Méthylmercure

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Introduction

Modèle 3D

Le méthylmercure est un nom générique pour désigner un cation organométalique qui regroupe un cation de Hg et un ou plusieurs anions CH3.

Le mercure est plus couramment trouvé et connu sous sa forme élémentaire ou sous sa forme inorganique (sous forme de composés tels qu'oxydes, chlorures, sulfures ou hydroxydes de mercure.

Les formes organiques du mercure, de loin les plus toxiques et dangereuses se composent de deux groupes principaux :

  • les composés R-Hg-X qui comprennent tous les composés monométhylmercure de formule CH3Hg. C'est un acide mou dont le comportement peut s'expliquer dans le cadre de la principe HSAB.
  • les composés R-Hg-R ; le plus souvent il s'agit de diméthylmercure.

où R est l'espèce organique (dont méthyle (-CH3) ), et X un anion inorganique (chlorure, nitrate ou hydroxyde).

Le mot méthylmercure employé seul, désigne souvent le monométhylmercure ;
Ce contaminant, selon les scientifiques, est converti du Hg, issu de la pollution atmosphérique, en méthylmercure grâce aux bactéries sulfato-réductrices produisant du méthane. Le mercure, avant de se transformer en méthylmercure, provient de différentes sources de pollutions. Il peut provenir de centrales thermiques alimentées au charbon, incinérateurs de déchets municipaux, combustion de charbon, etc. De plus, c’est une substance facilement bioaccumulable dans la chair les poissons et mammifères marins, d’où la nécessité de connaître quels poissons en contiennent davantage pour en réduire leur consommation (le cachalot et le dauphin, localement encore consommés par l'Homme, peuvent en bioaccumuler d'importantes quantité).

Taux sanguin moyen

Dans la population générale des pays occidentaux, le mercure inorganique (méthyl mercure essentiellement) représente de 14 % à 26 % du mercure présent dans le sang Un Canadien moyen présente des taux de mercure et méthylmercure proche ou légèrement supérieur à ceux mesurés chez les allemands allemande , chez les femmes de 16 à 49 ans aux États-Unis . et au sein de populations-témoin non particulièrement exposées en milieu de travail dans la région de Québec

Cycle biogéochimique

Avant d'être converti en méthylmercure, le mercure doit provenir de différentes sources ( naturelles ou humaines) Il est présent dans la croûte terrestre sous forme de cinabre (sulfure de mercure). Avec l’érosion naturelle, du mercure (seul métal volatil à température ambiante) est lentement relâché (sublimation) dans l’air.
Les autres sources significatives de mercure dans l'air sont les feux de forets, les éruptions volcaniques, certains geysers. Ces causes sont responsables de 2-3% du relâchement du mercure dans l'atmosphère. Le reste est causé par l’activité humaine telle que le traitement en raffineries et la combustion de pétrole, gaz et charbon dans les centrales thermiques, les chaudières et moteurs. l'EPA a évalué que la production pétrolière annuelle normale des raffineries des Etats-Unis pouvait en émettre jusqu'à 10.000 t environ/an de mercure dans l'environnement Les incinérateurs de déchets municipaux ou ceux des hôpitaux, les activités agricoles sous formes de fongicides organimercuriels et bactéricide en sont d'autres sources .

Le mercure élémentaire relâché dans l'atmosphère est facilement transporté par les vents sur toute la planète. Il peut se trouver dans l’atmosphère pour une période de 1 an et même plus. Sous l’action de phénomènes photochimiques, le mercure élémentaire s'oxyde en Hg. Le mercure oxydé est moins volatil et soluble dans l'eau. Il peux donc réagir avec l’eau, la neige, les brumes et rosées ou être adsorbé par certaines particules pour être déposé dans l’environnement. Les bactéries méthanogènes vivant dans les lacs et étangs, peuvent convertir le Hg en MeHg .

Toxicité

C'est un polluant pouvant freiner et limiter le développement du cerveau chez le fœtus et c'est la forme la plus courante de mercure organique dans l'environnement. Il s'accumule dans les graisses de certains animaux aquatiques comme les poissons et les cétacés du haut de la pyramide alimentaire. Ces graisses représentent un danger pour les hommes qui consomment ces animaux. Lorsque le méthylmercure est présent dans l’organisme, il s’attaque au système nerveux central et occasionne des complications pour le développement pour le fœtus et la mère par le biais de l’alimentation maternelle. Lorsque le taux d’exposition est élevé, il peut provoquer des convulsions, paralysies spastiques, cécité, surdité et du retard mental. Selon l’OMS, les personnes ingèrent 2,4ug de méthylmercure quotidiennement et la dose à ne pas dépasser serait de 100ug par semaine.

