneacutees obtenues avec la meacutethode HS-SPME 3 sont donc
eacutegalement coheacuterentes avec les valeurs de la litteacuterature (Rey-Salgueiro 2008b Soceanu
2012)
En ce qui concerne les pentes la meacutethode HS-SPME 3 permet drsquoobtenir des valeurs
supeacuterieures agrave celles observeacutees pour la meacutethode HS-SPME 2 excepteacute pour le naphtalegravene
(tableau 53) Le revecirctement CARPDMS drsquoeacutepaisseur 75 microm permet donc une meilleure
adsorption du naphtalegravene et le support PDMS drsquoeacutepaisseur 100 microm est plus favorable agrave la
reacutecupeacuteration des HAP leacutegers de masse moleacuteculaire comprise entre 152 et 178 gmol
51235 Deacutetermination des limites de deacutetection et de quantification
des HAP leacutegers par HS-SPME pour diffeacuterentes matrices fruitiegraveres
Limites de deacutetection et de quantification pour diffeacuterentes matrices fruitiegraveres
Les limites de deacutetection et de quantification de la meacutethode HS-SPME 2 sont deacutetermineacutees pour
4 fruits distincts la pomme la poire la prune et le raisin (tableau 54)
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
205
Tableau 54 Limites de deacutetection (LOD) et de quantification (LOQ) pour les HAP leacutegers avec la
meacutethode HS-SPME 2 dans diffeacuterentes matrices fruitiegraveres en microgkg de masse fraicircche
Composeacutes Pomme Poire Prune Raisin
LOD LOQ LOD LOQ LOD LOQ LOD LOQ
(microgkg) (microgkg) (microgkg) (microgkg)
Naphthalegravene 0004 0013 0001 0005 0001 0004 0009 0032
Aceacutenaphthylegravene 0015 0052 0004 0014 0005 0018 0049 0164
Aceacutenaphthegravene 0008 0027 0003 0009 0004 0013 0051 0171
Fluoregravene 0067 0222 0028 0093 0041 0137 0543 1809
Les LOD sont faibles avec des valeurs comprises entre 0001 microgkg ww pour le naphtalegravene
dans la poire et la prune et 0543 microgkg ww pour le fluoregravene dans le raisin (tableau 54) Pour
les LOQ les valeurs varient de 0004 microgkg ww agrave 1809 microgkg ww
La comparaison des pentes obtenues avec la meacutethode HS-SPME 2 pour les diffeacuterents fruits a
montreacute que les valeurs sont geacuteneacuteralement identiques pour un HAP donneacute Or les LOD et
LOQ sont diffeacuterentes selon la matrice fruitiegravere extraite et sont plus eacuteleveacutees dans le raisin puis
la pomme la prune et la poire Lrsquoextraction par HS-SPME au moyen de la fibre CARPDMS
75 microm est deacutependante de la matrice pour de tregraves faibles quantiteacutes de HAP eacutetudieacutees Il semble
qursquoune co-extraction plus importante de composeacutes de la matrice ait lieu avec le raisin
Limites de deacutetection et de quantification pour la pomme
Les limites de deacutetection (LOD) et de quantification (LOQ) des HAP leacutegers sont deacutetermineacutees
au moyen des 2 meacutethodes HS-SPME 2 et HS-SPME 3 pour la pomme (tableau 55)
Tableau 55 Limites de deacutetection (LOD) et de quantification (LOQ) deacutetermineacutees pour les HAP leacutegers
dans la pomme
Meacutethode HS-SPME 2 Meacutethode HS-SPME 3
LOD LOQ LOD LOQ
(microgkg) (microgkg)
Naphtalegravene 0004 0013 0002 0008
Aceacutenaphtylegravene 0015 0052 0007 0023
Aceacutenaphtegravene 0008 0027 0006 0019
Fluoregravene 0067 0222 0008 0026
Pheacutenanthregravene nd nd 0028 0095
Anthracegravene nd nd 0034 0112 nd non deacutetermineacutees
Pour la meacutethode HS-SPME 2 les LOD varient entre 0004 microgkg ww pour le naphtalegravene et
0067 microgkg ww pour le fluoregravene Les LOQ sont quant agrave elles comprises entre 0013 et 0222
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
206
microgkg ww (tableau 55) Les limites pour le pheacutenanthregravene et lrsquoanthracegravene nrsquoont pas eacuteteacute
deacutetermineacutees car elles sont supeacuterieures agrave 4 microgkg au moyen de cette meacutethode (teneur testeacutee
pour les essais de fideacuteliteacute)
En ce qui concerne la meacutethode HS-SPME 3 les LOD varient entre 0002 microgkg ww pour le
naphtalegravene et 0034 microgkg ww pour lrsquoanthracegravene Pour les LOQ les valeurs sont comprises
entre 0008 et 0112 microgkg ww (tableau 54) Les LOD et LOQ trouveacutees pour le pheacutenanthregravene
et lrsquoanthracegravene avec la meacutethode HS-SPME 3 sont faibles mais sont 3 agrave 17 fois supeacuterieures agrave
celles trouveacutees pour les autres HAP leacutegers
Les LOD et LOQ obtenues avec la meacutethode HS-SPME 2 pour les HAP leacutegers de masse
moleacuteculaire comprise entre 128 et 166 gmol sont jusqursquoagrave 8 fois supeacuterieures agrave celles observeacutees
avec la meacutethode HS-SPME 3 La meacutethode HS-SPME 3 srsquoavegravere donc ecirctre beaucoup plus
sensible que la meacutethode HS-SPME 2 pour la deacutetection des HAP leacutegers dans les eacutechantillons
de pommes Pour les deux meacutethodes les LOD sont coheacuterentes avec celles observeacutees pour les
HAP extraits par HS-SPME dans les radis avec des valeurs comprises entre 011 et 232 microgkg
(Lei 2011)
Les limites des meacutethodes HS-SPME 2 et 3 sont faibles et adapteacutees agrave la deacutetermination de HAP
en tregraves faibles concentrations dans les pommes
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
207
5124 Conclusion sur les meacutethodes HS-SPME et UAESPE
