Méthode pour l'évaluation simultanée de différentes amines en

Eacutetudes et recherches

RAPPORT R-503

Mathieu FournierClaude Ostiguy

Jacques LesageHuu Van Tra

Meacutethode pour leacutevaluation simultaneacutee de diffeacuterentes amines en milieu de travail

Substances chimiques et agents biologiques

Solidement implanteacute au Queacutebec depuis l980 lrsquoInstitut de recherche Robert-Sauveacute en santeacute et en seacutecuriteacute du travail (IRSST) est un organisme de recherche scientifique reconnu internationalement pour la qualiteacute de ses travaux

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RAPPORT R-503

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Les reacutesultats des travaux de recherche publieacutes dans ce document ont fait lrsquoobjet drsquoune eacutevaluation par des pairs

CONFORMEacuteMENT AUX POLITIQUES DE LrsquoIRSST

IRSST - Meacutethode pour leacutevaluation simultaneacutee de diffeacuterentes amines en milieu de travail

SOMMAIRE

Les amines sont largement utiliseacutees dans plusieurs secteurs industriels et plus de 60 amines speacutecifiques sont reacuteglementeacutees au Queacutebec Les problegravemes de santeacute pouvant se deacutevelopper chez les travailleurs surexposeacutes sont diversifieacutes allant de lrsquoirritation cutaneacutee au cancer Lrsquoeacutevaluation de lrsquoexposition professionnelle pose un deacutefi puisque les meacutethodes disponibles pour lrsquoeacutechantillonnage et lrsquoanalyse sont speacutecifiques agrave une amine ou agrave la famille de cette substance et sont souvent compliqueacutees agrave utiliser ou peu performantes Le projet visait le deacuteveloppement drsquoun systegraveme drsquoeacutechantillonnage et drsquoune meacutethode drsquoanalyse permettant la deacutetermination simultaneacutee de sept amines de diverses familles parmi les plus susceptibles drsquoecirctre retrouveacutees dans les milieux de travail queacutebeacutecois On y retrouve la dieacutethanolamine lrsquoeacutethanolamine la meacutethylamine lrsquoisopropylamine la morpholine la dimeacutethylamine et lrsquoaniline Le systegraveme drsquoeacutechantillonnage retenu utilise des cassettes de 37 mm avec des filtres en fibres de verre impreacutegneacutes drsquoacide sulfurique Immeacutediatement apregraves lrsquoeacutechantillonnage les filtres sont transfeacutereacutes dans des jarres contenant une solution de chlorure de dansyle Ce reacuteactif est utiliseacute pour la deacuterivation parce qursquoil forme des sulfonamides aromatiques fluorescentes pouvant ecirctre protoneacutees ce qui permet lrsquoanalyse subseacutequente par chromatographie liquide agrave haute performance coupleacutee agrave une deacutetection par ultravioletvisible par fluorescence ou par spectromeacutetrie de masse Les performances de ce systegraveme drsquoeacutechantillonnage ont eacuteteacute deacutetermineacutees agrave lrsquoaide drsquoun systegraveme de geacuteneacuteration dans lequel une quantiteacute connue drsquoun meacutelange des sept amines eacutetait injecteacutee et ont eacuteteacute compareacutees agrave celles drsquoun systegraveme constitueacute drsquoun barboteur conique contenant 15 mL drsquoune solution de chlorure de dansyle Lrsquoefficaciteacute de reacutecupeacuteration du systegraveme drsquoeacutechantillonnage deacuteveloppeacute est pregraves de 100 pour toutes les amines avec des claquages infeacuterieurs agrave 1 La sensibiliteacute analytique de la meacutethode par spectromeacutetrie de masse de 10 μgm3 agrave 100 μgm3 selon lrsquoamine pour un preacutelegravevement de 15 minutes agrave un deacutebit de 1 Lmin permet des deacuteterminations agrave environ 01 de la norme queacutebeacutecoise pour chacune de ces amines Lrsquoincertitude eacutetendue globale maximale incluant lrsquoeacutechantillonnage et lrsquoanalyse est de 17 Cette nouvelle strateacutegie est bien adapteacutee agrave lrsquoeacutevaluation de la qualiteacute de lrsquoair ambiant dans les milieux de travail eacutetant donneacute qursquoelle comprend un systegraveme drsquoeacutechantillonnage unique simple drsquoutilisation et indeacutependant de lrsquoamine agrave quantifier La meacutethode analytique agrave haute sensibiliteacute utilisant la spectromeacutetrie de masse en tandem permet lrsquoobtention de limites infeacuterieures de quantification de 04 agrave 3 μgm3 selon lrsquoamine pour un preacutelegravevement de 15 minutes agrave un deacutebit de 1 Lmin

TABLE DES MATIEgraveRES

SOMMAIRE I

TABLE DES MATIEgraveRES III

1 INTRODUCTION 1

11 Utilisation des amines en milieu de travail 1

12 Reacuteglementation et effets agrave la santeacute1

13 Meacutethodes actuellement utiliseacutees pour lrsquoanalyse des amines2

2 OBJECTIF DE LrsquoEacuteTUDE 5

3 MEacuteTHODOLOGIE 5

31 Approche geacuteneacuterale 5

32 Produits chimiques7

33 Synthegravese des deacuteriveacutes dansyleacutes des amines7

34 Caracteacuterisation et analyse des eacutetalons syntheacutetiseacutes 8

35 Choix du reacuteactif drsquoeacutechantillonnage 8 351 Preacuteparation des filtres 9 352 Preacuteparation du meacutelange des sept amines 9 353 Geacuteneacuteration des amines dans lrsquoair 9 354 Deacutesorption et deacuterivation des filtres eacutechantillonneacutes 9 355 Eacutechantillonnage avec les barboteurs 10

36 Effet de lrsquoajout de lrsquoeacutetalon interne sur lrsquoeacutechantillonnage10

37 Validation du systegraveme drsquoeacutechantillonnage optimal 10

38 Validation de la meacutethode de deacutesorption11

39 Validation des meacutethodes analytiques 11

iv Meacutethode pour leacutevaluation simultaneacutee de diffeacuterentes amines en milieu de travail

- IRSST

391 Solutions drsquoeacutetalons drsquoamines 11 392 Analyse simultaneacutee11 393 Meacutethode agrave haute sensibiliteacute12

4 REacuteSULTATS ET DISCUSSION 13

41 Synthegravese et caracteacuterisation des eacutetalons 13 411 Synthegravese des eacutetalons 13 412 Identification des eacutetalons 14 413 Pureteacute des eacutetalons 14 414 Taux de solvant reacutesiduel dans les eacutetalons 14

42 Validation des meacutethodes analytiques 15 421 Meacutethode drsquoanalyse par CLHP avec deacutetection par ultraviolet ou fluorescence 15 422 Meacutethode drsquoanalyse par CLHP avec deacutetection par spectromeacutetrie de masse 19 423 Meacutethode agrave haute sensibiliteacute23

43 Validation de lrsquoefficaciteacute de deacuterivation 25

45 Choix du reacuteactif drsquoeacutechantillonnage 28

46 Taux de claquage des filtres impreacutegneacutes drsquoacide sulfurique 30

47 Performances globales de la meacutethode en fonction de lrsquoanalyse 30

5 CONCLUSION 32

BIBLIOGRAPHIE 33

ANNEXE A 37

NORMES ET ANNOTATIONS DES AMINES LISTEacuteES DANS LE RSST 37

1 INTRODUCTION

11 Utilisation des amines en milieu de travail Les amines sont des composeacutes organiques largement utiliseacutes dans lrsquoindustrie et un reacutecent rapport de recherche de lrsquoIRSST a permis drsquoidentifier les amines les plus susceptibles drsquoecirctre retrouveacutees en milieu de travail queacutebeacutecois [Ostiguy et al 2003] Drsquoailleurs le Regraveglement sur la santeacute et la seacutecuriteacute du travail du Queacutebec [RSST 2007] preacutevoit des normes drsquoexposition pour 61 drsquoentre elles en faisant ainsi la famille de produits chimiques la plus repreacutesenteacutee La Figure 11 preacutesente la reacutepartition des principales utilisations des amines dans diffeacuterents secteurs drsquoactiviteacute eacuteconomique aux Eacutetats-Unis Lrsquoindustrie chimique et lrsquoindustrie pharmaceutique sont drsquoimportants utilisateurs puisque les amines constituent souvent les seules bases organiques disponibles pour les synthegraveses Il en est de mecircme pour lrsquoindustrie des polymegraveres et du caoutchouc qui utilise largement les polyamines comme monomegraveres reacuteactionnels Les industries des peintures et adheacutesifs de mecircme que le textile sont eacutegalement drsquoimportants consommateurs qui utilisent les amines comme solvants agents dispersants ou reacuteactifs Enfin lrsquoagriculture regroupe certaines amines utiliseacutees agrave grande eacutechelle comme pesticides et insecticides Lrsquoexposition professionnelle agrave diverses amines est donc possible dans plusieurs secteurs industriels En raison de leurs diffeacuterentes proprieacuteteacutes physico-chimiques et de leur utilisation dans divers proceacutedeacutes les amines peuvent se retrouver dans lrsquoair ambiant des milieux de travail aussi bien sous forme vapeur qursquoaeacuterosol

Industrie chimique 25

Industrie des polymegraveres et du caoutchouc

Industrie de textile 7

Traitement des eaux 1

Divers 19

Industrie pharmaceutique8

Industrie peacutetroliegravere1

Industries des peintures adheacutesifs hellip

Industrie du papier 2

Industrie cosmeacutetique 2

Construction 1

Alimentaire1

Agriculture8

Biotechnologie 2

Figure 11 Distribution des utilisations reacutepertorieacutees des diffeacuterentes amines

classeacutees par secteurs drsquoactiviteacute eacuteconomique

12 Reacuteglementation et effets agrave la santeacute Le Regraveglement sur la Santeacute et la Seacutecuriteacute au Travail du Queacutebec (RSST) preacutevoit des normes drsquoexposition pour 61 amines en faisant ainsi la famille de produits chimiques la plus repreacutesenteacutee [Eacutediteur officiel du Queacutebec 2007] Le tableau de lrsquoannexe A preacutesente pour chaque amine les normes queacutebeacutecoises drsquoexposition en milieu de travail avec les annotations drsquoeffets sur la peau (Pc) drsquoexposition reacuteduite au minimum (EM) et de canceacuterogeacuteniciteacute (C) tel que donneacute dans le RSST

2 Meacutethode pour leacutevaluation simultaneacutee de diffeacuterentes amines en milieu de travail

- IRSST

Les amines peuvent ecirctre agrave la base de plusieurs problegravemes de santeacute chez les travailleurs qui y sont exposeacutes [Greim et al 1998 Lauwerys 1999 Tranchand 2002 Ostiguy et al 2003 Bingham et al 2001 Klaassen 2001 Fournier et al 2006] Il est par contre difficile de geacuteneacuteraliser quant aux risques agrave la santeacute qursquoelles peuvent causer eacutetant donneacute leur grande varieacuteteacute leurs toxiciteacutes individuelles speacutecifiques les divers proceacutedeacutes dans lesquels elles se retrouvent et les diffeacuterents modes drsquoabsorption Cependant il semble que la plupart drsquoentre elles peuvent causer des irritations cutaneacutees respiratoires et oculaires eacutetant donneacute leur caractegravere basique Des syndromes obstructifs peuvent survenir lors drsquoeacutepisodes intenses et prolongeacutes drsquoinhalation tandis que le contact cutaneacute peut occasionner des dermatites seacutevegraveres De plus les travailleurs freacutequemment exposeacutes peuvent deacutevelopper une hypersensibiliteacute asthmatique agrave plusieurs drsquoentre elles et avoir une reacuteaction asthmatique agrave des niveaux de concentration en deccedilagrave des normes permises Notons finalement que certaines amines aromatiques sont mutagegravenes ou exercent une action canceacuterogegravene principalement sur la vessie [Lauwerys 1999]

13 Meacutethodes actuellement utiliseacutees pour lrsquoanalyse des amines Deux approches analytiques sont principalement utiliseacutees pour la deacutetermination des amines dans lrsquoair ambiant de milieux de travail La premiegravere approche utilise la chromatographie en phase gazeuse (CPG) coupleacutee la plupart du temps agrave un deacutetecteur drsquoionisation agrave la flamme Cette technique est encore couramment utiliseacutee par le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) aux Eacutetats-Unis pour lrsquoanalyse de quelques amines aromatiques [NIOSH 1994a] de quelques alcoolamines [NIOSH 1994b] et de certaines amines aliphatiques [NIOSH 1994c] Dans toutes ces situations les amines sont preacuteleveacutees dans un tube adsorbant de gel de silice et la deacutesorption se fait dans un solvant polaire (meacutethanol eacutethanol ou eau) avant lrsquoanalyse Drsquoimportantes preacutecautions doivent ecirctre prises afin drsquoeacuteviter la protonation des amines lors de ces analyses afin drsquoeacuteviter de reacuteduire leur volatiliteacute ce qui causerait drsquoimportants biais dans les reacutesultats Habituellement de lrsquohydroxyde de potassium est directement ajouteacute dans lrsquoinjecteur du chromatographe afin de neutraliser les amines ayant pu ecirctre protoneacutees Ces preacutecautions ont cependant pour effet de compliquer les protocoles analytiques et drsquoendommager certaines composantes des appareils utiliseacutes Afin drsquoeacuteviter le problegraveme causeacute par la protonation des amines en CPG une seconde approche est baseacutee sur lrsquoutilisation de plusieurs meacutethodes analytiques baseacutees sur la chromatographie liquide agrave haute performance (CLHP) Le NIOSH a deacuteveloppeacute une meacutethode drsquoanalyse par chromatographie ionique pour quelques alcoolamines [NIOSH 1994d] mais depuis les anneacutees 1980 les recherches ont plutocirct eacuteteacute axeacutees sur la chromatographie de partage agrave polariteacute de phase normale ou inverseacutee de deacuteriveacutes drsquoamines [LePage et al 1983 Nishikawa et Kuwata 1984 Anderson et al 1985] Encore aujourdrsquohui un grand nombre des meacutethodes deacuteveloppeacutees pour lrsquoanalyse drsquoamines utilisent diffeacuterents agents de deacuterivation afin drsquoaugmenter leur sensibiliteacute [Khalaf et Steinert 1996 Lopez et al 1996 Sahasrabuddhey et al1999 Liu et al 2001 Verdugrave-Andreacutes et al 2001 Alberto et al 2002 Santagati et al 2002] La figure 12 donne les structures drsquoagents de deacuterivation des amines couramment utiliseacutes de nos jours en analyse de lrsquoair Ces agents de deacuterivation ont pour la grande majoriteacute eacuteteacute emprunteacutes des analyses drsquoacides amineacutes en milieu biologique

