Beaucoup de métaux ont tendance à devenir toxiques pour la faune, la flore et les individus lorsqu’ils sont dissous dans l’eau et certains composés métalliques présentent une toxicité aiguë à de très faibles concentrations. D’autres peuvent également s’accumuler à des concentrations très élevées dans les cellules des végétaux ou des animaux. Cette « bioaccumulation » peut atteindre les niveaux de toxicité de certains métaux (les composés du mercure sont reconnus pour avoir cet effet).

C’est pourquoi beaucoup de gouvernements imposent une réglementation stricte quant à la quantité de métaux pouvant être rejetée dans l’environnement. Nous fondons nos protocoles d’analyse sur ces exigences. En plus des directives et des limites réglementaires, les organismes interdisent l’industrie d’altérer le milieu aqueux, même un tant soit peu, c’est pourquoi les laboratoires doivent maintenant détecter les métaux à l’état de traces et ultra-traces.

Heureusement qu’au fil des ans, la précision des instruments s’est grandement améliorée. À un point tel que maintenant, l’analyse des métaux ultra-traces n’est plus limitée par la technologie, mais plutôt par le respect de la « propreté » pendant le prélèvement et le traitement des échantillons. Nous traitons les échantillons dans des endroits propres pour minimiser les sources de contamination en laboratoire, en plus de certifier que nos contenants sont exempts de contaminants. Mais qu’en est-il sur le terrain ?

La seule restriction technique provient des échantillons contenant beaucoup de solides dissous (plus de 1 %). Nos instruments ne réussissent pas à atteindre les limites de détection des ultra-traces pour ce type d’échantillon et nos méthodes d’analyse ne sont pas adaptées en conséquence.

1. Quels sont les facteurs importants à considérer lors de l’échantillonnage pour l’analyse d’éléments ultra-traces ?

Lorsque l’analyse des métaux ultra-traces est requise, il est essentiel que les échantillons soient représentatifs du milieu où ils sont prélevés. Par conséquent, les échantillons doivent être prélevés dans des contenants et selon des techniques qui permettent d’assurer leur intégrité et celle des métaux d’intérêt, de l’échantillonnage jusqu’à l’analyse en laboratoire.

Il est également important de minimiser le plus possible l’exposition de l’échantillon au milieu ambiant. Les risques de contamination par les métaux présents sur le lieu d’échantillonnage augmentent considérablement comme les exigences relatives à la sensibilité analytique sont de plus en plus strictes. La contamination par les métaux peut se produire pratiquement partout et provient de plusieurs sources comme la poussière, les gaz d’échappement des automobiles, la fumée de cigarette, certains produits de soins personnels, etc. Il est donc crucial de garder les contenants fermés jusqu’au prélèvement des échantillons. Il faut également les refermer rapidement une fois remplis et ils ne doivent pas être ouverts avant leur traitement au laboratoire.

2. Quels sont les contenants appropriés pour l’analyse des métaux à l’état de traces ?

Ils doivent être inertes aux métaux d’intérêt. Les métaux ne doivent pas « s’échapper » par les parois du contenant ni y adhérer. Les contenants sont éprouvés pour s’assurer qu’ils ne constituent pas une source de contamination.

Pour l’analyse des métaux ultra-traces dans l’eau, les contenants et les agents de conservation sont certifiés exempts de métaux à des concentrations mesurées par partie par billion. Les contenants de verre ne sont pas utilisés, car cette matière contient beaucoup de métaux. Même chose pour les acides utilisés comme agents de conservation. Le polyéthylène haute densité (PEHD) est le principal choix de matériau pour l’échantillonnage de l’eau destinée à l’analyse des métaux à l’état de traces. Il est léger, étanche et incassable.  Toutefois, certaines marques peuvent contenir des métaux. Bureau Veritas a testé tous les contenants en PEHD et les agents de conservations offerts sur le marché pour trouver les plus « purs ».

3. Dois-je filtrer mes échantillons d’eau sur le terrain ?

Généralement, les eaux de surface sont analysées pour les métaux totaux et les eaux souterraines pour les métaux dissous. L’eau potable doit être analysée pour les métaux totaux. Parfois, il peut être avantageux de procéder aux deux analyses (totaux et dissous), comme pour la modélisation environnementale ou les études contextuelles.

Pour l’analyse des métaux dissous selon les limites réglementaires habituelles, il est recommandé de filtrer les échantillons à l’aide d’une membrane certifiée propre de 0,45 μm1avant la conservation à l’acide. Sinon, certaines particules peuvent être dissoutes par l’acide et ainsi entraîner une forte variation. Les échantillons non filtrés et contenant un agent de conservation ne peuvent pas être filtrés par le laboratoire.

Pour l’analyse des métaux ultra-traces, nous avons appris par expérience qu’il est pratiquement impossible de filtrer les échantillons sur le terrain sans introduire de contaminants. C’est pourquoi nous recommandons d’utiliser la trousse de filtration spécialement conçue par Bureau Veritas ou d’opter pour la filtration en laboratoire dans des conditions de propreté. Il est toutefois possible que certains éléments se dissolvent ou se précipitent entre l’échantillonnage et la filtration ou la conservation au laboratoire. Mais les chances sont beaucoup plus minces que la contamination produite par la filtration sur le terrain. Il faut acheminer les échantillons au laboratoire le plus rapidement possible pour minimiser les variations au maximum.