Parmi les techniques permettant lrsquoextraction des HAP leacutegers agrave partir des eacutechantillons de
pomme la meacutethode HS-SPME 3 preacutesente les meilleures performances La meacutethode UAESPE
2 se reacutevegravele quant agrave elle ecirctre la plus adapteacutee agrave la reacutecupeacuteration des HAP lourds
La strateacutegie combinant la proceacutedure HS-SPME 3 et UAESPE 2 permet une deacutetermination
sensible et reacutepeacutetable du contenu en HAP dans la pomme (tableau 56)
Tableau 56 Strateacutegie combinant lrsquoHS-SPME et lrsquoUAESPE meilleures performances pour la deacutetermination des
HAP dans la pomme
pente Rsup2 Reacutepeacutetabiliteacute
(n=3)
Fideacuteliteacute
intermeacutediaire
(n=9)
LOD LOQ
(CV ) (microgkg)
HAP leacutegers (meacutethode HS-SPME 3)
Naphtalegravene 0180 09899 2 7 0002 0008
Aceacutenaphtylegravene 0120 09891 3 10 0007 0023
Aceacutenaphtegravene 0133 09936 9 10 0006 0019
Fluoregravene 00864 09917 9 15 0008 0026
Pheacutenanthregravene 00343 09893 16 35 0028 0095
Anthracegravene 00297 09921 16 34 0034 0112
HAP lourds (meacutethode UAESPE 2)
Fluoranthegravene 00621 09834 19 19 0089 0297
Pyregravene 00848 09839 4 9 0080 0268
Benzo(a)anthracegravene 0113 09928 1 3 0128 0428
Chrysegravene 0124 09947 7 8 0100 0333
Benzo(b)fluoranthegravene 0166 09451 10 8 0160 0533
Benzo(a)pyregravene 0211 09970 6 12 0172 0572
Indeacuteno(123-cd)pyregravene 0258 09804 2 25 0135 0449
Dibenzo(ah)anthracegravene 0224 09693 9 23 0125 0418
Benzo(ghi)perylegravene 0235 09802 2 22 0113 0378
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
208
513 Validation drsquoune meacutethodologie de dosage rapide des HAP dans les
pommes par UAEMEPS
Lrsquoutilisation drsquoune strateacutegie combinant lrsquoHS-SPME et lrsquoUAESPE comporte de nombreuses
eacutetapes pour la deacutetermination des HAP agrave lrsquoeacutetat de traces dans les matrices fruitiegraveres Une
nouvelle meacutethodologie plus rapide et permettant la suppression des proceacutedures drsquoeacutevaporation
ainsi que la reacuteduction des quantiteacutes de solvant utiliseacutees est rechercheacutee Lrsquoeacutetape drsquoextraction
assisteacutee par les ultrasons (UAE) est conserveacutee car elle favorise le transfert des analytes
laquo semi-volatils raquo drsquoun eacutechantillon solide vers un milieu liquide Lrsquoextraction par solvant eacutetant
peu seacutelective et les concentrations en composeacutes drsquointeacuterecirct rechercheacutees eacutetant faibles une eacutetape
de purification des extraits est neacutecessaire Concernant lrsquoeacutetape de purification le choix des
meacutethodologies appliqueacutees aux HAP dans les fruits est relativement restreint et souvent limiteacute
agrave la SPE ou la chromatographie drsquoexclusion La recherche est donc eacutetendue agrave drsquoautres
matrices et le choix srsquoest finalement porteacute sur lrsquoutilisation de la micro-extraction par solide
compacteacute (MEPS)
Les HAP eacutetant des composeacutes hydrophobes leur extraction en MEPS neacutecessite qursquoils soient
contenus dans une matrice polaire (Silva 2014) La meacutethodologie drsquoextraction assisteacutee par les
ultrasons est donc meneacutee avec lrsquoeacutethanol comme solvant pour lrsquoextraction des HAP agrave partir des
eacutechantillons de pomme La proceacutedure MEPS est assimilable agrave une chromatographie de
partage et se substitue agrave la fois agrave lrsquoeacutetape de purification et agrave lrsquoeacutetape de concentration de
lrsquoextrait avant analyse La concentration de lrsquoextrait agrave travers plusieurs passages sur le support
de reacutetention choisi permet eacutegalement lrsquoeacutelimination drsquoeacuteleacutements indeacutesirables de la matrice
nrsquoayant pas drsquoaffiniteacute pour le support La capaciteacute de reacutetention du support peut srsquoaveacuterer ecirctre
un facteur limitant en raison de la faible quantiteacute de solide compacteacute preacutesent dans la seringue
drsquoextraction Neacuteanmoins les faibles teneurs en HAP preacutesentes dans les fruits ne devraient pas
entraicircner la saturation du support Cette technique srsquoest de plus montreacutee efficace pour
lrsquoextraction de composeacutes volatils dans des matrices alimentaires aqueuses (Haider 2014) et
pour lrsquoextraction speacutecifique de HAP dans diffeacuterentes eaux (El-Beqqali 2006 Fu 2012
Quinto 2012) Dans un premier temps lrsquooptimisation de la proceacutedure MEPS (partie 5131)
sera preacutesenteacutee et discuteacutee La validiteacute de la meacutethode sera veacuterifieacutee et ses performances seront
compareacutees agrave celles de la strateacutegie combinant lrsquoHS-SPME et lrsquoUAESPE (partie 5132)
5131 Optimisation de la proceacutedure drsquoextraction des HAP par MEPS
dans la pomme
Lrsquooptimisation de la proceacutedure consiste agrave deacuteterminer les paramegravetres permettant lrsquoextraction la
plus efficiente des HAP en MEPS apregraves extraction UAE des eacutechantillons de pomme Deux
supports de reacutetention en MEPS ainsi que diffeacuterents volumes de preacutelegravevement sont testeacutes
51311 Seacutelection du support drsquoextraction MEPS
De nombreux supports de MEPS sont actuellement disponibles On retrouve parmi ces