SO ClO

Chlorure de dansyle(DNS-Cl)

SO ClO

1-Naphtylisothiocyanate(NIT)

1-Naphtylisothiocyanate(NIT) O O

Fluorescamine

Chlorure de toluoyle

4-Nitro-7-chlorobenzofurazane(NBD-Cl)

Figure 12 Principaux agents de deacuterivation des amines

Reacutecemment lrsquoInstitut National de Recherche et de Seacutecuriteacute (INRS) en France a utiliseacute le chlorure de toluoyle pour lrsquoanalyse de 18 amines par chromatographie liquide agrave haute performance suivie drsquoune deacutetection par ultraviolet (CLHP-UV) [INRS 2004] Cette seacutelection comprend des amines aliphatiques primaires et secondaires et mecircme quelques polyamines aliphatiques Cependant la meacutethode ne permet pas lrsquoanalyse des alcoolamines et des amines aromatiques De plus la technique deacuteveloppeacutee nrsquoutilise que la deacutetection par ultraviolet ce qui diminue beaucoup la sensibiliteacute et la seacutelectiviteacute de lrsquoanalyse LrsquoOccupational Safety and Health Administration (OSHA) aux Eacutetats-Unis a deacuteveloppeacute de nombreuses meacutethodes analytiques par CLHP pour lrsquoanalyse de deacuteriveacutes drsquoamines Des meacutethodes utilisant le 4-nitro-7-chlorobenzofurazane (NBD-Cl) comme agent de deacuterivation ont drsquoabord eacuteteacute deacuteveloppeacutees pour lrsquoanalyse de trois amines aliphatiques [OSHA 1982a OSHA 1982b OSHA 1982c] Cependant ce reacuteactif se deacutecompose tregraves rapidement lorsqursquoil est exposeacute agrave la lumiegravere ambiante Ces pertes peuvent repreacutesenter jusqursquoagrave 50 en 25 minutes dans une solution meacutethanol-eau [Ahnoff et al 1981] Le 1-naphtylisothiocyanate (NIT) a par la suite eacuteteacute lrsquoagent de deacuterivation privileacutegieacute par OSHA dans le cadre du deacuteveloppement de nouvelles meacutethodes Les meacutethodes OSHA 41 et PV 2126 ont eacuteteacute eacutelaboreacutees pour lrsquoanalyse de deux amines aliphatiques [OSHA 1982d OSHA 2003a] la meacutethode OSHA 60 pour lrsquoanalyse simultaneacutee de trois polyamines aliphatiques [OSHA 1986] et les meacutethodes OSHA PV 2018 PV 2111 PV 2116 et PV 2122 pour lrsquoanalyse de quatre alcoolamines [OSHA 1987 OSHA 1988 OSHA 2003b OSHA 2003c] Dans ces meacutethodes des tubes adsorbants XAD-2 ou XAD-7 impreacutegneacutes de NIT sont utiliseacutes pour eacutechantillonner les amines et lrsquoanalyse subseacutequente par CLHP-UV agrave polariteacute de phase normale ou inverseacutee peut ecirctre effectueacutee La polariteacute de phase normale est cependant peu privileacutegieacutee car elle occasionne beaucoup de problegravemes lors des analyses Il faut par contre noter que lrsquoutilisation du NIT implique la formation de deacuteriveacutes qui ne sont pas fluorescents ce qui rend donc impossible lrsquoanalyse par chromatographie liquide agrave haute performance suivie drsquoune deacutetection par fluorescence qui est normalement plus sensible et seacutelective qursquoun deacutetecteur ultraviolet Plus reacutecemment Claeson et al [2004] ont deacuteveloppeacute une meacutethode drsquoanalyse par CLHP coupleacutee agrave un deacutetecteur de spectromeacutetrie de masse en tandem avec une interface drsquoeacutelectroneacutebulisation (CLHPESI-SMSM) pour lrsquoammoniac ainsi que 18 amines aliphatiques aromatiques et alcoolamines par deacuterivation de celles-ci avec le NIT sur des tubes adsorbants Cette meacutethode permet une analyse globale des amines

- IRSST

De plus elle permet lrsquoatteinte de limites de deacutetection drsquoenviron 02 μgmL (soit quelques μgm3 selon lrsquoamine en fonction des volumes de deacutesorption et drsquoair eacutechantillonneacute) avec un tregraves haut degreacute de seacutelectiviteacute Cependant quelle que soit la meacutethode preacuteconiseacutee lrsquoutilisation de tubes adsorbants rend difficile lrsquoeacutechantillonnage des aeacuterosols drsquoamines qui peuvent ecirctre formeacutes dans divers proceacutedeacutes dont la pulveacuterisation comme insecticide En effet ces aeacuterosols peuvent srsquoaccumuler agrave lrsquoentreacutee du tube creacuteant un surplus de contaminant qui risque drsquooccasionner un manque drsquoagent de deacuterivation agrave cet endroit et donc des pertes potentielles drsquoamines qui conduisent agrave une sous-estimation de lrsquoexposition reacuteelle [Lesage et al 1987 Streicher et al 1994] Au niveau analytique ces meacutethodes utilisent la plupart du temps des deacutetecteurs peu seacutelectifs tels les deacutetecteurs agrave ionisation de flamme en chromatographie en phase gazeuse ou les deacutetecteurs agrave ultraviolets en chromatographie liquide agrave haute performance Ainsi faute de moyens adeacutequats pour la mesurer lrsquoexposition professionnelle aux amines est peu caracteacuteriseacutee au Queacutebec comme ailleurs Une eacutetude preacuteliminaire reacutealiseacutee par notre eacutequipe a deacutejagrave deacutemontreacute lrsquoefficaciteacute du chlorure de dansyle pour la deacuterivation simultaneacutee et lrsquoanalyse drsquoune amine aliphatique drsquoune amine aromatique et drsquoune alcoolamine [Tranchand 2002 Ostiguy et al 2003] La reacuteaction entre le chlorure de dansyle et une amine est illustreacutee dans la figure 13 Le chlorure de dansyle possegravede lrsquoavantage de pouvoir deacuteriver les amines primaires et secondaires contrairement agrave certains agents de deacuterivation qui ne sont speacutecifiques qursquoaux amines primaires De plus les deacuteriveacutes formeacutes avec celui-ci sont fortement fluorescents ce qui permet drsquoutiliser des deacutetecteurs de fluorescence pour effectuer des analyses de routine qui sont hautement seacutelectives Enfin la fonction amine tertiaire contenue sur la moleacutecule de chlorure de dansyle se protone facilement ce qui permet lrsquoanalyse simultaneacutee des produits en chromatographie liquide coupleacutee agrave la spectromeacutetrie de masse (CLHPSM)

SO ClO

SO NO R

AmineDNS-Cl Deacuteriveacute

Figure 13 Reacuteaction de deacuterivation des amines avec le chlorure de dansyle (DNS-Cl)

Nos connaissances des performances de cette meacutethode sont par contre trop limiteacutees pour envisager une utilisation agrave large eacutechelle dans des laboratoires comme ceux de lrsquoIRSST En effet la meacutethode a eacuteteacute expeacuterimenteacutee avec trois amines seulement lrsquoeacutethanolamine (une alcoolamine) la dimeacutethylamine (une amine aliphatique) et lrsquoaniline (une amine aromatique) [Ostiguy et al 2003] De plus la validation effectueacutee demeure sommaire car lrsquoobjectif visait lrsquoeacutelaboration drsquoune strateacutegie qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour analyser les amines de faccedilon globale simplement et avec une grande efficaciteacute Enfin le systegraveme

drsquoeacutechantillonnage deacuteveloppeacute a eacuteteacute eacutetudieacute avec des deacutebits de pompe insuffisants pour permettre la captation des aeacuterosols

2 OBJECTIF DE LrsquoEacuteTUDE

Lrsquoobjectif de la preacutesente eacutetude vise lrsquooptimisation et la validation drsquoune proceacutedure unique drsquoeacutechantillonnage permettant le preacutelegravevement simultaneacute des diffeacuterentes amines les plus susceptibles drsquoecirctre retrouveacutees en milieu de travail queacutebeacutecois le tout suivi drsquoune identification de chacune des amines preacutesentes et de leur deacutetermination quantitative en laboratoire agrave des niveaux de sensibiliteacute permettant une application de la leacutegislation queacutebeacutecoise Le systegraveme de preacutelegravevement doit ecirctre simple et seacutecuritaire drsquoutilisation par lrsquoensemble des intervenants et pouvoir srsquoappliquer agrave tous les proceacutedeacutes industriels Il doit permettre de capter puis de stabiliser quantitativement les vapeurs de mecircme que les aeacuterosols de ces amines pour une analyse ulteacuterieure en laboratoire

3 MEacuteTHODOLOGIE

31 Approche geacuteneacuterale Cette eacutetude preacutesente les reacutesultats obtenus pour le deacuteveloppement drsquoun systegraveme drsquoeacutechantillonnage et drsquoune meacutethode analytique permettant le preacutelegravevement simultaneacute des amines puis leur analyse en laboratoire Ainsi sept amines ont eacuteteacute seacutelectionneacutees afin de deacutevelopper et de valider la meacutethode soient la dieacutethanolamine lrsquoeacutethanolamine la meacutethylamine lrsquoisopropylamine la morpholine la dimeacutethylamine et lrsquoaniline Il est agrave noter qursquoagrave lrsquoexception de lrsquoaniline qui a eacuteteacute choisie agrave cause de son caractegravere aromatique ces amines ont preacutealablement eacuteteacute identifieacutees comme eacutetant les plus susceptibles drsquoecirctre utiliseacutees au Queacutebec [Ostiguy et al 2003] Lrsquoutilisation de cassettes drsquoeacutechantillonnage a eacuteteacute privileacutegieacutee par rapport aux tubes adsorbants parce qursquoelles permettent la captation des vapeurs et des aeacuterosols et aux barboteurs parce qursquoelles sont plus pratiques drsquoutilisation et nrsquoont pas le deacutesavantage de lrsquoutilisation de solvants occasionnant des risques de renversement drsquointoxication ou drsquoincendie Le systegraveme drsquoeacutechantillonnage deacuteveloppeacute et eacutevalueacute utilise une cassette de 37 mm avec des filtres en fibres de verre impreacutegneacutes drsquoun reacuteactif afin de deacuteriver ou de stabiliser les amines durant lrsquoeacutechantillonnage Deux reacuteactifs ont eacuteteacute eacutevalueacutes le chlorure de dansyle vise une stabilisation par deacuterivation lors de lrsquoeacutechantillonnage lrsquoacide sulfurique permet la stabilisation des amines par neutralisation et la membrane impreacutegneacutee drsquoacide sulfurique est deacuteriveacutee avec le chlorure de dansyle immeacutediatement apregraves le preacutelegravevement La geacuteneacuteration des amines dans lrsquoair a eacuteteacute reacutealiseacutee agrave lrsquoaide drsquoun systegraveme deacuteveloppeacute en laboratoire (figure 31) dans lequel eacutetait injecteacutee une solution contenant les sept amines dans lrsquoaceacutetone La masse de chaque amine correspondait agrave la quantiteacute neacutecessaire pour geacuteneacuterer une concentration eacutequivalente agrave sa valeur drsquoexposition moyenne pondeacutereacutee actuellement en vigueur au Queacutebec en consideacuterant un volume drsquoeacutechantillonnage total de 15 L Ce systegraveme de geacuteneacuteration construit en acier inoxydable a eacuteteacute chauffeacute afin de favoriser la vaporisation complegravete des amines moins volatiles Une pompe opeacutereacutee agrave 10 L par minute pendant 15 minutes a permis lrsquoaspiration et lrsquoeacutechantillonnage des produits geacuteneacutereacutes agrave travers le filtre impreacutegneacute de reacuteactif

- IRSST

Enceinte chauffeacutee

Filtres impreacutegneacutes de reacuteactif Figure 31 Systegraveme de geacuteneacuteration utiliseacute pour geacuteneacuterer les vapeurs drsquoamines

Par la suite lrsquoeffet de lrsquoajout drsquoun eacutetalon interne dans le systegraveme drsquoeacutechantillonnage a eacuteteacute eacutevalueacute La structure de ce deacuteriveacute dansyleacute du 1-(2-meacutethoxypheacutenyl)pipeacuterazine (MOPIP) est illustreacutee agrave la figure 32 Le MOPIP est une amine rare utiliseacutee comme agent de deacuterivation pour lrsquoanalyse des isocyanates [ASTM 2005 Bartzatt 2001] Elle nrsquoest pas reacuteglementeacutee au RSST et il est fort improbable de la retrouver en milieu de travail De plus elle possegravede une bonne absorptiviteacute agrave la longueur drsquoonde drsquoanalyse du chlorure de dansyle en ultraviolet et elle est fluorescente Ces deux derniegraveres caracteacuteristiques devraient avoir pour effet lrsquoaugmentation de lrsquointensiteacute des signaux obtenus pour le deacuteriveacute lors des analyses par CLHP-UV et CLHP-FL Enfin le systegraveme drsquoeacutechantillonnage optimal a eacuteteacute valideacute avec un nombre de reacuteplications eacuteleveacute