4. La conservation des échantillons d’eau est-elle obligatoire pour l’analyse des métaux ?

Il est crucial que l’échantillon destiné à des analyses environnementales reste dans le même « état » qu’au moment du prélèvement. Sa conservation permet donc d’assurer que les métaux présents dans le contenant gardent la même concentration que dans le milieu prélevé. Pour la majorité des métaux, de l’acide nitrique (HNO3) est ajouté à l’échantillon pour garder le pH inférieur à 2 et assurer leur conservation. Pour l’analyse du mercure, l’agent de conservation utilisé est généralement l’acide chlorhydrique (HCl).

5. Quelle est la quantité minimale d’échantillon requise pour l’analyse des métaux à l’état de traces ?

Habituellement, des échantillons d’eau de 20 mL sont exigés. Une plus grande quantité est toutefois recommandée pour préparer les échantillons de contrôle de la qualité et en cas de reprise. Voir les tableaux 1 et 2 ci-dessous pour un résumé des exigences d’échantillonnage.

Tableau 1 : échantillonnage pour les métaux ultra-traces

ÉLÉMENTS RELATIFS À L’ÉCHANTILLONNAGE EAUX SOUTERRAINES EAUX DE SURFACE EAU POTABLE
Contenant PEHD de 50 mL PEHD de 50 mL PEHD de 50 mL
Filtré sur le terrain Oui Non Non
Agent de conservation HNO3

 

(pH inférieur à 2)

HNO3

 

(pH inférieur à 2)

HNO3

 

(pH inférieur à 2)

Quantité minimale 20 mL 20 mL 20 mL
Quantité recommandée 50 mL 50 mL 50 mL
Délai de conservation 180 jours 180 jours 180 jours
Contenant PEHD de 50 mL PEHD de 50 mL PEHD de 50 mL
Métaux dissous (filtré) Oui Non Non

Tableau 2 : échantillonnage pour le mercure ultra-trace

ÉLÉMENTS RELATIFS À L’ÉCHANTILLONNAGE EAUX SOUTERRAINES EAUX DE SURFACE EAU POTABLE
Agent de conservation HCl (pH inférieur à 2) HCl (pH inférieur à 2) HCl (pH inférieur à 2)
Quantité minimale 50 mL 50 mL 50 mL
Quantité recommandée 100 mL 100 mL 100 mL
Délai de conservation 28 jours 28 jours 28 jours

6. Quels sont les délais de conservation acceptables pour les échantillons d’eau destinés à l’analyse des métaux traces ?

En général, il est préférable d’analyser les échantillons environnementaux dès que possible après leur prélèvement pour réduire au maximum les risques d’altération (de l’échantillon en soi ou des métaux d’intérêt présents). Le délai de conservation maximal pour les échantillons destinés à l’analyse des métaux ultra-traces est de 180 jours et de 28 jours pour celle du mercure.

Tableau 3 : limites de détection rapportées2 – métaux ultra-traces par ICP-MS3

PARAMÈTRE LDR µg/L
Aluminium (Al) 0,20
Antimoine (Sb) 0,005
Arsenic (As) 0,02
Baryum (Ba) 0,02
Béryllium (Be) 0,01
Bismuth (Bi) 0,01
Bore (B) 5
Cadmium (Cd) 0,005
Calcium (Ca) 10
Césium (Cs) 0,05
Chrome (Cr) 0,04
Cobalt (Co) 0,005
Cuivre (Cu) 0.05
Fer (Fe) 0,50
Plomb (Pb) 0,005
Lithium (Li) 0,10
Magnésium (Mg) 5
Manganèse (Mn) 0,03
Mercure (Hg)* 0,0002
Molybdène (Mo) 0,01
Nickel (Ni) 0,02
Phosphore (P) 1
Potassium (K) 10
Rubidium (Rb) 0,05
Sélénium (Se) 0,04
Silicium (Si) 2
Argent (Ag) 0,003
Sodium (Na) 10
Strontium (Sr) 0,05
Soufre (S) 500
Tellure (Te) 0,01
Thallium (Tl) 0,005
Thorium (Th) 0,001
Étain (Sn) 0,01
Titane (Ti) 0,40
Tungstène (W) 0,04
Uranium (U) 0,002
Vanadium (V) 0,03
Zinc (Zn) 0,01
Zirconium (Zr) 0,04

*Mesuré par spectroscopie de fluorescence à vapeur froide

7. Existe-t-il des techniques d’échantillonnage spéciales pour les métaux à l’état de traces ?

Oui. Les risques de contamination des échantillons par des sources externes sont extrêmement élevés. Pour réduire ces risques, la technique d’échantillonnage mains propres/mains sales provenant de la méthode 1669 intitulée Sampling Ambient Water for Trace Metals at EPA Water Quality Criteria Levels4 de l’Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis est appliquée.

Comme l’indique son nom mains propres/mains sales, l’échantillonnage est effectué par deux personnes. Un membre de l’équipe est désigné comme la personne « mains propres » et l’autre, la personne « mains sales », avec chacun leurs propres tâches à accomplir. Autrement dit, la personne « mains propres » s’occupe de toutes les activités impliquant l’échantillon et la manipulation du contenant (prélèvement, filtration et conservation). La personne « mains sales », quant à elle, est responsable de la préparation de l’équipement (sauf le contenant d’échantillonnage), de faire fonctionner la machinerie et de toute autre activité qui n’implique pas de contact direct avec l’échantillon.


Références

1La membrane filtrante doit être certifiée sans métaux
2Les limites de détection rapportées peuvent varier et impossibles à atteindre pour certains échantillons. Les éléments ne sont pas tous analysés systématiquement
3ICP-MS : spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif
4United States Environmental Protection Agency, Office of Water Engineering and Analysis Division, méthode 1669 : Sampling Ambient Water for Trace Metals at EPA Water Quality Criteria Levels, juillet 1996

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