supports des laquo phase inverses raquo agrave base de silice (C2 C8 C18) des eacutechangeurs de cations
(SCX) HILIC carboneacutes des polymegraveres agrave empreinte moleacuteculaire (MIP) et des copolymegraveres de
type polystyregravene-divinylbenzegravene (PS-DVB) (Abdel-Rehim 2011) Pour la seacutelection des
supports testeacutes le choix srsquoest porteacute (i) sur un support de phase inverse de type C18 susceptible
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
209
de retenir par partage les composeacutes les plus hydrophobes et (ii) sur un support de type PEP
(polar enhanced polymer) correspondant agrave un copolymegravere PS-DVB posseacutedant des
groupements fonctionnels ureacutee pouvant potentiellement retenir fortement par interaction -
les noyaux aromatiques des HAP Un mecircme extrait est utiliseacute pour tester ces 2 supports Cet
extrait est issu de lrsquoextraction par ultrasons de 20 g de pomme broyeacutee additionneacutes drsquoune
solution de HAP agrave 10 gkg 5 fois 150 microL de lrsquoextrait sont aspireacutes puis eacutevacueacutes de chacun
des deux supports les HAP retenus sont ensuite eacutelueacutes avec 75 microL de dichloromeacutethane 1 microL
de lrsquoeacuteluat est ensuite injecteacute pour lrsquoanalyse en GC-MS Les aires brutes apregraves analyse par GC-
MS en mode SIM sont preacutesenteacutees en tableau 57
Tableau 57 Comparaison des supports MEPS C18 et PEP pour la reacutecupeacuteration des HAP dans la pomme
Aires brutes
Support C18 Support PEP
HAP leacutegers
Aceacutenaphtylegravene 333 2595
Aceacutenaphtegravene 271 1674
Fluoregravene nq 1999
Pheacutenanthregravene 581 3955
Anthracegravene 272 2668
HAP lourds
Fluoranthegravene 830 3813
Pyregravene 691 3478
Benzo(a)anthracegravene 752 2836
Chrysegravene 646 2667
Benzo(a)anthracegravene-d12 704 2730
Benzo(b)fluoranthegravene 1029 3131
Benzo(a)pyregravene 1369 3108
Indeacuteno(123-cd)pyregravene 1502 2852
Dibenzo(ah)anthracegravene 1221 2669
Benzo(ghi)perylegravene 1237 2723 nq non quantifiable en raison de la preacutesence drsquoun pic interfeacuterent
valeurs en aires brutes obtenues apregraves extraction par UAE (15 min 30degC) de 20 g de broyat de pomme pollueacutes agrave 10 microgkg
(100 microL solution HAPBTEX 2) additionneacutes de 100 microL de solution eacutetalon interne 3 (sans aceacutenaphtegravene-d10) et de 25 mL
deacutethanol 5x150 microL drsquoextrait sont aspireacutes puis eacutevacueacutes avec une seringue MEPS contenant un sorbant C18 ou PEP lrsquoeacutelution
est reacutealiseacutee avec 75 microL de dichloromeacutethane
Le naphtalegravene nrsquoest pas rechercheacute
Les deux supports seacutelectionneacutes comme sorbants pour la MEPS permettent la reacutetention des
composeacutes apolaires hydrophobes que sont les HAP La comparaison des analyses de lrsquoextrait
UAE drsquoune pomme pollueacutee agrave 10 microgkg purifieacute par MEPS avec les deux supports montre que
le sorbant PEP permet drsquoobtenir des aires brutes plus importantes qursquoavec le sorbant C18
(tableau 26) Pour les HAP les plus lourds (MM ge 228 gmol) les aires brutes obtenues avec le
support PEP sont 2 agrave 4 fois supeacuterieures agrave celles observeacutees avec le support C18 Ce facteur de
diffeacuterence est drsquoenviron 5 pour le fluoranthegravene et le pyregravene (MM = 202 gmol) Pour les HAP
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
210
leacutegers (MM entre 152 et 178 gmol) le support PEP permet drsquoobtenir des aires brutes 6 agrave
presque 10 plus eacuteleveacutees qursquoavec le support C18
La diffeacuterence entre ces deux supports peut ecirctre expliqueacutee par la capaciteacute variable des HAP agrave y
ecirctre retenu Les composeacutes les plus lourds sont plus hydrophobes et plus solubles dans le
reacuteseau C18 contrairement aux HAP leacutegers qui se trouvent plus facilement solubiliseacute dans le
solvant drsquoextraction (eacutethanol) Les composeacutes leacutegers ont donc tendance agrave rester en solution et
sont donc moins retrouveacutes au niveau du support C18 A lrsquoinverse le support PS-DVB (PEP)
met en jeu des interactions -qui sont sensiblement identiques pour tous les HAP
Lrsquoensemble des HAP vont donc srsquoadsorber de faccedilon eacutequivalente sur le support PEP
Le sorbant PEP apparaicirct ecirctre le plus adapteacute agrave la reacutecupeacuteration de lrsquoensemble des HAP il est
donc seacutelectionneacute pour la purification des extraits de pomme obtenus apregraves UAE
51312 Reproductibiliteacute des reacutesultats avec diffeacuterents supports de
type PEP pour lrsquoextraction en MEPS
Les supports de type laquo PEP raquo pour la MEPS sont assez reacutecents et relativement peu reacutepandus
au niveau de leurs applications Il est aussi geacuteneacuteralement admis que chaque support possegravede
une dureacutee de vie de lrsquoordre de 200 essais (passages) Par conseacutequent la reproductibiliteacute drsquoun
lot de 3 supports PEP est testeacutee le but eacutetant de veacuterifier que la meacutethodologie envisageacutee peut
ecirctre appliqueacutee sur le long terme Les tests utilisent un mecircme extrait UAE provenant drsquoun
broyat de pomme additionneacute en HAP agrave 10 microgkg La comparaison des reacutesultats obtenus apregraves