SO ClO

DNS-Cl MOPIP

DNS-MOPIP Figure 32 Reacuteaction de formation de lrsquoeacutetalon interne

Une fois les amines eacutechantillonneacutees sur le filtre elles sont deacutesorbeacutees et deacuteriveacutees en solution avant drsquoecirctre analyseacutees par chromatographie liquide agrave haute performance (CLHP) coupleacutee agrave un interface drsquoeacutelectroneacutebulisation (ESI) et agrave une deacutetection par spectromeacutetrie de masse (SM) Dans le cadre de ce projet la CLHPESI-SM est utiliseacutee pour lrsquoanalyse simultaneacutee de routine des sept amines Drsquoautre part la chromatographie liquide agrave haute performance coupleacutee la spectromeacutetrie de masse en tandem (CLHPESI-SMSM) est utiliseacutee pour lrsquoanalyse agrave haute sensibiliteacute Les incertitudes de chaque eacutetape de ce protocole analytique ont eacuteteacute eacutevalueacutees par la suite en utilisant la deacutemarche statistique deacutecrite par lrsquoOrganisation internationale de normalisation [1992] Ainsi par des seacuteries de reacuteplications les coefficients de variation ont eacuteteacute obtenus afin de deacuteterminer lrsquoincertitude (u) lors de lrsquoanalyse de la deacuterivation et de lrsquoeacutechantillonnage des amines Les incertitudes eacutetendues de ces eacutetapes ont par la suite pu ecirctre deacutetermineacutees en multipliant les incertitudes obtenues par le facteur t de Student Ce facteur est fonction du nombre de degreacutes de liberteacute des reacuteplications Les taux de deacuterivation et de reacutecupeacuteration lors de lrsquoeacutechantillonnage ont aussi eacuteteacute calculeacutes afin de veacuterifier si la reacutecupeacuteration des amines

est quantitative (exactitude de la meacutethode) Lors de la validation de lrsquoeacutechantillonnage une comparaison des performances des systegravemes drsquoeacutechantillonnage agrave lrsquoessai avec un systegraveme constitueacute drsquoun barboteur conique contenant une solution de chlorure de dansyle a aussi eacuteteacute effectueacutee Cette contre-veacuterification des reacutesultats obtenus a permis drsquoeacutevaluer les performances des systegravemes deacuteveloppeacutes en fonction de lrsquoefficaciteacute de geacuteneacuteration des diffeacuterentes amines avec le systegraveme de geacuteneacuteration utiliseacute

32 Produits chimiques Le chlorure de dansyle utiliseacute pour les deacuterivations possegravede une pureteacute drsquoau moins 95 (Sigma St Louis MO) et a eacuteteacute utiliseacute sans aucune autre purification La dieacutethanolamine (99 ) la meacutethylamine (en solution 40 dans lrsquoeau) la morpholine (99+ ) et lrsquoisopropylamine (995+ ) proviennent de Aldrich (Milwaukee WI) Lrsquoaniline (998 ) et lrsquoeacutethanolamine (99 ) proviennent de Acros Organics (Pittsburgh PA) La dimeacutethylamine (en solution 40 dans lrsquoeau) provient quant agrave elle de Anachemia Sciences (Rouses Point NY) Le tributhylphosphate (99+ ) utiliseacute comme co-solvant sur les filtres de chlorure de dansyle provient de Aldrich (Milwaukee WI) Lrsquoacide sulfurique utiliseacute pour impreacutegner les filtres provient de Fisher Scientifics (Far Lawn NJ) Le bicarbonate de sodium (grade ACS) utiliseacute lors de la deacuterivation des filtres et dans les synthegraveses provient de EM Sciences (Gibbstown NJ) Afin de tamponner la phase mobile lrsquoacide formique (96 ) utiliseacute provient de Sigma (St Louis MO) Lors des synthegraveses des eacutetalons des deacuteriveacutes drsquoamines lrsquoacide chlorhydrique 1 N ainsi que lrsquohydroxyde de sodium 1 N utiliseacutes proviennent de Fisher Scientifics (Far Lawn NJ) et le sulfate de magneacutesium anhydre provient de Anachemia Sciences (Rouses Point NY) Les diffeacuterents solvants utiliseacutes sont les suivants eau grade CLHP (JT Baker Phillipsburg NJ) aceacutetonitrile grade CLHP (EM Sciences Gibbstown NJ) aceacutetone grade ACS spectroanalyseacute (Fisher Scientifics Far Lawn NJ) et toluegravene grade CLHP (EM Sciences Gibbstown NJ)

33 Synthegravese des deacuteriveacutes dansyleacutes des amines Les deacuteriveacutes dansyleacutes des amines ne sont pas disponibles commercialement et il a donc eacuteteacute neacutecessaire de les syntheacutetiser La meacutethode de synthegravese a eacuteteacute inspireacutee drsquoune meacutethode preacuteceacutedemment deacutecrite [Tranchand 2002 Ostiguy et al 2003] Cette meacutethode fait reacuteagir un excegraves drsquoamine avec le chlorure de dansyle dans une solution aceacutetoneeau satureacutee en bicarbonate de sodium Dans ces cas-ci un excegraves molaire de 3 mmol drsquoamine pour 1 mmol de chlorure de dansyle est utiliseacute afin de syntheacutetiser 500 mg de deacuteriveacute Lrsquoamine est dissoute dans 1 mL drsquoeau et le chlorure de dansyle dans 10 mL drsquoaceacutetone Afin de laisser le temps agrave la reacuteaction de se compleacuteter la solution est agiteacutee pendant 15 heures agrave tempeacuterature ambiante et agrave lrsquoabri de la lumiegravere Du bicarbonate de sodium (approximativement 100 mg) est ajouteacute agrave la solution pour neutraliser les acides formeacutes lors de la reacuteaction Dans le cas des amines primaires le meacutelange reacuteactionnel est par la suite eacutevaporeacute agrave sec De lrsquoeau (10 mL) est ajouteacutee pour dissoudre le bicarbonate de sodium et lrsquoexcegraves drsquoamine et acidifieacutee agrave pH 2 avec une solution drsquoacide chlorhydrique 1 N Le deacuteriveacute est ensuite extrait dans du toluegravene (1 mL de toluegravene pour 1 mL de solution aqueuse) La solution de toluegravene peut enfin ecirctre asseacutecheacutee avec du sulfate de magneacutesium filtreacutee et eacutevaporeacutee pour reacutecupeacuterer le deacuteriveacute pur Les deacuteriveacutes sont placeacutes dans un dessiccateur sous vide et asseacutecheacutes durant au moins une journeacutee Les produits obtenus sont sous forme de cristaux jaune pacircle Les deacuteriveacutes des amines secondaires sont instables au contact drsquoun milieu acide Ainsi apregraves reacuteaction le meacutelange reacuteactionnel est transfeacutereacute dans un tube agrave extraction avec 50 mL de toluegravene Lrsquoexcegraves drsquoamine et de bicarbonate de sodium est extrait avec 4 portions de 5 mL drsquoune solution drsquohydroxyde de sodium 001 N (pH 12) Par la suite la solution de toluegravene est asseacutecheacutee avec du sulfate de magneacutesium filtreacutee et eacutevaporeacutee

- IRSST

agrave sec pour reacutecupeacuterer le deacuteriveacute pur qui est asseacutecheacute sous vide durant au moins une journeacutee Le deacuteriveacute dansyleacute de dimeacutethylamine est sous forme de cristaux jaune pacircle celui de morpholine est sous forme drsquoune poudre blanche et le deacuteriveacute de dieacutethanolamine est une huile jaune Comme le MOPIP nrsquoest que tregraves peu soluble dans lrsquoeau une meacutethode de synthegravese inspireacutee des travaux de Bartzatt [2001a] a eacuteteacute deacuteveloppeacutee Cette meacutethode fait reacuteagir un excegraves de chlorure de dansyle avec le MOPIP dans une solution aceacutetonitrileeau (90 10) Dans ce cas-ci un excegraves molaire de 2 mmol de chlorure de dansyle pour 1 mmol de MOPIP est utiliseacute afin de syntheacutetiser 500 mg de deacuteriveacute Le chlorure de dansyle est dissout dans 30 mL de la solution aceacutetonitrileeau et le MOPIP dans 10 mL Du bicarbonate de sodium (1 g) est ajouteacute agrave la solution pour neutraliser les acides formeacutes lors de la reacuteaction Afin de laisser le temps agrave la reacuteaction de se compleacuteter la solution est agiteacutee pendant environ 5 heures agrave tempeacuterature ambiante et agrave lrsquoabri de la lumiegravere Par la suite 1 g de glycine est ajouteacute agrave la solution afin de reacuteagir avec le chlorure de dansyle en excegraves pour former un deacuteriveacute hydrosoluble La solution est ainsi agiteacutee durant 15 h Apregraves reacuteaction 40 mL de toluegravene sont ajouteacutes au meacutelange reacuteactionnel Le deacuteriveacute dansyleacute de la glycine et le bicarbonate de sodium sont extraits avec 40 mL drsquoune solution drsquohydroxyde de sodium 001 N (pH 12) Par la suite la phase organique est transfeacutereacutee dans un tube agrave extraction Les impureteacutes reacutesiduelles sont extraites avec trois aliquots de 10 mL de la solution drsquohydroxyde de sodium 001 N La solution de toluegravene est finalement asseacutecheacutee avec du sulfate de magneacutesium filtreacutee et eacutevaporeacutee agrave sec pour reacutecupeacuterer le deacuteriveacute pur qui est asseacutecheacute sous vide durant au moins un jour Le deacuteriveacute dansyleacute du MOPIP est sous forme drsquoune huile jaune Les deacuteriveacutes des amines peuvent ecirctre conserveacutes dans un vial pendant plusieurs mois agrave ndash12 oC agrave lrsquoabri de la lumiegravere sous atmosphegravere drsquoazote en preacutesence drsquoun desseacutechant Lors des utilisations reacutepeacuteteacutees des eacutetalons ceux-ci sont entreposeacutes dans un dessiccateur sous vide agrave lrsquoabri de la lumiegravere et agrave tempeacuterature ambiante

34 Caracteacuterisation et analyse des eacutetalons syntheacutetiseacutes Afin de srsquoassurer de lrsquoexactitude de leur structure les deacuteriveacutes ont eacuteteacute analyseacutes par reacutesonance magneacutetique nucleacuteaire du proton (RMN 1H) (Gemini 300 BB Varian Palo Alto CA) et par spectromeacutetrie de masse (en injection directe par pompe seringue sur une trappe ionique modegravele VL de la seacuterie 1100 drsquoAgilent Technologies Palo Alto CA) Leur pureteacute a eacuteteacute eacutevalueacutee par CLHP coupleacutee agrave des deacutetections par ultraviolet fluorescence et SM Toutes ces analyses nrsquoont deacutemontreacute la preacutesence drsquoaucune impureteacute agrave lrsquoexception de traces reacutesiduelles de solvant Afin drsquoeacutevaluer le taux de solvant reacutesiduel dans les eacutetalons ceux-ci ont eacuteteacute analyseacutes par thermogravimeacutetrie (Exstar 6000 Seiko Instruments Torrance CA) par chauffage entre 30 oC agrave 150 oC agrave un taux de 5 oCminute et par la suite de 150 oC agrave 1000 oC agrave un taux de 50 oCminute pour ecirctre maintenus durant 10 minutes agrave 1000 oC La perte de poids observeacutee entre 30 oC et 150 oC a eacuteteacute attribueacutee aux solvants reacutesiduels en raison de leur tempeacuterature drsquoeacutebullition et des pertes de poids observeacutees Ces analyses ont deacutemontreacute des quantiteacutes de solvants de lrsquoordre de 1 agrave 2 chez les eacutetalons agrave lrsquoexception du deacuteriveacute de dieacutethanolamine qui contenait 16 de solvant Ce dernier pourcentage a eacuteteacute consideacutereacute lors de la preacuteparation de solutions eacutetalons

35 Choix du reacuteactif drsquoeacutechantillonnage Afin drsquoeacutevaluer le reacuteactif permettant la meilleure reacutecupeacuteration des amines dans lrsquoair lors de lrsquoeacutechantillonnage deux systegravemes drsquoeacutechantillonnage utilisant des cassettes de 37 mm ont eacuteteacute compareacutes Le premier contenant deux filtres en fibres de verre impreacutegneacutes de chlorure de dansyle et placeacutes en seacuterie le second contenant un filtre en fibres de verre impreacutegneacute drsquoacide sulfurique et dont la deacuterivation avec le

chlorure de dansyle eacutetait reacutealiseacutee lors de la deacutesorption Un barboteur conique contenant une solution de chlorure de dansyle a eacutegalement eacuteteacute utiliseacute Pour chaque systegraveme quatre eacutechantillonnages ont eacuteteacute effectueacutes sur des vapeurs geacuteneacutereacutees agrave partir drsquoune solution des sept amines chacune drsquoentre elles ayant une concentration dans lrsquoair eacutequivalente agrave sa VEMP (RSST 2007) Pour les cassettes drsquoacide sulfurique et de chlorure de dansyle un autre filtre impreacutegneacute a eacuteteacute placeacute en seacuterie dans la mecircme cassette et seacutepareacute par un espaceur afin drsquoeacutevaluer leur taux de claquage (soit le pourcentage drsquoamine nrsquoeacutetant pas retenu par le systegraveme drsquoeacutechantillonnage)

351 Preacuteparation des filtres Les filtres de chlorure de dansyle sont preacutepareacutes en immergeant les filtres en fibres de verre de 37 mm de diamegravetre (Omega Specialty Instrument Co Chelmsford MA) dans une solution de 20 mgmL en chlorure de dansyle Cette solution contient aussi 5 de tributhylphosphate utiliseacute comme co-solvant Apregraves impreacutegnation les filtres sont asseacutecheacutes sous la hotte durant environ deux heures et conserveacutes agrave 4 oC Il est agrave noter que dans ces cas-ci les filtres nrsquoont jamais eacuteteacute utiliseacutes plus drsquoune semaine apregraves leur preacuteparation pour eacuteviter lrsquohydrolyse potentielle du reacuteactif impreacutegneacute Les filtres drsquoacide sulfurique sont preacutepareacutes en suivant les meacutethodes OSHA [1991 1997] pour lrsquoanalyse des isomegraveres de pheacutenylegravenediamine et de lrsquohydrazine Ainsi 375 μL drsquoacide sulfurique concentreacute sont dilueacutes dans 50 mL de meacutethanol Cette solution sert agrave immerger les filtres en fibres de verre Par la suite les filtres sont asseacutecheacutes sous la hotte durant environ deux heures et conserveacutes agrave 4 oC

352 Preacuteparation du meacutelange des sept amines Dans un ballon volumeacutetrique de 10 mL 975 mg de dieacutethanolamine sont peseacutes puis 385 μL de la solution 40 de dimeacutethylamine 55 μL drsquoeacutethanolamine 130 μL drsquoisopropylamine 270 μL de la solution 40 de meacutethylamine 500 μL de morpholine et 55 μL drsquoaniline sont ajouteacutes agrave la seringue Le ballon volumeacutetrique est jaugeacute avec de lrsquoaceacutetone Un volume de 10 μL du meacutelange des sept amines correspond agrave une concentration eacutequivalente agrave la VEMP pour un volume de preacutelegravevement de 15 L drsquoair