Les viandes de requin, espadon, maquereau roi peuvent contenir des taux élevés de mercure alors que les crevettes, le saumon, le poisson-chat, le lieu jaune en contiennent le moins.

Catastrophe humaine reliée au méthylmercure

Le méthylmercure a déjà été au centre d’une catastrophe humaine entre les années 1932-1966. Une compagnie japonaise du nom de Chisso déversait des produits chimiques lors de sa production d’acétaldéhyde et de PVC à partir du mercure inorganique dans la baie de Minamata au Japon. Une fois les déchets toxiques dans l’eau, il y avait une réaction de condensation entre l’acétylène et l’eau pour former le méthylmercure. Il y a eu beaucoup de conséquences à la suite de cette catastrophe en raison de l'hérédité de cette maladie. Il y a eu près de 1700 personnes décédées à ce jour. Cette maladie porte désormais le nom de maladie de Minamata.

Techniques de détermination du méthylmercure dans les tissus de poissons

La détermination du méthylmercure varie selon le type d’échantillon à analyser et dans le cas d’analyses dans les tissus de poissons, les étapes les plus souvent utilisées par les scientifiques sont les suivantes : extraction, dérivatisation, séparation et détection. L’extraction est une étape très importante car elle permet d’extraire le méthylmercure de sa matrice naturelle qui est le tissus de poisson. Une technique souvent utilisée est la digestion avec des acides (D. S. Forsyth et al.) ou bases fortes (F. Ubillus et al. ). Cela permet de décomposer les tissus efficacement et peut même être accéléré en chauffant ou en utilisant une sonication (L. Abranko et al.). Afin de digérer les tissus de poissons, le KOH-méthanol est fréquemment utilisé car il procure un bon recouvrement et les acides gras qui se retrouvent dans les tissus sont saponifiés et ne sont donc pas extraits en phase organique, ce qui a pour avantage que la matrice du méthylmercure extrait est moins contaminée.

La seconde étape qui est réalisée est la dérivatisation afin de rendre le méthylmercure plus volatil. Il existe plusieurs agents de dérivatisation qu’il est possible d’utiliser. L’un d’entre eux est celui du tétraéthylborate de sodium (NaBEt4). La réaction de dérivatisation avec le méthylmercure est la suivante :

MeHg + NaBEt4 → MeEtHg + BEt3 + Na (1) Hg + 2NaBEt4 → Et2Hg + 2BEt3 + 2Na (2)

Lors d’une analyse par chromatographie en phase gazeuse (CPG) par exemple, le produit qui sera détecté sera le MeEtHg qui est en fait associé au méthylmercure étant donné que ce dernier ne peut être analysé par CPG. Il peut également y avoir du mercure oxydé présent dans les tissus qui peut réagir avec le tétraéthylborate de sodium pour donner du diéthylmercure.

Une fois l’échantillon dérivé, ce dernier doit souvent être à nouveau extrait dans un solvant organique, soit par une extraction liquide-liquide en utilisant un solvant organique tel que l’hexane ou le dichlorométhane ou avec une technique de microextraction sur phase solide (SPME). L’avantage de la SPME est qu’elle permet de faire l’extraction et la dérivatisation simultanément (Y. Cai et al.), ce qui diminue le temps de la préparation de l’échantillon à analyser. Plusieurs techniques de séparation peuvent être utilisées mais celle qui domine présentement et que la plupart des articles citent est la chromatographie gazeuse. C’est une technique rapide et qui offre une bonne sensibilité.

Différents détecteurs sont utilisés pour la détection du méthylmercure couplé avec la CPG. Entre autres, il y a le detecteur d'emission atomique (AED), le detecteur à décharge pulsée (PDD) ou encore la spectrométrie de masse (MS). L’AED, utilisé par T. Kubella et al., est une technique utilisant un plasma alimenté par les micro-ondes pour atomiser l’éluant sortant de la CPG pour ensuite l’amener sur une photodiode. Quant au PDD, utilisé par D. S. Forsyth et al., cette technique utilise une décharge pulsée dans l’hélium comme source d’ionisation. L’éluant est ionisé par des photons issus de la décharge d’hélium et les électrons émis sont dirigés sur une électrode qui mesure la différence de courant généré. La spectrométrie de masse est la plus puissante des techniques mais elle est très chère d’utilisation.