purification avec les 3 supports PEP permet de deacuteterminer si les modegraveles testeacutes possegravedent les
mecircmes capaciteacutes de reacutetention et si des reacutesultats similaires peuvent ecirctre obtenus (tableau 58)
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
211
Tableau 58 Comparaison des reacutesultats obtenus en MEPS avec 3 supports PEP
Aires relatives avec les supports
PEP 1 PEP 2 PEP 3 CV
Aceacutenaphtylegravene 174 181 177 2
Aceacutenaphtegravene 114 126 121 5
Fluoregravene 141 153 142 5
Pheacutenanthregravene 220 245 212 8
Anthracegravene 210 195 176 9
Fluoranthegravene 121 158 157 15
Pyregravene 133 168 175 14
Benzo(a)anthracegravene 117 116 122 3
Chrysegravene 104 109 113 4
Benzo(b)fluoranthegravene 118 113 119 3
Benzo(a)pyregravene 110 087 107 12
Indeacuteno(123-cd)pyregravene 116 063 080 31
Dibenzo(ah)anthracegravene 093 055 067 27
Benzo(ghi)perylegravene 100 064 071 24 CV coefficient de variation calculeacute en rapportant lrsquoeacutecart type de la seacuterie de donneacutees pour un composeacute agrave la moyenne
Valeurs en aires relatives obtenues apregraves extraction par UAE (15 min 30degC) de 20 g de broyat de pomme pollueacutes agrave 10 microgkg
(100 microL solution HAPBTEX 2) additionneacutes de 100 microL de solution eacutetalon interne 3 et de 25 mL deacutethanol Lrsquoextrait est
centifugeacute (10 min tempeacuterature ambiante) et le broyat est eacutelimineacute par filtration 6x200 microL drsquoextrait sont aspireacutes puis eacutevacueacutes
avec un lot de 3 seringues MEPS contenant un sorbant PEP lrsquoeacutelution est reacutealiseacutee avec 50 microL de dichloromeacutethane Une
deacutetermination est reacutealiseacutee pour chaque support
Les aires relatives obtenues avec les trois supports PEP preacutesentent de faibles eacutecarts pour la
majoriteacute des HAP eacutetudieacutes Des variations pouvant exceacuteder 20 sont observeacutes pour les HAP
les plus lourds tels que lrsquoindeacuteno(123-cd)pyregravene le dibenzo(ah)anthracegravene et le
benzo(ghi)perylegravene Les eacutecarts observeacutes pour les 3 supports PEP sont globalement faibles si
on prend en compte que ces aires relatives ne correspondent qursquoagrave un seul essai par support Il
semble donc que le changement de modegravele PEP permette de reproduire les reacutesultats
51313 Deacutetermination du volume drsquoextrait agrave preacutelever pour
lrsquoextraction en MEPS
En MEPS le volume drsquoeacutechantillon agrave extraire peut ecirctre preacuteleveacute selon le volume de la seringue
en une ou plusieurs fois (Abdel-Rehim 2010) La proceacutedure peut ecirctre automatiseacutee ce qui
permet de renouveler le preacutelegravevement un grand nombre de fois 60 ou 40 aspiration de 50 microL
drsquoun mecircme eacutechantillon sont par exemple utiliseacutes pour extraire les HAP de lrsquoeau (El-Beqqali
2006 Fu 2012) Lrsquoeau est une matrice drsquoextraction simple et la MEPS utilise un support
seacutelectif ce qui minimise les risques de reacutetention de composeacutes issus de la matrice Dans des
matrices plus complexes telles que les boues drsquoeacutepuration ou le raisin 250 microL et 100 microL sont
respectivement preacuteleveacutes en une seule fois (puis rejeteacutes et reacute-aspireacutes 10 fois) (Martίnez-Moral
2014 Mercolini 2012)
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
212
Lrsquoextraction comprenant de multiples cycles de preacutelegravevement peut srsquoeffectuer agrave partir drsquoun
mecircme aliquot (plusieurs purifications en aspirant et rejetant un volume deacutefini drsquoeacutechantillon
dans un mecircme flacon) ou en aspirant plusieurs aliquots drsquoeacutechantillon (chaque aliquot est
preacuteleveacute une fois puis eacutelimineacute) (Abdel-Rehim 2010) La proceacutedure drsquoextraction est agrave optimiser
en fonction de chaque application De faibles quantiteacutes en HAP sont attendues apregraves
purification en MEPS des extraits UAE des eacutechantillons de pomme Or lrsquoutilisation drsquoun
volume important drsquoeacutechantillon passant agrave travers le support MEPS et lrsquoeacutelution avec une faible
quantiteacute de solvant permet drsquoaugmenter la concentration de lrsquoextrait en composeacutes drsquointeacuterecirct
(Silva 2014) En conseacutequence plusieurs aliquots de lrsquoextrait UAE sont aspireacutes afin de
reacutecupeacuterer une quantiteacute importante de HAP qui sont ensuite solubiliseacutes dans un faible volume
drsquoeacuteluant Le volume total agrave preacutelever est deacutetermineacute par une eacutetude de lrsquoeacutevolution de lrsquoaire
relative des pics obtenus en GC-MS en fonction du volume drsquoextrait purifieacute en MEPS
Figure 70 Evolution de lrsquoaire relative des pics de quelques HAP en fonction du volume drsquoextrait preacuteleveacute en MEPS
Les barres drsquoerreur correspondent aux eacutecarts-types entre les valeurs des 2 essais reacutealiseacutes
Pour 5x200 microL et 6x200 microL lrsquoeacutecart type nrsquoest pas preacutesenteacute car lrsquoun des essais jugeacute aberrant nrsquoa pas eacuteteacute pris en compte
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
213
La figure 70 repreacutesente lrsquoeacutevolution des aires relatives deacutetecteacutees en fonction du volume preacuteleveacute