353 Geacuteneacuteration des amines dans lrsquoair Les cassettes drsquoeacutechantillonnage de 37 mm de diamegravetre (Omega Specialty Instrument Co Chelmsford MA) contenant les filtres de chlorure de dansyle ou drsquoacide sulfurique sont relieacutees directement agrave la sortie du systegraveme de geacuteneacuteration illustreacute agrave la figure 31 Une pompe (Gilian HFS-513 A Sensidyne Clearwater FL) connecteacutee au systegraveme drsquoeacutechantillonnage aspire 15 L drsquoair agrave un deacutebit de 1 Lmin afin de permettre lrsquoeacutechantillonnage des vapeurs et des aeacuterosols drsquoamines Pour aider agrave la geacuteneacuteration des amines les moins volatiles le systegraveme de geacuteneacuteration est chauffeacute agrave 50 oC pour les essais effectueacutes avec la majeure partie des amines et agrave 90 oC pour les essais effectueacutes avec la dieacutethanolamine Un volume de 10 μL du meacutelange des sept amines est injecteacute dans le systegraveme de geacuteneacuteration

354 Deacutesorption et deacuterivation des filtres eacutechantillonneacutes Immeacutediatement apregraves eacutechantillonnage les filtres de chlorure de dansyle sont placeacutes dans 4 mL drsquoune solution aceacutetonitrileeau (90 10) De plus environ 100 mg de bicarbonate de sodium sont ajouteacutes afin de neutraliser lrsquoacide geacuteneacutereacute lors de la deacuterivation

- IRSST

Immeacutediatement apregraves eacutechantillonnage les filtres drsquoacide sulfurique sont placeacutes dans 4 mL drsquoune solution contenant 25 mgmL de chlorure de dansyle dans un meacutelange aceacutetonitrileeau (90 10) Environ 100 mg de bicarbonate de sodium sont ajouteacutes afin de neutraliser lrsquoacide geacuteneacutereacute lors de la deacuterivation et servent aussi dans ce cas-ci agrave la neutralisation de lrsquoacide contenu sur les filtres Afin drsquoassurer la deacuterivation complegravete des amines lrsquoanalyse se fait apregraves 15 h de reacuteaction Avant lrsquoanalyse les eacutechantillons sont filtreacutes sur les filtres Milex GV (022 μm 13 mm) afin drsquoenlever les particules en suspension Pour les analyses par CLHP une dilution de 10 agrave 20 fois est neacutecessaire selon la concentration de lrsquoeacutechantillon

355 Eacutechantillonnage avec les barboteurs Les barboteurs coniques sont remplis avec 15 mL drsquoune solution contenant 25 mgmL de chlorure de dansyle dans un meacutelange aceacutetonitrileeau (90 10) Environ 800 mg de bicarbonate de sodium sont ajouteacutes dans le barboteur avant le preacutelegravevement pour neutraliser les acides formeacutes lors de la deacuterivation Lrsquoeacutechantillonnage des amines se fait en suivant la proceacutedure de geacuteneacuteration des amines dans lrsquoair deacutecrite preacuteceacutedemment Cependant un tube de teacuteflon joint le barboteur agrave lrsquoextreacutemiteacute du systegraveme de geacuteneacuteration Par la suite le barboteur est scelleacute afin de permettre la deacuterivation complegravete des amines pendant au moins 15 h Avant lrsquoanalyse le contenu du barboteur est deacutecanteacute dans un ballon volumeacutetrique de 25 mL Le barboteur est laveacute agrave lrsquoaceacutetonitrile puis le ballon volumeacutetrique est jaugeacute Cette solution est par la suite filtreacutee sur des filtres Milex GV (022 μm 13 mm) et analyseacutee selon les mecircmes conditions que pour les eacutechantillonnages avec filtres

36 Effet de lrsquoajout de lrsquoeacutetalon interne sur lrsquoeacutechantillonnage Afin drsquoeacutevaluer lrsquoeffet de lrsquoajout de lrsquoeacutetalon interne sur le systegraveme drsquoeacutechantillonnage de cassettes munies drsquoun filtre drsquoacide sulfurique trois systegravemes drsquoeacutechantillonnage ont eacuteteacute compareacutes

1) Cassette contenant un filtre en fibres de verre impreacutegneacute drsquoacide sulfurique seulement 2) Cassette contenant un filtre en fibres de verre impreacutegneacute drsquoacide sulfurique auquel ont eacuteteacute ajouteacutes

24 mg du deacuteriveacute MOPIP 3) Cassette contenant deux filtres en fibres de verre en seacuterie le premier impreacutegneacute drsquoacide sulfurique et

le second enrichi avec 24 mg du deacuteriveacute MOPIP

Pour les systegravemes 1 et 3 quatre eacutechantillonnages ont eacuteteacute effectueacutes alors que six preacutelegravevements ont eacuteteacute effectueacutes pour le systegraveme 2 Les eacutechantillonnages ont eacuteteacute reacutealiseacutes agrave une concentration drsquoamine dans lrsquoair eacutequivalente agrave la VEMP de chaque amine Dans tous les cas un autre filtre drsquoacide sulfurique a eacuteteacute placeacute en seacuterie dans la mecircme cassette et seacutepareacute par un espaceur afin drsquoeacutevaluer les taux de claquage Le deacuteriveacute MOPIP a eacuteteacute ajouteacute sur les filtres en dispersant 100 μL drsquoune solution 24 mgmL de ce deacuteriveacute dans lrsquoaceacutetonitrile

37 Validation du systegraveme drsquoeacutechantillonnage optimal Le systegraveme de cassette contenant deux filtres en fibres de verre en seacuterie le premier impreacutegneacute drsquoacide sulfurique et le second enrichi avec 24 mg du deacuteriveacute MOPIP a eacuteteacute valideacute avec un nombre de reacuteplications plus eacuteleveacute Pour ce faire 18 eacutechantillonnages ont eacuteteacute effectueacutes agrave 50 oC et 10 agrave 90 oC agrave une concentration drsquoamine dans lrsquoair eacutequivalente agrave la VEMP de chaque amine Dans tous les cas un autre filtre drsquoacide sulfurique a eacuteteacute placeacute en seacuterie dans la mecircme cassette et seacutepareacute par un espaceur afin drsquoeacutevaluer les taux de claquage Le deacuteriveacute MOPIP a eacuteteacute ajouteacute sur les filtres La concentration de la solution de deacutesorption en chlorure de dansyle a eacuteteacute augmenteacutee 25 mgmL agrave 55 mgmL

38 Validation de la meacutethode de deacutesorption Afin drsquoassurer la validation de lrsquoeacutetape de deacutesorption des essais ont eacuteteacute effectueacutes en eacutequilibre de phases Pour ce faire la solution des amines dans lrsquoaceacutetone a directement eacuteteacute injecteacutee dans 4 mL de la solution de deacutesorption utiliseacutee pour les filtres drsquoacide sulfurique contenant environ 100 mg de bicarbonate de sodium Deux validations ont eacuteteacute effectueacutees en ajoutant agrave la solution de deacutesorption des filtres drsquoacide sulfurique contenant ou non le deacuteriveacute MOPIP Ces validations ont eacuteteacute effectueacutees agrave six reprises et agrave cinq concentrations soient agrave 01 025 05 075 et 10 fois la VEMP de chacune des amines pour un total de 30 eacutechantillons

39 Validation des meacutethodes analytiques Toutes les meacutethodes deacuteveloppeacutees dans le cadre de cette eacutetude utilisent la CLHP agrave polariteacute de phases inverseacutee comme technique seacuteparative des deacuteriveacutes drsquoamine Seuls les modes de deacutetection utiliseacutes changent en fonction des besoins speacutecifiques agrave chaque meacutethode

391 Solutions drsquoeacutetalons drsquoamines La solution megravere de chaque deacuteriveacute drsquoamine a eacuteteacute preacutepareacutee pour obtenir une concentration eacutequivalente agrave 5 fois la VEMP de lrsquoamine en fonction du volume de la solution de deacutesorption et du volume drsquoair eacutechantillonneacute dans cette meacutethode Les masses de deacuteriveacutes amine neacutecessaires pour preacuteparer 10 mL des solutions-megraveres eacutequivalentes agrave 5 fois la VEMP de chaque amine sont donc de 7846 mg pour la dieacutethanolamine dont la masse doit ecirctre corrigeacutee en fonction du taux de solvatation du deacuteriveacute 6777 mg pour lrsquoeacutethanolamine 20746 mg pour la meacutethylamine 11130 mg pour lrsquoisopropylamine 48960 mg pour la morpholine 20840 mg pour la dimeacutethylamine et 4995 mg pour le deacuteriveacute drsquoaniline Pour les analyses par CLHP-UVFL cette solution eacutetait dilueacutee drsquoun facteur de 40 dans les solutions eacutetalons utiliseacutees Ainsi pour preacuteparer des solutions eacutetalons de 2 mL 50 μL de la solution megravere drsquoeacutetalon interne eacutetaient ajouteacutes Ceci correspond agrave la concentration en solution obtenue lors de la deacutesorption des filtres enrichis avec lrsquoeacutetalon interne Pour les analyses par CLHPESI-SM une dilution de 400 fois eacutetait utiliseacutee Ainsi pour preacuteparer des solutions eacutetalons de 10 mL 25 μL de la solution megravere drsquoeacutetalon interne eacutetait ajouteacutes Ceci correspond agrave une dilution de 10 fois des solutions de deacutesorption obtenues dilution qui doit ecirctre effectueacutee lors des analyses de celles-ci par CLHPESI-SM

392 Analyse simultaneacutee Les analyses simultaneacutees sont effectueacutees par CLHPESI-SM sur une trappe ionique (modegravele VL) coupleacutee agrave un CLHP avec une interface drsquoionisation par eacutelectroneacutebulisation tous de la seacuterie 1100 drsquoAgilent Technologies (Palo Alto CA) Les paramegravetres drsquoutilisation optimiseacutes pour lrsquoanalyse sont reacutesumeacutes au tableau 31 Un balayage en mode positif des ions moleacuteculaires protoneacutes de 250 uma agrave 450 uma est utiliseacute afin drsquoanalyser les deacuteriveacutes formeacutes Afin drsquooptimiser chacun de ces paramegravetres une solution drsquoaceacutetonitrile contenant 1 drsquoacide formique et lrsquoeacutetalon interne agrave une concentration de 3 μgmL a eacuteteacute injecteacutee directement en ESI-SM par pompe-seringue agrave un deacutebit de 15 μLminute Afin de simplifier la meacutethode il est agrave noter que ces paramegravetres ont eacuteteacute utiliseacutes pour lrsquoanalyse de tous les deacuteriveacutes drsquoamines car des essais ont deacutemontreacute la grande similitude des paramegravetres optimiseacutes obtenus pour chaque amine

- IRSST

La validation de cette meacutethode drsquoanalyse a eacuteteacute effectueacutee avec cinq eacutetalons mixtes regroupant les 7 amines dansyleacutees et reacuteparties sur une plage de concentrations eacutequivalente de 0005 agrave 02 fois la VEMP de chaque amine Chaque eacutetalon contenait lrsquoeacutetalon interne agrave une concentration de 60 μgmL du deacuteriveacute MOPIP Ceci correspond agrave une dilution drsquoun facteur 10 des solutions de deacutesorption Lrsquoeacutetalon de 0005 fois la VEMP a eacuteteacute injecteacute dix fois afin de deacuteterminer la limite de quantification de la meacutethode Les autres eacutetalons ont eacuteteacute injecteacutes chacun agrave six reprises afin de deacuteterminer lrsquoincertitude eacutetendue de la meacutethode pour chaque amine

Tableau 31 Paramegravetres optimaux pour lrsquoanalyse par CLHPESI-SM des deacuteriveacutes dansyleacutes des amines

Colonne Deacutebit Injection Phases mobiles Gradient

Phenomenex Luna C18(2) 3 μm 150 mm x 20 mm di 02 mLmin 1 μL ACN + 1 vv acide formique H2O + 1 vv acide formique 0 agrave 12 minutes 50 agrave 85 ACN (eacutequilibre 10 minutes)

ESI-SM

Source drsquoionisation

Analyseur de masse

Gaz de neacutebulisation (N2) 20 psi Gaz asseacutechant (N2) 8 Lmin Tempeacuterature du capillaire 350 oC Tension du capillaire 3500 V Eacutechantillonneur no 1 300 V Eacutechantillonneur no 2 70 V Lentille acceacuteleacuteratrice de sortie du capillaire 585 V Octapole 270 V Lentilles no 1 -20 V Lentilles no 2 -370 V

393 Meacutethode agrave haute sensibiliteacute Les analyses agrave haute sensibiliteacute sont effectueacutees par CLHPESI-SMSM en utilisant les mecircmes conditions que lors des analyses simultaneacutees La deacutetection se fait cependant sur les fragments des ions moleacuteculaires des deacuteriveacutes en utilisant la spectromeacutetrie de masse en tandem Un balayage en mode positif de 150 uma agrave 350 uma (125 uma agrave 450 uma pour lrsquoeacutetalon interne) est utiliseacute afin drsquoanalyser ceux-ci Le tableau 32 donne la liste des masses des fragments analyseacutes pour chaque deacuteriveacute drsquoamine Il est agrave noter que les amplitudes de fragmentation des deacuteriveacutes drsquoamine ont eacuteteacute obtenues en injectant directement en ESI-SM par pompe-seringue agrave un deacutebit de 15 μLminute lrsquoeacutetalon eacutequivalent agrave 01 fois la VEMP de chaque amine et contenant 60 μgmL du deacuteriveacute MOPIP dilueacute drsquoun facteur 20 dans une solution drsquoaceacutetonitrile contenant 1 drsquoacide formique

Tableau 32 Paramegravetres de fragmentation pour lrsquoanalyse par CLHPESI-SMSM des deacuteriveacutes dansyleacutes des amines

