Analyse chimique environnementale - Définition

Les éléments traces

Les éléments traces peuvent être séparés selon leur espèces chimiques (spéciation chimiques des métaux) ou selon certains groupements fonctionnels spécifiques. Il est préférable d'utiliser le terme éléments traces plutôt que métaux traces pour englober certains éléments chimiques qui ne sont pas des métaux (notamment l'arsenic, le sélénium ou autres). L'utilisation du terme métaux lourd est à bannir (son usage devrait être réservé à la musique - , il ne réflète pas les propriétés des métaux et n'est d'aucune utilité. Il existe un grand nombre de techniques analytiques ; les plus fréquentes seront brièvement présentées à titre indicatif seulement.

Espèces chimiques

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

• Isotopes métalliques : digestion couplée avec spectrométrie de masse (TIMS Thermal Ionization Mass Spectrometry, ICP-MS Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry) ;
• Métaux à l'état oxydé ou réduit : chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC), Spectrométrie d'adsorption (AAS Atomic Absorption Spectrometry, ICP-AES Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry, ICP-MS) ;
• Composés ou complexes métalliques inorganiques : déduction du pH et de la stœchiométrie de la réaction par potentiométrie (voltammétrie), méthodes extractives, ultracentrifugation ;
• Complexes métalliques organiques : voltammétrie lorsque la concentration des métaux traces est faible (ASV Anodic Stripping Voltametry, ACSV Adsorptive Cathodic Strpping Voltametry) ;
• Composés organométalliques : chromatographie couplée avec un système de détection par élément sélectif (GC Gas chromatography et photométrie) ;
• Complexes ou composés macromoléculaires métalliques : la détermination des macromolécules métalliques nécessite le jumelage de plusieurs techniques : chromatographie, spectrométrie, électrophorèse (SDS-PAGE Sodium Dodecyl Sulfate-PolyacrylAmide Gel Electrophoresis)

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

Groupement caractéristique

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

• Liée à la matière organique : métaux adsorbés ou complexés aux acides organiques, aux colloïdes < 0.2 micron (extraction au pyrophosphate de potassium)
• Ions libres : métaux solubles et facilement échangeables (extraction à l'acétate d'ammonium)
• Échangeable : métaux labiles et mobilisables (extraction par la méthode Mehlich-3)
• Résiduelle : fraction non extraite par les autres méthodes de fractionnement, très stable et immobile
• Totale : tout le métaux contenu dans le réseau cristallographique des minéraux primaires et secondaires, obtenu par digestion avec acide (HF, HCl, HNO₃, etc.)

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