en MEPS pour quelques HAP Une certaine variabiliteacute expeacuterimentale peut ecirctre observeacutee elle
srsquoexplique notamment par lrsquoajout drsquoun micro-volume de la solution drsquoeacutetalon interne (10 microL)
qui ne peut se faire pour ce type de test qursquoagrave la suite de lrsquoeacutelution avec le solvant
(dichloromeacutethane) Globalement une augmentation progressive de lrsquoaire relative est correacuteleacutee
au volume drsquoextrait aspireacute en MEPS Des reacutesultats similaires sont obtenus pour lrsquoensemble
des HAP La saturation du sorbant PEP ne semble pas atteinte pour un preacutelegravevement de 6 x 200
microL Neacuteanmoins le preacutelegravevement est limiteacute agrave ce volume (6 x 200 microL) afin de conserver un
temps relativement court pour reacutealiser lrsquoensemble de la proceacutedure drsquoextraction
51314 Deacutetermination des conditions drsquoeacutelution optimales pour
lrsquoextraction en MEPS
Les HAP retenus par le support MEPS sont reacutecupeacutereacutes par eacutelution Le solvant deacutelution doit
ecirctre un solvant organique capable drsquoentraicircner avec un faible volume lrsquoensemble des analytes
retenus par le sorbant (Abdel-Rehim 2010) La deacutetermination des conditions optimales
drsquoeacutelution consiste agrave deacuteterminer le solvant et le volume drsquoeacutelution les plus favorables agrave la
reacutecupeacuteration des HAP Les reacutesultats obtenus apregraves eacutelution des HAP avec lrsquoheptane et le
dichloromeacutethane sont dans un premier temps compareacutes puis diffeacuterents volumes drsquoeacutelution sont
ensuite testeacutes
Choix du solvant drsquoeacutelution
Le dichloromeacutethane (DCM) et lrsquoheptane deux solvants dans lesquels les HAP montrent une
tregraves bonne solubiliteacute sont testeacutes pour la reacutecupeacuteration des composeacutes drsquointeacuterecirct apregraves purification
drsquoun extrait UAE de pomme additionneacutee en HAP agrave 4 microgkg avec la seringue MEPS PEP La
comparaison des reacutesultats obtenus avec ces diffeacuterents solvants drsquoeacutelution permet de retenir
celui ayant la meilleure capaciteacute drsquoeacutelution des HAP (tableau 59)
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
214
Tableau 59 Comparaison des aires brutes obtenues en MEPS apregraves eacutelution avec lrsquoheptane et le
dichloromeacutethane
Aires brutes apregraves eacutelution en MEPS
Elution
heptane
Elution
DCM
Aceacutenaphtylegravene 1539 1922
Aceacutenaphtegravene 1188 1471
Fluoregravene 1443 1621
Pheacutenanthregravene 3919 5130
Anthracegravene 1608 1933
Fluoranthegravene 3752 5379
Pyregravene 2681 3877
Benzo(a)anthracegravene 1361 2233
Chrysegravene 1361 1985
Benzo(a)anthracegravene-d12 3131 4675
Benzo(b)fluoranthegravene 1298 nq
Benzo(a)pyregravene 911 2441
Indeacuteno(123-cd)pyregravene 969 2401
Dibenzo(ah)anthracegravene 737 1845
Benzo(ghi)perylegravene 1022 1910 nq non quantifiable en raison de la preacutesence drsquoun pic interfeacuterent
valeurs en aires brutes obtenues apregraves extraction par UAE (15 min 30degC) de 20 g de broyat de pomme pollueacutes agrave 4 microgkg (40
microL solution HAPBTEX 2 + 60 microL dichloromeacutethane) additionneacutes de 100 microL de solution eacutetalon interne 3 et de 25 mL
deacutethanol 5x200 microL drsquoextrait sont aspireacutes puis eacutevacueacutes avec une seringue MEPS contenant un sorbant PEP lrsquoeacutelution est
reacutealiseacutee avec 50 microL de dichloromeacutethane (DCM) ou drsquoheptane
Les aires brutes les plus faibles sont obtenues apregraves eacutelution avec lrsquoheptane ce solvant apparaicirct
moins efficace pour la reacutecupeacuteration des HAP que le dichloromeacutethane Pour les HAP leacutegers
(jusqursquoagrave 166 gmol) un faible eacutecart (entre 11 et 20 ) est observeacute entre les aires brutes apregraves
eacutelution par le dichloromeacutethane ou lrsquoheptane En ce qui concerne les HAP plus lourds (MM gt
166 gmol) les aires brutes sont significativement ameacutelioreacutees lors de lrsquoeacutelution avec le
dichloromeacutethane par rapport aux reacutesultats observeacutes avec lrsquoheptane Il semble donc que les
HAP soient plus solubles dans le dichloromeacutethane que dans lrsquoheptane
Le dichloromeacutethane est donc le solvant finalement seacutelectionneacute pour lrsquoeacutelution et la
reacutecupeacuteration des HAP en MEPS
Volume drsquoeacutelution
Les essais preacuteceacutedents ont permis de seacutelectionner le dichloromeacutethane comme solvant drsquoeacutelution
Les tests visent agrave preacutesent agrave deacuteterminer le volume de solvant neacutecessaire agrave lrsquoeacutelution et agrave la
reacutecupeacuteration optimale des HAP Deux volumes drsquoeacutelution faibles au regard du volume drsquoextrait
UAE preacuteleveacute (5x200 microL) sont ainsi testeacutes 50 et 75 microL Les aires brutes obtenues apregraves
analyse en GC-MS drsquoun extrait UAE de pomme pollueacutee agrave 2 microgkg puis purifieacute en MEPS agrave
travers un support PEP sont preacutesenteacutees dans le tableau 60
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
215
Tableau 60 Comparaison des aires brutes obtenues avec diffeacuterents volumes drsquoeacutelution en MEPS et
drsquoinjection en GCMS
Aires brutes