Amine mz [M]H+

(uma) Amplitude de

fragmentation (Vpp) mz [F]H+

Dieacutethanolamine 3391 060 2521

Eacutethanolamine 2951 110 2801

Meacutethylamine 2651 105 2501

Isopropylamine 2931 115 2781

Morpholine 3211 085 3061

Dimeacutethylamine 2791 110 2641

Aniline 3271 060 3121

MOPIP 4262 085 1921

La validation de cette meacutethode drsquoanalyse a eacuteteacute effectueacutee avec six eacutetalons mixtes regroupant les 7 amines et reacutepartis sur une plage de concentrations eacutequivalente de 5 x 10-5 agrave 5 x 10-3 fois les VEMP de chaque amine Chaque eacutetalon contenait lrsquoeacutetalon interne agrave une concentration de 06 μgmL du deacuteriveacute MOPIP Ces eacutetalons correspondent donc agrave une dilution de 100 fois de ceux utiliseacutes avec la meacutethode simultaneacutee Lrsquoeacutetalon de 5 x 10-5 fois la VEMP a eacuteteacute injecteacute dix fois afin de deacuteterminer la limite de quantification de la meacutethode Les autres eacutetalons ont eacuteteacute injecteacutes chacun agrave six reprises afin de deacuteterminer lrsquoincertitude eacutetendue de la meacutethode pour chaque amine Les deacuteriveacutes de dieacutethanolamine de meacutethylamine de morpholine et drsquoaniline ont eacuteteacute analyseacutes dans une premiegravere partie Les deacuteriveacutes drsquoeacutethanolamine et drsquoisopropylamine ont par la suite eacuteteacute analyseacutes et enfin le deacuteriveacute de dimeacutethylamine a eacuteteacute analyseacute individuellement

4 REacuteSULTATS ET DISCUSSION

41 Synthegravese et caracteacuterisation des eacutetalons

411 Synthegravese des eacutetalons Les meacutethodes de synthegravese deacuteveloppeacutees avaient principalement pour objectif lrsquoobtention drsquoeacutetalons drsquoune grande pureteacute Des rendements reacuteactionnels acceptables ont neacuteanmoins eacuteteacute obtenus lors des synthegraveses visant la production de 500 mg de chacun des deacuteriveacutes amine avec le chlorure de dansyle

Une reacuteaction secondaire agrave faible rendement a eacuteteacute observeacutee lors de la synthegravese de lrsquoamine aromatique La figure 41 permet drsquoen voir la structure de mecircme qursquoune proposition drsquoun meacutecanisme de synthegravese Cette reacuteaction sera donc agrave surveiller lorsque la meacutethode sera appliqueacutee agrave lrsquoune des nombreuses amines aromatiques cibleacutees par le RSST

- IRSST

SO ClO

Figure 41 Reacuteaction secondaire observeacutee pour les amines aromatiques

412 Identification des eacutetalons

La confirmation de la structure des eacutetalons a drsquoabord eacuteteacute effectueacutee par reacutesonance magneacutetique nucleacuteaire du proton Les assignations des protons effectueacutees par le logiciel HNMR Predictor de Advanced Chemistry Development (Toronto ON) pour chaque seacuterie de pics ont permis de confirmer lrsquoexactitude des structures des eacutetalons [Fournier 2006] Lrsquoinjection directe des eacutetalons en spectromeacutetrie de masse a aussi eacuteteacute utiliseacutee pour confirmer la masse moleacuteculaire de chaque deacuteriveacute (SM simple) et leur structure (SM en tandem) Pour chaque ion moleacuteculaire (obtenu en SM simple) repreacutesentant un deacuteriveacute dansyleacute drsquoune amine lrsquoassignation des pics des diffeacuterents fragments (obtenus en SM en tandem) a permis de confirmer lrsquoexactitude des structures des eacutetalons [Fournier 2006]

413 Pureteacute des eacutetalons Des analyses par CLHP-UVFL et CLHPESI-SM ont permis de veacuterifier si les eacutetalons contenaient des traces drsquoimpureteacutes notamment des traces de chlorure de dansyle Ces analyses ont deacutemontreacute la preacutesence de deux pics pour chaque eacutetalon correspondant au deacuteriveacute de lrsquoamine de mecircme qursquoau solvant Ceci permet de conclure agrave la grande pureteacute de chacun des deacuteriveacutes syntheacutetiseacutes qui contiennent neacuteanmoins du solvant reacutesiduel

414 Taux de solvant reacutesiduel dans les eacutetalons Les analyses thermogravimeacutetriques ont deacutemontreacute des quantiteacutes reacutesiduelles de solvant de lrsquoordre de 1 agrave 2 pour les diffeacuterents eacutetalons agrave lrsquoexception du deacuteriveacute de dieacutethanolamine qui contient 16 de solvant reacutesiduel Ce dernier pourcentage a eacuteteacute consideacutereacute dans les calculs effectueacutes dans cette eacutetude Le deacuteriveacute de MOPIP contient de son cocircteacute des reacutesidus de solvants variables drsquoune synthegravese agrave lrsquoautre en fonction des temps de seacutechage dans le dessiccateur Ainsi pour corriger ce problegraveme pour chaque lot de deacuteriveacute syntheacutetiseacute des eacutetalons ont eacuteteacute preacutepareacutes afin de pouvoir comparer directement les surfaces des pics du deacuteriveacute MOPIP dans les analyses drsquoeacutechantillons Il est agrave noter qursquoaucun deacuteriveacute ne contenait une trace de produits non volatiliseacutes agrave 1000 oC ce qui indique lrsquoabsence de sels dans ceux-ci (restes de sulfate de magneacutesium par exemple)

42 Validation des meacutethodes analytiques

421 Meacutethode drsquoanalyse par CLHP avec deacutetection par ultraviolet ou fluorescence Afin drsquoobtenir une bonne seacuteparation chromatographique les amines ont eacuteteacute analyseacutees en trois groupes tel qursquoillustreacute dans les chromatogrammes preacutesenteacutes agrave la figure 42 alors que les paramegravetres statistiques obtenus pour la validation de la meacutethode drsquoanalyse par CLHP avec une deacutetection par ultraviolet sont reacutesumeacutes au tableau 41

00E+00

20E+02

40E+02

60E+02

80E+02

10E+03

12E+03

14E+03

16E+03

18E+03

20E+03

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20Temps (min)

Absorbance(x 10-3)

DNS-Cl

DNS-MOPIPDNS-Meacutethylamine

DNS-Aniline

DNS-Morpholine

DNS-Eacutethanolamine

00E+00

20E+02

40E+02

60E+02

80E+02

10E+03

12E+03

14E+03

16E+03

18E+03

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20Temps (min)

Absorbance(x 10-3)

DNS-Cl

DNS-MOPIP

DNS-IsopropylamineDNS-Dieacutethanolamine

00E+00

20E+02

40E+02

60E+02

80E+02

10E+03

12E+03

14E+03

16E+03

18E+03

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20Temps (min)

Absorbance(x 10-3)

DNS-Cl

DNS-MOPIP

DNS-Dimeacutethylamine

Figure 42 Chromatogrammes CLHP-UV des eacutetalons de concentration

eacutequivalente agrave 1 VEMP

- IRSST

Les limites infeacuterieures de quantification varient de 06 μgmL pour lrsquoaniline agrave 34 μgmL pour la dieacutethanolamine Selon le protocole utiliseacute et en consideacuterant un volume de preacutelegravevement de 15 L les limites de quantification varieraient entre 06 de la VEMP pour la morpholine et 7 pour la dieacutethanolamine Le coefficient de correacutelation est supeacuterieur agrave 099 pour chacune des amines Enfin lrsquoincertitude eacutetendue analytique U a eacuteteacute calculeacutee agrave partir du coefficient de variation moyen obtenu en fonction de chaque eacutetalon et du nombre drsquoinjections effectueacutees

Tableau 41 Paramegravetres statistiques obtenus lors de la validation de la meacutethode drsquoanalyse de routine avec une deacutetection par ultraviolet

A) Eacutetalonnage externe

Amine R2 LQ (μgmL)

LQ (VEMP) Uanal

Dieacutethanolamine 09989 34 007 66

Eacutethanolamine 09987 06 002 58

Meacutethylamine 09983 05 001 46

Isopropylamine 09965 10 002 113

Morpholine 09994 16 0006 44

Dimeacutethylamine 09996 15 002 100

Aniline 09973 06 002 74

B) Eacutetalonnage interne

Amine R2 LQ (μgmL)

LQ (VEMP) Uanal

Morpholine 09998 28 001 38

Aniline 09986 08 003 88

Le tableau 42 donne les paramegravetres statistiques obtenus lors de la validation de la meacutethode drsquoanalyse de routine avec une deacutetection par fluorescence Des exemples des chromatogrammes obtenus lors de cette validation sont aussi illustreacutes agrave la figure 43

Tableau 42 Paramegravetres statistiques obtenus lors de la validation de la meacutethode drsquoanalyse de

routine avec une deacutetection par fluorescence

Amine R2 LQ (μgmL)

LQ (VEMP) Uanal

Morpholine 09995 14 0005 43

Aniline 09992 04 001 43

Amine R2 LQ (μgmL)

LQ (VEMP) Uanal

Morpholine 09996 22 0008 51

Aniline 09996 02 0005 35

Ces tableaux montrent bien que lrsquoajout drsquoun eacutetalon interne nrsquoa pas drsquoeffet significatif sur la sensibiliteacute et lrsquoincertitude eacutetendue de la meacutethode analytique En eacutetalonnage externe comme en eacutetalonnage interne la meacutethode drsquoanalyse deacuteveloppeacutee par CLHP-UV possegravede une incertitude eacutetendue variant entre 4 et 12 selon lrsquoamine analyseacutee La limite de quantification du deacutetecteur utiliseacute est de lrsquoordre de 001 fois la VEMP de chacune des amines agrave lrsquoexception de la dieacutethanolamine qui est un peu plus difficile agrave analyser agrave faible concentration eacutetant donneacute la proximiteacute du pic de son deacuteriveacute avec le front de solvant

- IRSST

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20Temps (min)

Fluorescence()

DNS-Aniline

DNS-Morpholine

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20Temps (min)

Fluorescence()

DNS-MOPIPDNS-Isopropylamine

DNS-Dieacutethanolamine

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20Temps (min)

Fluorescence()

DNS-MOPIP

Figure 43 Chromatogrammes CLHP-FL des eacutetalons de concentration eacutequivalente agrave 1 VEMP Lorsqursquoon utilise une deacutetection par fluorescence les incertitudes eacutetendues baissent pour atteindre 35 agrave 8 selon lrsquoamine De plus un leacuteger gain de sensibiliteacute est observeacute et fait passer toutes les limites de quantification leacutegegraverement en deccedilagrave de 001 fois la VEMP de chacune des amines ici encore agrave lrsquoexception de la dieacutethanolamine Il est agrave noter que ce gain de sensibiliteacute est tregraves faible par rapport agrave ce qui est attendu avec une deacutetection par fluorescence Ceci est relieacute au deacutetecteur utiliseacute car en utilisant le deacutetecteur de modegravele L7480 de Hitachi (San Jose CA) dans les mecircmes conditions des limites de quantification de lrsquoordre de 10-4 fois les VEMP des amines ont eacuteteacute mesureacutees La fluorescence est donc principalement utiliseacutee ici pour augmenter la seacutelectiviteacute des analyses

Les chromatogrammes CLHP-UVFL preacutesenteacutes agrave la Figure 43 montrent que les sept amines ne sont pas parfaitement seacutepareacutees selon la meacutethodologie deacuteveloppeacutee Cependant il est agrave noter que cette meacutethode drsquoanalyse pouvant ecirctre utiliseacutee de routine servira agrave lrsquoanalyse individuelle des amines car la plupart du temps une seule amine se retrouvera dans lrsquoair ambiant du milieu de travail eacutechantillonneacute Ainsi la seacuteparation complegravete de chaque deacuteriveacute lors de lrsquoanalyse nrsquoest pas absolument neacutecessaire De plus lors drsquoeacutechantillonnages simultaneacutes de plusieurs amines lrsquoanalyse par CLHPESI-SM sera privileacutegieacutee afin drsquoaccroicirctre la seacutelectiviteacute Dans ce dernier cas la seacuteparation des deacuteriveacutes en fonction de la masse de leurs ions moleacuteculaires permettra une quantification exacte

422 Meacutethode drsquoanalyse par CLHP avec deacutetection par spectromeacutetrie de masse La validation analytique a eacuteteacute effectueacutee avec six eacutetalons mixtes regroupant les 7 amines et reacutepartis sur une plage de concentrations eacutequivalentes agrave 03 jusqursquoagrave 10 des VEMP de chaque amine Lrsquoeacutetalon de 03 de la VEMP a eacuteteacute injecteacute dix fois afin de deacuteterminer la limite de quantification (LQ) de la meacutethode qui se deacutefinit comme eacutetant 10 fois lrsquoeacutecart type sur la concentration de lrsquoeacutetalon le plus dilueacute Les autres eacutetalons ont eacuteteacute injecteacutes chacun agrave six reprises afin de deacuteterminer lrsquoincertitude (u eacutequivalente au coefficient de variation) ainsi que lrsquoincertitude eacutetendue (U eacutequivalente au coefficient de variation multiplieacute par le facteur t de Student pour une certitude de 95 ) de la meacutethode pour chaque amine Le tableau 43 donne les paramegravetres statistiques obtenus lors de la validation de la meacutethode drsquoanalyse CLHPESI-SM Il est agrave noter que quoique la correacutelation de la meacutethode drsquoanalyse soit acceptable en consideacuterant une reacutegression lineacuteaire drsquoordre 1 une reacutegression polynomiale drsquoordre 2 a eacuteteacute preacutefeacutereacutee afin drsquoobtenir une meilleure correacutelation Des exemples des chromatogrammes obtenus lors de cette validation sont illustreacutes agrave la figure 44 Ce tableau montre bien qursquoici aussi lrsquoajout drsquoun eacutetalon interne nrsquoa pas drsquoeffet significatif sur la sensibiliteacute et lrsquoincertitude eacutetendue de la meacutethode analytique En eacutetalonnage externe comme en eacutetalonnage interne la meacutethode drsquoanalyse deacuteveloppeacutee par CLHPESI-SM possegravede une incertitude eacutetendue variant entre 3 et 6 selon lrsquoamine analyseacutee La limite de quantification de la meacutethode est de lrsquoordre de 0001 fois les VEMP de chacune des amines Le domaine de lineacuteariteacute obtenu permet donc lrsquoanalyse de routine des sept amines eacutetudieacutees Ce domaine de lineacuteariteacute peut ecirctre eacutetendu vers les plus fortes concentrations en diluant les eacutechantillons