Les résultats obtenus pour D. S. Forsyth et al. pour la quantité de méthylmercure dans des poissons prédateurs au Canada tels que le merlin (486 ngHg g), requins (849 ngHg g), espadon (1080 ngHg g) et thon (25-662 ngHg g) varient entre 25 et 1081 ngHg g. Les plus grosses espèces ont une plus grande concentration, ce qui est normal étant donné que la bioaccumulation est plus élevée chez les plus grosses espèces. Les pourcentages de recouvrements sont autour de 97%. Dans le cas de T. Kubella et al., les poissons analysés sont de plus petites tailles et les concentrations varient entre 7 et 143 ngHg g en utilisant la chromatographie gazeuse à détecteur à émission atomique (GC-AED). Le recouvrement est également élevé, supérieur à 90%.

Résumé des différentes techniques utilisables

TechniqueDescriptionRemarque
IE-AASLixiviation avec HCl, détection avec échange d'ions et AASApplicable seulement dans la détermination du mercure organique
GC-ECDLixiviation avec acide, extraction avec toluène, GC et détection ECDEn accord avec les autres techniques
ETAASLixiviation avec HCl, extraction avec benzène, mercure organique déterminé par ETAASValide seulement si une confirmation GC est effectuée
GC-FTIRLixiviation avec HCl, extraction avec toluène, GC d'une détection par FTIREn accord avec les autres techniques
GC-MIP-AESLixiviation avec HCl, extraction avec toluène, butylation, GC suivie d'une détection par MIP-AESEn accord avec les autres techniques
SFE-GC-MIP-AESExtraction avec CO2 supercritique, élution avec toluène, butylation, GC suivie d'une détection MIP-AESRecouvrement d'extraction faible
GLC-CVAFSDistillation, éthylation, piège cryogénique, séparation GLC et détection par CVAFSFaible reproductibilite
GC-CVAASLixiviation avec H2SO4, extraction avec toluène, génération d'hydrure, GC et détection avec CVAASEn accord avec les autres techniques
GC-QFAASExtraction micro-ondes, éthylation, piégage cryogénique et détection par QFAASEn accord avec les autres techniques
HPLC-CVAASDistillation et complexation, séparation HPLC et détection CVAASEn accord avec les autres techniques
HPLC-CVAFSLixiviation avec HCL, extraction avec toluène, complexation, séparation HPLC, réduction avec SnCl2 et détection avec CVAFSDifficultés avec la complexation du mercaptoéthanol
HPLC-ICPMSDistillation, complexation, oxidation UV, réduction avec NaBH4 et détection avec ICPMSEn accord avec les autres techniques

IE-AAS : spectroscopie d’absorption atomique à échangeuse d’ions;

GC-ECD : chromatographie gazeuse à détecteur de capture d’électron;

ETAAS : spectroscopie d’absorption atomique électrothermique

GC-FTIR : chromatographie gazeuse à infrarouge à transformée de Fourier

GC-MIP-AES : chromatographie gazeuse à plasma induit par micro-ondes et détecteur atomique à émission

SFE-GC-MIP-AES : chromatographie gazeuse à extraction à fluide supercritique à plasma induit par micro-ondes et détecteur atomique à émission

GLC-CVAFS : chromatographie gaz-liquide à spectroscopie atomique de fluorescence à vapeur froide

GC-CVAAS : chromatographie gazeuse à spectroscopie atomique d’absorbance à vapeur froide

GC-QFAAS : chromatographie gazeuse à spectroscopie atomique d’absorbance à fournaise de quartz

HPLC-CVAAS : chromatographie liquide à haute performance à spectroscopie atomique d’absorbance à vapeur froide

HPLC-CVAFS : chromatographie liquide à haute performance à spectroscopie atomique de fluorescence à vapeur froide

HPLC-ICPMS : chromatographie liquide à haute performance à spectroscopie de masse couplée à un plasma induit