eacutelution 75 microL DCM eacutelution 50 microL DCM
Aceacutenaphtylegravene 362 775
Aceacutenaphtegravene 350 699
Fluoregravene 355 703
Pheacutenanthregravene 1487 3022
Anthracegravene 390 712
Fluoranthegravene 1797 3455
Pyregravene 1089 1847
Benzo(a)anthracegravene 1127 815
Chrysegravene 314 738
Benzo(a)anthracegravene-d12 1619 3587
Benzo(b)fluoranthegravene 654 1054
Benzo(a)pyregravene 430 721
Indeacuteno(123-cd)pyregravene 529 934
Dibenzo(ah)anthracegravene 591 633
Benzo(ghi)perylegravene 210 979 Valeurs en aires brutes obtenues apregraves extraction par UAE (15 min 30degC) de 20 g de broyat de pomme pollueacutes agrave 2 microgkg (20
microL solution HAPBTEX 2 + 80 microL dichloromeacutethane) additionneacutes de 100 microL de solution eacutetalon interne 3 et de 25 mL
deacutethanol Lrsquoextrait est centifugeacute (10 min tempeacuterature ambiante) et le broyat est eacutelimineacute par filtration 5x200 microL drsquoextrait
sont aspireacutes puis eacutevacueacutes avec une seringue MEPS contenant un sorbant PEP lrsquoeacutelution est reacutealiseacutee avec 50 ou 75 microL de
dichloromeacutethane (DCM) puis 1 microL de lrsquoextrait purifieacute est injecteacute en GC-MS
Les aires brutes sont plus importantes lors de lrsquoeacutelution avec 50 microL de DCM qursquoavec 75 microL
La diminution du volume drsquoeacutelution permet donc drsquoobtenir un extrait purifieacute plus concentreacute en
analytes drsquointeacuterecirct
En conseacutequence lrsquoextrait UAE purifieacute par MEPS est eacutelueacute avec 50 microL de DCM puis injecteacute en
GC-MS pour la suite des expeacuterimentations
51315 Taux de reacutecupeacuteration des HAP par UAEMEPS et
veacuterification meacutethodologique
Lrsquoefficaciteacute de lrsquoextraction des HAP gracircce agrave la proceacutedure UAEMEPS est estimeacutee La
capaciteacute de la meacutethode agrave reacutecupeacuterer chaque composeacute drsquointeacuterecirct est deacutetermineacutee par le calcul drsquoun
taux de reacutecupeacuteration preacutesenteacute dans le tableau 61
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
216
Tableau 61 Estimation du pourcentage de HAP reacutecupeacutereacute avec la meacutethode UAEMEPS
Taux de
reacutecupeacuteration
Aceacutenaphtylegravene 17
Aceacutenaphtegravene 18
Fluoregravene 25
Pheacutenanthregravene 76
Anthracegravene 31
Fluoranthegravene 75
Pyregravene 46
Benzo(a)anthracegravene 51
Chrysegravene 43
Benzo(b)fluoranthegravene 48
Benzo(a)pyregravene 56
Indeacuteno(123-cd)pyregravene 92
Dibenzo(ah)anthracegravene 106
Benzo(ghi)perylegravene 75 Le taux de reacutecupeacuteration est deacutetermineacute par le rapport de la moyenne des 4 analyses drsquoun eacutechantillon additionneacute en HAP agrave 5
microgkg apregraves extraction en UAEMEPS agrave la moyenne des 4 deacuteterminations drsquoune solution de concentration eacutequivalente
analyseacutee par injection directe
Les taux de reacutecupeacuteration deacutetermineacutes pour les HAP sont compris entre 17 et 106 (tableau
61) Pour lrsquoaceacutenaphtylegravene et lrsquoaceacutenaphtegravene les taux de reacutecupeacuteration sont plus faibles (le 20
) neacuteanmoins les essais meneacutes preacuteceacutedemment ont montreacutes que la reacutecupeacuteration ces composeacutes
est reproductible (tableau 58) De plus le signal deacutetecteacute est suffisamment important pour ecirctre
diffeacuterencieacute du bruit de fond mecircme aux faibles concentrations rechercheacutees Les taux de
reacutecupeacuteration deacutetermineacutes pour les HAP extraits de la pomme par MEPS sont coheacuterents avec
ceux preacutesenteacutes pour les eacutechantillons drsquoeau avec des valeurs comprises entre 56 et 85
(Quinto 2012)
La meacutethodologie UAEMEPS est eacutegalement veacuterifieacutee par la reacutealisation drsquoun test sur une
pomme artificiellement additionneacutee de HAP
Afin drsquoeacutetablir une adeacutequation entre la quantiteacute reacuteellement preacutesente dans lrsquoeacutechantillon et la
quantiteacute de HAP estimeacutee agrave partir de la pente des droites drsquoeacutetalonnage une pomme est
artificiellement additionneacutee de HAP (section 372 chapitre 3 page 151) Un trou (diamegravetre
environ 1 mm) est perceacute sur lrsquoun des cocircteacutes drsquoune pomme (60 g) jusqursquoau milieu de sa chair
Une quantiteacute eacutequivalente agrave 267 microg de HAP par kg est introduite dans lrsquoorifice formeacute
Lrsquoanalyse du cocircteacute de la pomme additionneacute de HAP est compareacutee agrave celle du cocircteacute non
contamineacute (tableau 62)
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
217
Tableau 62 Estimation du niveau en HAP dans une pomme contamineacutee (267 microgkg)
Pomme cocircteacute
non pollueacute
Pomme cocircteacute
pollueacute
(microgkg)
HAP leacutegers
Aceacutenaphtylegravene nd 198
Aceacutenaphtegravene nd 274
Fluoregravene nd 313
Pheacutenanthregravene 043 396
Anthracegravene nd 277
HAP lourds
Fluoranthegravene nd 372
Pyregravene nd 357
Benzo(a)anthracegravene nd 300
Chrysegravene nd 294
Benzo(b)fluoranthegravene nd 348
Benzo(a)pyregravene nd 303
Indeacuteno(123-cd)pyregravene nd 284
Dibenzo(ah)anthracegravene nd 276
Benzo(ghi)perylegravene nd 340 30 g de broyat de pomme additionneacute de HAP agrave 267 microgkg ou non sont placeacutes dans 25 mL deacutethanol et extraits par UAE (15