- IRSST

Tableau 43 Paramegravetres statistiques obtenus lors de la validation de la meacutethode drsquoanalyse

simultaneacutee

Amine Excentriciteacute (μgmL)-2 R2 LQ

(μgmL)LQ

(VEMP) Uanal

Dieacutethanolamine -11 x 105 09999 009 0002 61

Eacutethanolamine -25 x 105 09999 005 0002 47

Meacutethylamine -53 x 105 09997 002 0001 41

Isopropylamine -162 x 105 09995 005 0001 28

Morpholine -12 x 105 09997 022 0001 30

Dimeacutethylamine -86 x 105 09994 007 0001 31

Aniline -42 x 105 09999 005 0002 44

(μgmL)LQ

(VEMP) Uanal

Dieacutethanolamine -08 x 10-4 09999 011 0002 63

Eacutethanolamine -28 x 10-4 09999 006 0002 56

Meacutethylamine -141 x 10-4 09998 006 0001 52

Isopropylamine -586 x 10-4 09997 007 0001 38

Morpholine -42 x 10-4 09998 038 0001 37

Dimeacutethylamine -304 x 10-4 09996 006 0001 41

Aniline -35 x 10-4 09999 006 0002 50

DNS-MOPIP

DNS-Aniline

DNS-Morpholine

DNS-Isopropylamine

DNS-Meacutethylamine

DNS - Eacutethanolamine

DNS - Dieacutethanolamine

Temps (min)

Intensit eacute

Figure 44 Chromatogrammes CLHPESI-SM des essais de deacutesorption agrave 1 VEMP La comparaison des tableaux 41 agrave 43 permet drsquoobserver une baisse des incertitudes eacutetendues analytiques en fonction du deacutetecteur en suivant lrsquoordre UV gt FL gt SM Ceci est directement lieacute agrave la seacutelectiviteacute de lrsquoanalyse En effet plus la seacutelectiviteacute de lrsquoanalyse est grande moins les interfeacuterences sont possibles et donc moins grandes sont les incertitudes eacutetendues La meacutethode de deacutetection par spectromeacutetrie de masse se veut donc un outil des plus inteacuteressant car elle permet lrsquoanalyse de plusieurs amines en mecircme temps et ce avec une plus grande reacutepeacutetitiviteacute La co-eacutelution de certains pics lors de la seacuteparation en CLHPESI-SM cause cependant un leacuteger problegraveme drsquoatteacutenuation de lrsquoionisation de certains deacuteriveacutes Ainsi afin drsquoeacutevaluer lrsquoimportance de ce problegraveme un eacutetalon contenant les sept amines a eacuteteacute injecteacute ainsi que sept eacutetalons contenant chacun une seule amine Chaque eacutetalon a eacuteteacute injecteacute six fois agrave une concentration eacutequivalente agrave 01 fois la VEMP de chaque amine Le tableau 44 donne les pourcentages drsquoatteacutenuation de lrsquoionisation observeacutes pour les injections simultaneacutees par rapport aux injections individuelles pour chaque amine

- IRSST

Tableau 44 Atteacutenuations de lrsquoionisation observeacutees dans la meacutethode simultaneacutee en fonction de lrsquoamine

Amine Atteacutenuation de lrsquoionisation

Dieacutethanolamine 08

Eacutethanolamine 04

Meacutethylamine 33

Isopropylamine 125

Morpholine 117

Dimeacutethylamine 04

Aniline 05

Il est possible de voir dans ce tableau que seules lrsquoisopropylamine et la morpholine deacutemontrent une atteacutenuation significative de lrsquoionisation Elle est due au fait que les pics de ces deux deacuteriveacutes se superposent complegravetement lors de lrsquoanalyse Ceci peut occasionner une plus grande interaction des fonctions basiques de ces moleacutecules Il en reacutesulte la neutralisation partielle de certaines moleacutecules et donc la perte de leur charge Il est enfin agrave noter que la dilution des solutions semble diminuer lrsquoatteacutenuation de lrsquoionisation observeacutee ce qui laisse croire que les valeurs donneacutees dans le tableau 44 sont des maximums Plusieurs essais ont eacuteteacute effectueacutes afin drsquoameacuteliorer la seacuteparation des deacuteriveacutes pour ainsi eacuteviter leur co-eacutelution et donc les problegravemes drsquoatteacutenuation de lrsquoionisation Lrsquoaugmentation du pH de la phase mobile ameacuteliore grandement la seacuteparation des deacuteriveacutes et celle-ci est presque complegravete avec lrsquoutilisation drsquoun tampon constitueacute de 02 drsquoacide aceacutetique (pH asymp 32 versus pH asymp 23 pour tampon contenant 1 drsquoacide formique tel qursquoutiliseacute) Cependant la hausse du pH implique la co-eacutelution du pic du deacuteriveacute MOPIP avec celui de chlorure de dansyle Ceci rend impossible lrsquoutilisation de cet eacutetalon interne car la concentration de la solution en chlorure de dansyle nrsquoest jamais la mecircme deacutependamment de la quantiteacute drsquoamines preacutesentes Ainsi lrsquoatteacutenuation de lrsquoionisation du deacuteriveacute MOPIP ne serait jamais constante ce qui implique une grande incertitude dans les analyses Les conditions drsquoanalyse retenues correspondent donc au meilleur compromis trouveacute avec la colonne utiliseacutee Il est agrave noter que drsquoautres colonnes de polariteacutes diffeacuterentes ont aussi eacuteteacute eacutetudieacutees afin drsquoameacuteliorer la seacuteparation des deacuteriveacutes Ces essais avaient aussi comme objectif la diminution de la traicircneacutee des pics observeacutee dans les analyses Cependant ces autres colonnes une Luna C8 et une Zorbax C18 de mecircme dimension que la colonne utiliseacutee nrsquoont pas permis lrsquoobtention drsquoune meilleure seacuteparation La colonne retenue une Luna C18 srsquoest aussi aveacutereacutee ecirctre la plus efficace pour contrer les problegravemes de traicircneacutee des pics eacutetant donneacute qursquoelle contient des groupements tert-butyles greffeacutes sur les groupements silanols resteacutes libres apregraves le greffage de la chaicircne alkyle de 18 carbones Ceci a pour effet de diminuer le nombre de groupements silanols libres et donc de diminuer les interactions des deacuteriveacutes protoneacutes avec ces groupements tregraves polaires qui causent lrsquoeacutelargissement des pics

423 Meacutethode agrave haute sensibiliteacute Afin drsquoaccroicirctre le ratio signalbruit des analyses pour diminuer les limites de quantification la spectromeacutetrie de masse en tandem a eacuteteacute privileacutegieacutee pour les analyses agrave haute sensibiliteacute Cette technique permet surtout de diminuer grandement le bruit de fond car la deacutetection devient tregraves speacutecifique et laisse donc moins de place aux interfeacuterences possibles en CLHPESI-SM Ainsi les fragmentations des diffeacuterents deacuteriveacutes des amines ont eacuteteacute eacutetudieacutees et pour lrsquoensemble de ceux-ci le patron de fragmentation illustreacute dans la figure 45 a eacuteteacute observeacute En analyse de lrsquoair de nombreux contaminants peuvent ecirctre preacutesents dans les eacutechantillons Lors des analyses de traces ces contaminants peuvent avoir des concentrations beaucoup plus grandes que lrsquoanalyte et donc une faible interfeacuterence de lrsquoun drsquoeux dans lrsquoanalyse peut fausser grandement les reacutesultats Ainsi la plus grande seacutelectiviteacute possible est requise lors des analyses agrave haute sensibiliteacute Pour cette raison ce sont les fragments de type [M ndash 14]+ qui ont eacuteteacute privileacutegieacutes pour les analyses par CLHPESI-SMSM Ces fragments produits par la perte drsquoun groupement meacutethyle de lrsquoazote tertiaire du chromophore contiennent encore lrsquoamine Leur masse est donc fonction de celle de lrsquoamine ce qui leur procure une grande seacutelectiviteacute Le fragment de type [M ndash 14]+ est le produit drsquoune scission homolytique de la moleacutecule stabiliseacutee par la grande reacutesonance de celle-ci Suite agrave ce clivage la formation drsquoun cycle agrave 7 atomes avec lrsquoazote chargeacute positivement est supposeacutee car ceci permettrait de stabiliser la moleacutecule La formation de ce cycle srsquoapparente agrave celle observeacutee pour lrsquoion tropylium Ce clivage est donc rapidement formeacute ce qui fait de ce fragment le produit cineacutetique de la fragmentation Le fragment [C11H11N]+thermodynamiquement favoriseacute se forme suite agrave un reacutearrangement et il est preacutesent dans les spectres de toutes les amines Le patron de ce reacutearrangement est inspireacute des travaux de Oprean et al [1996] Cependant contrairement agrave Oprean et al qui suggegraverent une fragmentation de type homolytique en CPGSM un reacutearrangement heacuteteacuterolytique est suggeacutereacute dans ce cas-ci eacutetant donneacute la moins grande eacutenergie de fragmentation induite dans une trappe ionique en CLHPESI-SMSM et la scission homolytique deacutejagrave observeacutee sur la moleacutecule Il est agrave noter la charge localiseacutee sur lrsquoazote dans la figure 44 est en fait deacutelocaliseacutee dans lrsquoensemble des deux noyaux aromatiques ce qui peut expliquer un reacutearrangement sur un autre site de la moleacutecule De plus la fragmentation du fragment [M ndash 14]+ en SM3 donne lieu agrave la formation de [C11H11NSO2]+ (mz = 221) et de [C11H11N]+ (mz = 157) ce qui est en accord avec le patron de fragmentation proposeacute Le reacutearrangement thermodynamique des moleacutecules semble donc ecirctre grandement favoriseacute par la formation drsquoun aromatique stable (gardant la charge et donc deacutetecteacute) tel qursquoillustreacute dans la figure 45 mais aussi par la formation de produits secondaires tout aussi stables du SO2 et une imine Le sulfonamide semble donc ecirctre le point faible de la moleacutecule ougrave la plupart des fragmentations observeacutees ont lieu afin de former ces trois fragments plus stables Formation de [M ndash 14]+

SO NO R

- IRSST

bull Formation de [C11H11N]+ (mz = 157)

Figure 45 Patron de fragmentation principal des deacuteriveacutes drsquoamine observeacute en CLHPESI-

Drsquoautres fragments non-speacutecifiques se forment en suivant des patrons de fragmentation secondaires et ne seront pas deacutetailleacutes ici [Fournier 2006] Avec cette approche les paramegravetres statistiques donneacutes au tableau 45 ont eacuteteacute obtenus lors de la validation de la meacutethode drsquoanalyse agrave haute sensibiliteacute Il est agrave noter que comme pour la meacutethode par simple spectromeacutetrie de masse une reacutegression polynomiale drsquoordre 2 a eacuteteacute preacutefeacutereacutee afin drsquoobtenir une meilleure correacutelation

Tableau 45 Paramegravetres statistiques obtenus lors de la validation de la meacutethode drsquoanalyse agrave haute sensibiliteacute

(μgmL)LQ

(VEMP) Uanal

Dieacutethanolamine -21 x 106 099998 0002 4 x 10-5 118

Eacutethanolamine -17 x 106 099976 0002 5 x 10-5 136

Meacutethylamine -173 x 106 099999 0002 3 x 10-5 80

Isopropylamine -41 x 106 099999 0002 4 x 10-5 103

Morpholine -06 x 106 099990 0011 4 x 10-5 97

Dimeacutethylamine -166 x 106 099995 0002 3 x 10-5 66

Aniline -399 x 106 099998 0001 3 x 10-5 95

(μgmL)LQ

(VEMP) Uanal

Dieacutethanolamine 018 099999 0002 4 x 10-5 128

Eacutethanolamine -417 099999 0002 7 x 10-5 152

Meacutethylamine -045 099996 0002 3 x 10-5 93

Isopropylamine -098 099995 0003 5 x 10-5 122

Morpholine -014 099998 0011 4 x 10-5 103

Dimeacutethylamine -200 099995 0002 3 x 10-5 71

Aniline -083 099995 0001 3 x 10-5 109

Ce tableau montre bien qursquoici aussi lrsquoajout drsquoun eacutetalon interne nrsquoa pas drsquoeffet significatif sur la sensibiliteacute et lrsquoincertitude eacutetendue de la meacutethode analytique En eacutetalonnage externe comme en eacutetalonnage interne les limites de quantification atteintes avec la meacutethode agrave haute sensibiliteacute sont de 30 agrave 65 fois plus basses que celles atteintes avec la meacutethode par simple spectromeacutetrie de masse Un gain de pregraves de deux ordres de grandeur est ainsi reacutealiseacute Il est aussi agrave noter que pour lrsquoanalyse du deacuteriveacute de dieacutethanolamine des limites de quantification 10 fois plus basses sont atteintes en consideacuterant le fragment correspondant agrave lrsquoacide 1-(dimeacutethylamino)-5-naphtalegravenesulphonique protoneacute (tel que donneacute dans le tableau 45) au lieu de celui correspondant agrave une perte drsquoun meacutethyle sur le chromophore Le compromis sur la seacutelectiviteacute de lrsquoanalyse fait en gardant un fragment qui est speacutecifique aux alcoolamines vaut donc la peine drsquoecirctre effectueacute Enfin des incertitudes eacutetendues de 7 agrave 15 sont obtenues en eacutetalonnage externe comme en eacutetalonnage interne avec cette meacutethode drsquoanalyse Ces incertitudes eacutetendues correspondent au double de celles obtenues avec la meacutethode drsquoanalyse par spectromeacutetrie de masse Cette hausse des incertitudes eacutetendues est normale en consideacuterant la tregraves faible quantiteacute drsquoamine analyseacutee (quelques dizaines de picogrammes ou quelques centaines de femtomoles agrave la limite de quantification) La meacutethode agrave haute-sensibiliteacute implique cependant une contrainte lors de lrsquoanalyse des deacuteriveacutes drsquoeacutethanolamine et drsquoisopropylamine En effet les masses de ces deacuteriveacutes sont tregraves semblables et il y a donc interfeacuterence lors de lrsquoanalyse ce qui implique une grande variabiliteacute des reacutesultats En effet en analysant simultaneacutement lrsquoeacutethanolamine et lrsquoisopropylamine des coefficients de variation eacuteleveacutes sont obtenus pour les eacutetalons dilueacutes (ie 5 x 10-5 et 1 x 10-4 fois la VEMP) du deacuteriveacute drsquoeacutethanolamine et de tregraves faibles correacutelations sont obtenues pour le deacuteriveacute drsquoisopropylamine Ainsi la validation agrave haute-sensibiliteacute pour ces deux amines a ducirc ecirctre effectueacutee individuellement dans les mecircmes conditions que pour les autres amines