min 30degC) puis soumis agrave une centrifugation (10 min tempeacuterature ambiante) 6x200 microL drsquoextrait sont aspireacutes puis eacutevacueacutes
avec une seringue MEPS contenant un sorbant PEP lrsquoeacutelution est reacutealiseacutee avec 50 microL de dichloromeacutethane
Estimations reacutealiseacutees agrave partir des pentes drsquoeacutetalonnage indiqueacutees en section 51322 page 242
Les teneurs retrouveacutees en HAP sont relativement variables (tableau 62) et sont dues agrave la
difficulteacute de lrsquoexpeacuterimentation ainsi qursquoau fait qursquoelle ne peut pas ecirctre reacutepeacuteteacutee Cette essai
permet neacuteanmoins de veacuterifier les niveaux de concentrations globalement atteints pour les
diffeacuterents HAP Pour le cocircteacute de la pomme nrsquoayant pas eacuteteacute contamineacute seul le pheacutenanthregravene est
retrouveacute avec une concentration estimeacutee agrave environ 04 microgkg La preacutesence de ce seul HAP
dans la partie non contamineacutee teacutemoigne (i) drsquoune preacutesence initiale de pheacutenanthregravene dans le
fruit et (ii) drsquoune absence de transfert entre la partie contamineacutee et non contamineacutee de la
pomme En ce qui concerne le cocircteacute additionneacute en HAP la teneur moyenne pour chaque
composeacute est de lrsquoordre de 3 microgkg Cette valeur est coheacuterente agrave celle initialement introduite
(267 microgkg) lrsquoestimation de la quantiteacute en HAP dans la pomme est donc relativement fidegravele agrave
la quantiteacute introduite La meacutethodologie par UAEMEPS permet par conseacutequent drsquoestimer de
faccedilon coheacuterente les teneurs rencontreacutees en HAP dans les pommes
51316 Test de conservation de lrsquoextrait UAE pour extraction
diffeacutereacutee en MEPS
Au cours des campagnes de preacutelegravevements drsquoeacutechantillons lrsquoanalyse des extraits HS-SPME doit
ecirctre reacutealiseacutee en prioriteacute par rapport aux extraits UAEMEPS en raison de la plus importante
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
218
volatiliteacute des BTEX (section 4132 page 166) Les extraits contenant les HAP sont
conserveacutes en attendant la fin des analyses des BTEX dans les eacutechantillons Le mode de
conservation choisi est la reacutefrigeacuteration et les extraits sont reacutefrigeacutereacutes apregraves lrsquoeacutetape drsquoUAE car
les HAP se trouvent dans un volume important de solvant (25 mL) ce qui permet de
minimiser leur perte par volatilisation La purification des eacutechantillons en MEPS est reacutealiseacutee
apregraves la peacuteriode de reacutefrigeacuteration Afin de srsquoassurer que la conservation par reacutefrigeacuteration nrsquoa
pas drsquoimpact sur les quantiteacutes en HAP un eacutechantillon est analyseacute directement agrave la suite de
lrsquoextraction puis cette analyse est compareacutee agrave celle obtenue apregraves reacutefrigeacuteration Deux dureacutees
de conservation de lrsquoextrait UAE sont testeacutees un week-end et une semaine les analyses
reacutealiseacutees apregraves purification des extraits par MEPS sont compareacutees dans le tableau 63
Tableau 63 Reacutesultats (en aires relatives) des essais de conservation des extraits UAE pour extraction
diffeacutereacutee en MEPS
Aires relatives
Sans
conservation
conservation
1 week-end
conservation
1 semaine CV ()
Aceacutenaphtylegravene 0951 1034 0923 6
Aceacutenaphtegravene 0613 0673 0619 5
Fluoregravene 0732 0804 0715 6
Pheacutenanthregravene 1449 1636 1510 6
Anthracegravene 0977 1149 0990 9
Fluoranthegravene 1397 1444 1598 7
Pyregravene 1274 1548 1425 10
Benzo(a)anthracegravene 1039 1194 1029 9
Chrysegravene 0977 1053 1029 4
Benzo(b)fluoranthegravene 1147 2850 1379 13
Benzo(a)pyregravene 1138 1189 1299 7
Indeacuteno(123-cd)pyregravene 1045 1225 1221 9
Dibenzo(ah)anthracegravene 0978 1197 1184 11
Benzo(ghi)perylegravene 0997 1149 1025 8 CV coefficient de variation calculeacute en rapportant lrsquoeacutecart type de la seacuterie de donneacutees pour un composeacute agrave la moyenne
Valeurs en aires relatives obtenues apregraves extraction par UAE (15 min 30degC) de 20 g de broyat de pomme pollueacutes agrave 4 microgkg
(40 microL solution HAPBTEX 2 + 60 microL de dichloromeacutethane) additionneacutes de 100 microL de solution eacutetalon interne 3 (sans
aceacutenaphtegravene-d10) et de 25 mL deacutethanol Lrsquoextrait est centrifugeacute (10 min tempeacuterature ambiante) et le broyat est eacutelimineacute par
filtration Lrsquoextrait est reacutefrigeacutereacute entre 2 et 6 degC et conserveacute 1 week-end ou une semaine au reacutefrigeacuterateur Lrsquoextrait agrave sa sortie
est laisseacute environ 15 minutes agrave tempeacuterature ambiante puis 5x150 microL drsquoextrait sont aspireacutes puis eacutevacueacutes avec une seringue
MEPS contenant un sorbant PEP lrsquoeacutelution est reacutealiseacutee avec 50 microL de dichloromeacutethane (DCM)
Les aires relatives obtenues apregraves purification en MEPS drsquoun extrait UAE de pomme
additionneacutee agrave 10 microgkg en HAP et conserveacute un week-end ou une semaine au reacutefrigeacuterateur ne