43 Validation de lrsquoefficaciteacute de deacuterivation La solution de deacuterivation a eacuteteacute optimiseacutee par rapport agrave celle utiliseacutee dans le deacuteveloppement preacuteliminaire de ce projet [Tranchand 2002] en ajoutant du bicarbonate de sodium et 10 drsquoeau agrave lrsquoaceacutetonitrille Le bicarbonate de sodium sert ici agrave neutraliser lrsquoacide formeacute lors de la reacuteaction des amines avec le chlorure de dansyle Cependant il est tregraves peu soluble dans lrsquoaceacutetonitrile et lrsquoajout drsquoeau sert donc agrave favoriser sa solubilisation Lrsquoajout de cette base a permis de diminuer grandement la variation des taux de deacuterivation

- IRSST

des amines En effet dans lrsquoaceacutetonitrile seule les amines pouvaient ecirctre neutraliseacutees par lrsquoacide formeacute et donc ne pas ecirctre deacuteriveacutees par le chlorure de dansyle Le tableau 46 donne les paramegravetres statistiques obtenus lors de la validation de lrsquoefficaciteacute de deacuterivation Cette validation a eacuteteacute effectueacutee afin de deacuteterminer si la deacuterivation de lrsquoamine pour lrsquoanalyse implique des pertes drsquoamines ou un effet important sur lrsquoincertitude eacutetendue globale de la meacutethode Le taux de deacuterivation moyen de chacune des amines a eacuteteacute calculeacute agrave partir des reacutesultats obtenus par rapport agrave des eacutetalons de concentrations en solution eacutequivalentes agrave celles attendues La correacutelation de la reacuteponse en fonction des concentrations de chacune des injections faites ainsi que les incertitudes eacutetendues ont aussi eacuteteacute calculeacutees pour chacune des amines

Tableau 46 Paramegravetres statistiques obtenus lors de la validation de lrsquoefficaciteacute

de deacuterivation

Amine Deacuterivation moyenne R2 Udeacuteriv

Aniline 878 09999 70

La meacutethode de deacuterivation deacutemontre une reacuteaction moyenne des amines avec le chlorure de dansyle drsquoau moins 94 agrave lrsquoexception de lrsquoaniline (88 ) Cette plus grande difficulteacute de deacuterivation de lrsquoaniline est directement relieacutee agrave son caractegravere aromatique qui rend lrsquoamine moins basique ce qui reacutesulte en une cineacutetique de reacuteaction plus lente avec le chlorure de dansyle Les incertitudes eacutetendues obtenues pour les diffeacuterentes amines sont le lrsquoordre de 6 agrave 8 ce qui nrsquoajoute pas beaucoup drsquoincertitude (ie 1 agrave 3 de plus) agrave la meacutethode en consideacuterant les incertitudes eacutetendues obtenues pour la meacutethode drsquoanalyse simultaneacutee Sur la base des diffeacuterentes expeacuterimentations reacutealiseacutees en laboratoire une solution de chlorure de dansyle de 55 mgmL a eacuteteacute privileacutegieacutee pour deacutesorber et deacuteriver les amines apregraves les eacutechantillonnages Cette concentration assure la deacuterivation complegravete des amines agrave une concentration eacutequivalente agrave une fois leurs VEMP tout en permettant une deacuterivation efficace lorsque la concentration des amines deacutepasse leurs VEMP Neacuteanmoins lorsque toutes les amines ne sont pas preacutesentes il devrait ecirctre possible de consideacuterer seulement les concentrations en reacuteactif neacutecessaires aux amines preacutesentes Ceci permettrait de diminuer les quantiteacutes de chlorure de dansyle utiliseacutees tout en gardant un excegraves molaire en celui-ci pour assurer une deacuterivation efficace

44 Validation de la meacutethode de deacutesorption Le tableau 47 donne les paramegravetres statistiques obtenus lors de la validation de lrsquoefficaciteacute de deacutesorption Cette validation permet de deacuteterminer par eacutequilibre de phase si les amines ont plus drsquoaffiniteacute pour la deacuterivation dans la solution de chlorure de dansyle que pour le filtre drsquoacide sulfurique dans la solution de deacutesorption Le taux de deacutesorption moyen de chacune des amines a eacuteteacute calculeacute agrave partir des reacutesultats obtenus par rapport agrave des eacutetalons de concentrations en solution eacutequivalentes agrave celles attendues La lineacuteariteacute de la reacuteponse en fonction de chacune des injections faites ainsi que les incertitudes eacutetendues ont aussi eacuteteacute calculeacutees pour chacune des amines Enfin agrave lrsquoaide drsquoune incertitude estimeacutee de 5 pour le volume de preacutelegravevement des incertitudes eacutetendues drsquoeacutechantillonnages estimeacutees pour chacune des amines ont eacuteteacute calculeacutees (Ueacutech = z [ (udeacutesorp)

2 + (upompe)2 ]05 ougrave z possegravede une certitude de 95 )

Tableau 47 Paramegravetres statistiques obtenus lors de la validation de la meacutethode

de deacutesorption

A) Sans eacutetalon interne

Amine Deacuterivation moyenne R2 Udeacutesorp Ueacutech

Morpholine 1022 09998 39 105

Aniline 1024 09994 38 104

B) Avec eacutetalon interne

Morpholine 973 09983 72 119

Aniline 1014 09994 56 111

- IRSST

Il est possible de voir dans ce tableau que la reacutecupeacuteration des amines lors de la deacutesorption est drsquoau moins 95 qursquoil y ait ou non lrsquoeacutetalon interne sur les filtres Crsquoest donc dire que lrsquoeacutetalon interne nrsquoa aucun effet sur lrsquoefficaciteacute de deacutesorption ou de deacuterivation des amines et que les faibles eacutecarts sont plutocirct relieacutes aux erreurs expeacuterimentales Dans les calculs avec les essais de deacutesorption contenant lrsquoeacutetalon interne des taux de reacutecupeacuteration identiques sont obtenus en consideacuterant ou non la correction par rapport agrave lrsquoeacutetalon interne Il est agrave noter que la deacutesorption des amines proprement dite srsquoeffectue avec une grande efficaciteacute car lrsquoincertitude eacutetendue et la reacutecupeacuteration des amines semblent nrsquoecirctre fonction que de la deacuterivation de celles-ci Enfin les incertitudes eacutetendues drsquoeacutechantillonnage estimeacutees donnent un aperccedilu des valeurs qui doivent ecirctre attendues avec un systegraveme drsquoeacutechantillonnage Ces estimations permettront drsquoeacutevaluer si les incertitudes eacutetendues des systegravemes drsquoeacutechantillonnage deacuteveloppeacutes sont du bon ordre de grandeur par rapport aux incertitudes eacutetendues du reste de la meacutethode

45 Choix du reacuteactif drsquoeacutechantillonnage La figure 46 montre les taux de reacutecupeacuteration obtenus lors de la comparaison des diffeacuterents systegravemes drsquoeacutechantillonnage Le systegraveme de barboteur conique contenant une solution de chlorure de dansyle est ici utiliseacute pour contre-veacuterifier lrsquoefficaciteacute de captation des systegravemes de cassettes munies de filtres en fibres de verre impreacutegneacutes soit drsquoacide sulfurique ou de chlorure de dansyle

Dieacutetha

Eacutethano

lamine

Meacutethyla

Isopro

Morpho

Dimeacuteth

ylamine

Aniline

Reacutec

upeacuter

BarboteurCassette (filtre dac sulfurique)Cassette (filtres de DNS-Cl)

Figure 46 Taux de reacutecupeacuteration moyens obtenus selon les diffeacuterents systegravemes

drsquoeacutechantillonnage

Les expeacuterimentations ont permis de constater que la geacuteneacuteration de la dieacutethanolamine dans lrsquoair est beaucoup plus difficile que pour les autres amines agrave cause de sa faible volatiliteacute (Teacuteb = 269 oC) Lrsquoaugmentation de la tempeacuterature de geacuteneacuteration de 50 oC agrave 90 oC a permis de passer drsquoune reacutecupeacuteration moyenne de 20 agrave plus de 80 pour les cassettes drsquoeacutechantillonnage suggeacuterant ainsi que le faible taux de reacutecupeacuteration est surtout relieacute agrave la volatilisation partielle de lrsquoamine Cependant le systegraveme utiliseacute ne permet pas drsquoaugmenter davantage la tempeacuterature de geacuteneacuteration La sous-estimation de 20 sur la reacutecupeacuteration moyenne de la dieacutethanolamine pourrait ecirctre relieacutee tout au moins en partie agrave une tempeacuterature de geacuteneacuteration inadeacutequate ou agrave une condensation dans le systegraveme de geacuteneacuteration et de preacutelegravevement Cette comparaison des meacutethodes drsquoeacutechantillonnage montre aussi que le systegraveme de cassettes de chlorure de dansyle envisageacute dans la premiegravere partie exploratoire de ce projet [Tranchand 2002] perd beaucoup de son efficaciteacute avec certaines amines lorsque de plus hauts deacutebits drsquoeacutechantillonnage sont utiliseacutes De tels deacutebits (1 Lmin plutocirct que 02 Lmin) sont cependant neacutecessaires pour eacutechantillonner les aeacuterosols drsquoamines pouvant ecirctre formeacutes dans lrsquoair ambiant des milieux de travail Ainsi il est possible de voir que les amines primaires aliphatiques (ie isopropylamine et meacutethylamine) sont celles qui obtiennent la reacutecupeacuteration moyenne la plus faible et donc les taux de claquage les plus eacuteleveacutes (environ 25 ) En fait ces amines ont une cineacutetique de deacuterivation avec le chlorure de dansyle plus lente que les amines secondaires Eacutetant donneacute leur grande volatiliteacute elles passent donc agrave travers le filtre avant drsquoecirctre capteacutees puis deacuteriveacutees Une plus faible reacutecupeacuteration est aussi obtenue pour lrsquoaniline qui tel que deacutejagrave mentionneacute possegravede la cineacutetique de deacuterivation avec le chlorure de dansyle la plus lente eacutetant donneacute son caractegravere aromatique Cependant comme cette amine est moins volatile il est fort probable qursquoelle reste en grande partie capteacutee par le filtre et est deacuteriveacutee par la suite durant lrsquoeacutetape de deacutesorption Mentionnons que le tributylphosphate ajouteacute sur les filtres de chlorure de dansyle comme agent mouillant aide agrave augmenter lrsquoefficaciteacute de captation et de deacuterivation des amines sur le filtre mais que sa concentration si elle est augmenteacutee en vient qursquoagrave produire une grande variation de la ligne de base lors des analyses en CLHP-UV De plus la solution de chlorure de dansyle dans lrsquoaceacutetone servant agrave lrsquoimpreacutegnation des filtres est agrave sa concentration maximale Il est donc impossible drsquoimpreacutegner plus de ce reacuteactif sur les filtres Crsquoest pour contourner ce problegraveme que deux filtres de chlorure de dansyle en seacuterie ont eacuteteacute utiliseacutes dans ces cassettes Lrsquoutilisation drsquoun second filtre permet de capter jusqursquoagrave 30 de plus de produit dans le cas de lrsquoaniline et environ 15 de plus de produit pour les amines primaires mais le systegraveme deacutemontre toujours un taux de reacutecupeacuteration global insuffisant pour son utilisation en hygiegravene industrielle pour ces amines Le systegraveme de cassettes munies de filtres en fibres de verre impreacutegneacutes de chlorure de dansyle preacutesenteacute dans cette eacutetude semble donc ecirctre le systegraveme le plus optimiseacute pouvant ecirctre deacuteveloppeacute Avec ces reacutesultats il faut conclure que le chlorure de dansyle impreacutegneacute sur filtres ne pourrait donc pas ecirctre envisageacute pour deacuteriver directement et quantitativement lors de lrsquoeacutechantillonnage les amines lorsque des aeacuterosols ou des amines tregraves volatiles et moins reacuteactives doivent ecirctre capteacutees agrave un deacutebit drsquoun litre par minute Les reacutesultats de la figure 46 montrent cependant la grande similitude entre les performances obtenues avec les barboteurs et les cassettes munies de filtres impreacutegneacutes drsquoacide sulfurique En effet lrsquoanalyse des taux de reacutecupeacuteration obtenus pour ces deux systegravemes drsquoeacutechantillonnage agrave lrsquoaide du test t sur deux distributions de Student a montreacute la tregraves grande similitude de ceux-ci De plus lrsquoanalyse des incertitudes eacutetendues pour ces deux systegravemes drsquoeacutechantillonnage avec le test F de Fisher a aussi montreacute une similitude des reacutesultats En consideacuterant des taux de reacutecupeacuteration de pregraves de 100 pour le systegraveme de cassettes munies de filtres en fibres de verre impreacutegneacutes drsquoacide sulfurique ce systegraveme drsquoeacutechantillonnage semble le plus prometteur et sera donc utiliseacute doreacutenavant

- IRSST

46 Taux de claquage des filtres impreacutegneacutes drsquoacide sulfurique Les sections preacuteceacutedentes ont permis de deacutemontrer que le systegraveme de geacuteneacuteration utiliseacute avait des limitations car certaines amines pouvaient ne pas ecirctre totalement eacutevaporeacutees ou une partie de celles-ci pouvaient condenser dans le systegraveme de geacuteneacuteration avant de se rendre au systegraveme de preacutelegravevement Il importe donc de mesurer directement le taux de claquage afin de deacuteterminer lrsquoefficaciteacute reacuteelle des filtres impreacutegneacutes drsquoacide sulfurique agrave retenir les amines Pour ce faire les taux de claquage des cassettes eacutetudieacutees ont eacuteteacute deacutetermineacutes directement en placcedilant un second filtre en seacuterie avec le premier les deux filtres eacutetant seacutepareacutes par un espaceur Lrsquoanalyse des deux filtres permet de comparer les quantiteacutes relatives des amines retenues sur chacun et drsquoen deacuteduire un taux de claquage Cette approche sera valide en autant que la quantiteacute retenue sur le second filtre soit minime par rapport agrave celle retenue sur le premier filtre ce qui permet de faire lrsquohypothegravese drsquoune collection globale de 100 Les mesures reacutealiseacutees ont permis de deacuteterminer que le taux de claquage est nul pour lrsquoeacutethanolamine la meacutethylamine la morpholine et lrsquoaniline Pour la dieacutethanolamine et lrsquoisopropylamine 01 des amines capteacutees ont eacuteteacute retrouveacutees sur le second filtre alors que pour la dimeacutethylamine ce taux a atteint 02

47 Performances globales de la meacutethode en fonction de lrsquoanalyse En fonction des incertitudes analytiques de la meacutethode de deacutetection par SM (nous dirons uanal (SM)) et des incertitudes de deacutesorption obtenues il est possible de deacuteterminer lrsquoincertitude ajouteacutee seulement par lrsquoeacutetape de deacutesorption (lrsquoincertitude de deacutesorption reacuteduite ursquodesorp)

ursquodesorp = [ (udesorp)2 ndash (uanal (SM))2 ]05 Gracircce agrave cette incertitude reacuteduite il devient possible de deacuteterminer les incertitudes eacutetendues drsquoeacutechantillonnage estimeacutees pour chaque amine selon chaque meacutethode analytique agrave lrsquoaide leurs incertitudes analytiques et drsquoune incertitude estimeacutee agrave 5 sur le deacutebit de la pompe drsquoeacutechantillonnage

Ueacutech = z() [ (upompe)2 + (ursquodesorp)2 + (uanal)2 ]05

Il est agrave noter que lrsquoincertitude eacutetendue drsquoeacutechantillonnage englobe lrsquoensemble des incertitudes de la meacutethode (de lrsquoeacutechantillonnage agrave lrsquoanalyse) et qursquoelle correspond donc agrave lrsquoincertitude eacutetendue globale de la meacutethode pour une amine donneacutee Ainsi en fonction de cette eacutequation les incertitudes eacutetendues globales estimeacutees du tableau 48 ont eacuteteacute calculeacutees

Tableau 48 Incertitudes eacutetendues globales estimeacutees selon le mode de deacutetection lors

de lrsquoanalyse

Amine UV FL SM SMSM

Morpholine 120 124 119 151

Aniline 132 106 111 145

Ce tableau montre clairement qursquoavec toutes les meacutethodes analytiques deacuteveloppeacutees et pour toutes les amines lrsquoincertitude eacutetendue estimeacutee globale ne deacutepasse jamais la limite de 25 consideacutereacutee comme acceptable par le NIOSH [Kennedy et al 1995] En posseacutedant des Ueacutech bien en deccedilagrave de cette valeur la meacutethodologie deacuteveloppeacutee deacutemontre sa grande reacutepeacutetitiviteacute Il est aussi possible de deacuteterminer les limites de quantification de chaque amine dans lrsquoair en fonction de la meacutethode drsquoanalyse choisie (tableau 49) Ces calculs ont eacuteteacute effectueacutes en consideacuterant un volume de deacutesorption de 4 mL et 15 L drsquoair eacutechantillonneacute En consideacuterant que les meacutethodes UV et FL ont une eacutetendue allant jusqursquoagrave environ 2 fois les VEMP de chaque amine il est possible de conclure que la meacutethodologie deacuteveloppeacutee permet lrsquoanalyse des amines sur 5 ordres de grandeur srsquoeacutetalant de 3 x 10-5 fois agrave 2 fois les VEMP de chaque amine Cette meacutethodologie permet donc de reacutepondre aux analyses de routine pour des concentrations avoisinant la norme et ce en analyse individuelle ou simultaneacutee des amines tout comme elle permet des analyses de traces pour des cas drsquohypersensibilisation aux amines

Tableau 49 Limites de quantification dans lrsquoair selon le mode de deacutetection lors de lrsquoanalyse

Amine UV (μgm3)

FL (μgm3)

SM (μgm3)

SMSM (μgm3)

Morpholine 739 587 101 291

Aniline 203 40 17 026

- IRSST

5 CONCLUSION Cette eacutetude a permis de deacutevelopper et de valider une proceacutedure drsquoeacutechantillonnage de deacutesorption et drsquoanalyse unique pour la deacutetermination simultaneacutee de sept amines de structures diffeacuterentes parmi les plus susceptibles drsquoecirctre utiliseacutees en milieu de travail au Queacutebec La validation du systegraveme drsquoeacutechantillonnage optimal a permis de deacutemontrer la grande efficaciteacute de reacutecupeacuteration du systegraveme de cassettes de 37 mm munies de filtres en fibres de verre impreacutegneacutes drsquoacide sulfurique La meacutethode de deacutesorption deacuteveloppeacutee permet quant agrave elle la libeacuteration des amines des filtres et leur deacuterivation complegravete avec le chlorure de dansyle tout en ajoutant tregraves peu drsquoincertitude agrave la meacutethode globale (3 au maximum) La CLHPESI-SM srsquoest aveacutereacutee une technique drsquoanalyse efficace pour quantifier simultaneacutement jusqursquoagrave un milliegraveme de la norme chacune des amines avec une incertitude eacutetendue drsquoenviron 5 Cette limite de deacutetection correspond agrave une concentration dans lrsquoair variant entre 15 μgm3 et 100 μgm3 en amine en consideacuterant les volumes drsquoair eacutechantillonneacute et de deacutesorption La spectromeacutetrie de masse en tandem permet quant agrave elle de diminuer de deux ordres de grandeur les limites de quantification afin drsquoanalyser agrave haute sensibiliteacute les amines Cette analyse se fait en conservant un haut degreacute de seacutelectiviteacute en analysant des fragments speacutecifiques aux amines Dans tous les cas la meacutethode globale possegravede une incertitude eacutetendue de lrsquoordre de 10 agrave 18 selon lrsquoamine et le mode de deacutetection choisi Cette nouvelle approche pourra ecirctre utiliseacutee dans lrsquoeacutevaluation de la qualiteacute de lrsquoair ambiant dans les milieux de travail et possegravede lrsquoavantage de comprendre un systegraveme drsquoeacutechantillonnage unique indeacutependant de lrsquoamine agrave quantifier et pouvant ecirctre utiliseacute agrave un deacutebit suffisant pour preacutelever non seulement les vapeurs mais eacutegalement les aeacuterosols Ceci permettra eacuteventuellement de caracteacuteriser lrsquoexposition professionnelle aux amines dans diffeacuterents milieux de travail queacutebeacutecois

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ANNEXE A

Normes et annotations des amines listeacutees dans le RSST

Normes dexposition du RSST

NOM CAS1 VEMP2 en mgm3

VECD3 en mgm3

VP4 en mgm3

(ppm) Pc5 Em6 C7

Amino-2 pyridine 504-29-0 2 (05) - -

Amino-2 eacutethanol 141-43-5 75 (3) 15 (6) -

Amino-4 dipheacutenyle 92-67-1 - - - X X C1

Amitrole 61-82-5 02 (006) - - C3

Aniline 62-53-3 76 (2) - - X

o-Anisidine 90-04-0 05 (01) - - X C3

p-Anisidine 104-94-9 05 (01) - - X

Atrazine 1912-24-9 5 - -

Butylamine normale 109-73-9 - - 15 (5) X

Clopidol 2970-90-6 10 - -

Cyanamide 420-04-2 2 - -

Cyclohexylamine 108-91-8 41 (10) - - Diamino-44rsquo

dipheacutenylmeacutethane 101-77-9 081 (01) - - X X C2

Diamino-12 eacutethane 107-15-3 25 (10) - -

Diazomeacutethane 334-88-3 034 (02) - - N N-Dibuthyl normal

amino-2 eacutethanol 102-81-8 14 (2) - - X

Dichloro-33rsquo benzidine 91-94-1 - - - X X C2 Dichloro-33rsquo diamino-44rsquo dipheacutenylmeacutethane 101-14-4 022 (02) - - X X C2

Dieacutethanolamine 111-42-2 13 (3) - -

Dieacutethylamine 109-89-7 30 (10) 75 (25) -

Dieacutethylamino-2 eacutethanol 100-37-8 48 (10) - - X

- IRSST

Annexe A Normes et annotations des amines listeacutees dans le RSST (suite)

NOM CAS1 VEMP2 en

mgm3 (ppm)VECD3 en

mgm3 (ppm)

VP4 en mgm3

(ppm) Pc5 Em6 C7

Dieacutethylegravene triamine 111-40-0 42 (1) - - X

Diisopropylamine 108-18-9 21 (5) - - X

Dimeacutethylamine 124-40-3 18 (10) - -

Dimeacutethyl-11rsquo hydrazine 57-14-7 12 (05) - - X X C2

N N-Dimeacutethylaniline 121-69-7 25 (5) 50 (10) - X

Dipheacutenylamine 122-39-4 10 (15) - -

Eacutethylamine 75-04-7 18 (10) - -

N-Eacutethyl morpholine 100-74-3 24 (5) - - X

Formamide 75-12-7 18 (10) - - X

Hydrazine 302-01-2 013 (01) - - X X C2

Isopropylamine 75-31-0 12 (5) 24 (10) -

N-Isopropylaniline 768-52-5 11 (2) - - X

Meacutethylamine 74-89-5 13 (10) - -

N-Meacutethylaniline 100-61-8 22 (05) - - X

Meacutethyl hydrazine 60-34-4 - - 038 (02) X X C2

Morpholine 110-91-8 71 (20) - - X

2-Naphtylamine 91-59-8 - - - X C1

Nitrapyrine 1929-82-4 10 20 -

Nitroaniline 100-01-6 3 (05) - - X N-Nitroso

dimeacutethylamine 62-75-9 - - - X X C2

Pheacutenothiazine 92-84-2 5 (06) - - X

m-Pheacutenylegravenediamine 108-45-2 01 (002) - -

o-Pheacutenylegravenediamine 95-54-5 01 (002) - - X C2

p-Pheacutenylegravenediamine 106-50-3 01 (002) - - X

NOM CAS1 VEMP2 en

mgm3 (ppm)VECD3 en

mgm3 (ppm)

VP4 en mgm3

(ppm) Pc5 Em6 C7

Pheacutenylhydrazine 100-63-0 044 (01) - - X X C2 N-Pheacutenyl

2-naphtylamine 135-88-6 - - - X C2

Pipeacuterazine dichlorhydrate de 142-64-3 5 (08) - -

Propylegravene imine 75-55-8 47 (2) - - X X C2

Pyridine 110-86-1 16 (5) - -

Strychnine 57-24-9 015 - -

o-Tolidine 119-93-7 - - - X X C2

m-Toluidine 108-44-1 88 (2) - - X

o-Toluidine 95-53-4 88 (2) - - X X C2

p-Toluidine 106-49-0 88 (2) - - X X C2

Trieacutethanolamine 102-71-6 5 - -

Trieacutethylamine 121-44-8 205 (5) 615 (15) - X

Trimeacutethylamine 75-50-3 12 (5) 36 (15) -

Tripheacutenylamine 603-34-9 5 - - m-Xylegravene

11rsquo-diamine 1477-55-0 - - 01 (02) X

Xylidine (meacutelange drsquoisomegraveres) 1300-73-8 25 (05) - - X X C2

1 Numeacutero du registre Chemical Abstract Service 2 Concentration moyenne pondeacutereacutee pour une peacuteriode de 8 heures par jour en fonction dune semaine de 40 heures dune substance chimique preacutesente dans lair au niveau de la zone respiratoire du travailleur 3 Concentration moyenne pondeacutereacutee sur 15 minutes pour une exposition agrave une substance chimique preacutesente dans lair au niveau de la zone respiratoire du travailleur qui ne doit pas ecirctre deacutepasseacutee durant la journeacutee de travail mecircme si la valeur dexposition moyenne pondeacutereacutee est respecteacutee 4 Concentration qui ne doit jamais ecirctre deacutepasseacutee pour quelque dureacutee que ce soit 5 Contribution potentiellement significative par la voie cutaneacutee agrave lrsquoexposition globale Lrsquoexposition se fait soit par contact avec les vapeurs ou probablement de faccedilon plus significative par contact cutaneacute direct avec la substance 6 Une substance dont lrsquoexposition doit ecirctre reacuteduite au minimum mecircme lorsqursquoelle demeure agrave lrsquointeacuterieur des normes preacutevues 7 Les notations canceacuterogegravenes sont les suivantes

C1 effet canceacuterogegravene deacutemontreacute chez lhumain C2 effet canceacuterogegravene soupccedilonneacute chez lhumain C3 effet canceacuterogegravene deacutemontreacute chez lanimal

Pour convertir de mgm3 en ppm (agrave 25 degC et 760 mm Hg) ppm = cm3m3 = mgm3 x (2445 Masse molaire)

SOMMAIRE


1 INTRODUCTION

11 Utilisation des amines en milieu de travail

12 Reacuteglementation et effets agrave la santeacute

13 Meacutethodes actuellement utiliseacutees pour lrsquoanalyse des amines



3 MEacuteTHODOLOGIE

31 Approche geacuteneacuterale

32 Produits chimiques

33 Synthegravese des deacuteriveacutes dansyleacutes des amines

34 Caracteacuterisation et analyse des eacutetalons syntheacutetiseacutes

35 Choix du reacuteactif drsquoeacutechantillonnage

351 Preacuteparation des filtres

352 Preacuteparation du meacutelange des sept amines

353 Geacuteneacuteration des amines dans lrsquoair

354 Deacutesorption et deacuterivation des filtres eacutechantillonneacutes

355 Eacutechantillonnage avec les barboteurs

36 Effet de lrsquoajout de lrsquoeacutetalon interne sur lrsquoeacutechantillonnage

37 Validation du systegraveme drsquoeacutechantillonnage optimal

38 Validation de la meacutethode de deacutesorption


391 Solutions drsquoeacutetalons drsquoamines

392 Analyse simultaneacutee

393 Meacutethode agrave haute sensibiliteacute



411 Synthegravese des eacutetalons


413 Pureteacute des eacutetalons

414 Taux de solvant reacutesiduel dans les eacutetalons


421 Meacutethode drsquoanalyse par CLHP avec deacutetection par ultraviolet ou fluorescence

422 Meacutethode drsquoanalyse par CLHP avec deacutetection par spectromeacutetrie de masse


43 Validation de lrsquoefficaciteacute de deacuterivation



46 Taux de claquage des filtres impreacutegneacutes drsquoacide sulfurique

47 Performances globales de la meacutethode en fonction de lrsquoanalyse

5 CONCLUSION

BIBLIOGRAPHIE

ANNEXE A

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