preacutesentent que de faibles eacutecarts avec lrsquoanalyse de lrsquoeacutechantillon nrsquoayant pas subi de
reacutefrigeacuteration La conservation de lrsquoextrait UAE pendant une semaine ne semble pas entraicircner
de perte importante en composeacutes drsquointeacuterecirct Les extraits UAE peuvent donc ecirctre reacutefrigeacutereacutes
pendant une semaine pour permettre une deacutetermination prioritaire des BTEX au cours des
campagnes drsquoanalyse drsquoeacutechantillons
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
219
5132 Validation du dosage des HAP par UAEMEPS et comparaison
avec la strateacutegie combinant lrsquoHS-SPME et lrsquoUAESPE
Lrsquoensemble des essais reacutealiseacutes ont permis de deacutefinir les conditions optimales pour lrsquoextraction
en UAE et la purification en MEPS La proceacutedure eacutetant optimiseacutee elle est soumise agrave des tests
de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire (partie 51321) ainsi qursquoagrave la veacuterification des
lineacuteariteacutes des reacutesultats (partie 51322) afin drsquoecirctre valideacutee La sensibiliteacute de la meacutethode
couplant lrsquoUAE et la MEPS est eacutetudieacutee au moyen des limites de deacutetection et de quantification
(partie 51323) Les reacutesultats sont preacutesenteacutes et discuteacutes en fonction des critegraveres de validation
obtenus au moyen de la strateacutegie combinant lrsquoHS-SPME et lrsquoUAESPE
51321 Essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire
La premiegravere eacutetape de la validation de la meacutethode UAEMEPS consiste agrave reacutealiser les essais de
reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire avec un eacutechantillon de pomme additionneacute en HAP agrave 4
microgkg Les reacutesultats obtenus sont preacutesenteacutes dans le tableau 64
Tableau 64 Coefficients de variation (CV ) des essais de reacutepeacutetabiliteacute et de fideacuteliteacute intermeacutediaire pour la
deacutetermination des HAP dans la pomme par UAEMEPS
Meacutethode UAEMEPS
Reacutepeacutetabiliteacute
(n=3)
Fideacuteliteacute
intermeacutediaire
(n=9)
Reacutepeacutetabiliteacute
(n=3)
Fideacuteliteacute
intermeacutediaire
(n=9)
CV () CV ()
HAP leacutegers
Meacutethode HS-SPME 3
Aceacutenaphtylegravene 5 6 3 10
Aceacutenaphtegravene 4 7 9 10
Fluoregravene 3 5 9 15
Pheacutenanthregravene 6 6 16 35
Anthracegravene 6 8 16 34
HAP lourds
Meacutethode UAESPE 2
Fluoranthegravene 1 10 19 19
Pyregravene 4 9 4 9
Benzo(a)anthracegravene 1 6 1 3
Chrysegravene 2 6 7 8
Benzo(b)fluoranthegravene 5 9 10 8
Benzo(a)pyregravene 3 10 6 12
Indeacuteno(123-cd)pyregravene 11 12 2 25
Dibenzo(ah)anthracegravene 3 11 9 23
Benzo(ghi)perylegravene 5 12 2 22 n nombre drsquoeacutechantillons extraits
CV coefficient de variation
En gris fonceacute reacutesultats preacutesenteacutes et discuteacutes preacuteceacutedemment (section 5124 page 229)
Les CV obtenus pour les essais de reacutepeacutetabiliteacute avec la meacutethode UAEMEPS sont compris
entre 1 pour le fluoranthegravene et le benzo(a)anthracegravene et 11 pour lrsquoindeacuteno(123-
Chapitre 5 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Partie 51 Approches meacutethodologiques
220
cd)pyregravene En ce qui concerne les essais de fideacuteliteacute intermeacutediaire les CV varient de 5 agrave 12
(tableau 64)
Pour les HAP leacutegers les coefficients de variations sont plus faibles avec la meacutethode
UAEMEPS qursquoavec la meacutethode HS-SPME 3 en particulier pour la fideacuteliteacute intermeacutediaire
Pour les meacutethodes UAEMEPS et UAESPE 2 les CV sont globalement similaires
Neacuteanmoins pour la fideacuteliteacute intermeacutediaire les valeurs pour les HAP les plus lourds (MM entre
276 et 278 gmol) nrsquoexcegravedent pas 12 avec la meacutethode UAEMEPS alors que des valeurs
entre 22 et 25 sont observeacutes avec la meacutethode UAESPE 2 (tableau 64)
A notre connaissance pour la deacutetermination des HAP la MEPS nrsquoa eacuteteacute appliqueacutee que pour
des eacutechantillons drsquoeau (El-Beqqali 2006 Fu 2012 Quinto 2012) Les CV obtenus en
MEPS pour la reacutepeacutetabiliteacute (n=5) dans des eacutechantillons drsquoeau provenant de lrsquoenvironnement
additionneacutes de HAP agrave 15 microgL sont compris entre 6 et 14 (Fu 2012) Concernant les essais
de fideacuteliteacute inter-journaliegravere les CV atteignent jusqursquoagrave 16 avec 18 deacuteterminations (El-
Beqqali 2006)
Les variations observeacutees pour la deacutetermination des HAP avec la meacutethode UAEMEPS dans la
pomme sont coheacuterentes avec les donneacutees de la litteacuterature pour la MEPS appliqueacutee agrave la
recherche de HAP dans lrsquoeau
51322 Reacutealisation de lrsquoeacutetalonnage pour le dosage de HAP dans la
pomme par UAEMEPS
La meacutethode UAEMEPS est ensuite appliqueacutee pour lrsquoeacutetablissement de gammes drsquoeacutetalonnage
entre 0 et 10 microgkg Au vue des faibles concentrations retrouveacutees dans les fruits (section 52)
des points agrave 02 05 et 1 microgkg ont eacuteteacute ajouteacutes pour reacutealiser la gamme drsquoeacutetalonnage avec la
meacutethode UAEMEPS Les droites obtenues pour le pyregravene le benzo(b)fluoranthegravene le
chrysegravene et le benzo(ghi)perylegravene sont preacutesenteacutees en figure 71