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Contaminant émergent : Arsenic Dans le cadre du cours CHM3103 – Chimie analytique environnementale Par Do, Thi Xuan Truc Hiver 2011 – 05/04/2011

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Contaminant émergent : Arsenic. Dans le cadre du cours CHM3103 – Chimie analytique environnementale Par Do, Thi Xuan Truc Hiver 2011 – 05/04/2011. Introduction. L’arsenic : retrouvé dans les eaux, sources naturelles (érosion des sols, rochers, minéraux) - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Contaminant  émergent  : Arsenic

Contaminant émergent : Arsenic

Dans le cadre du cours

CHM3103 – Chimie analytique

environnementale

Par Do, Thi Xuan Truc

Hiver 2011 – 05/04/2011

Page 2: Contaminant  émergent  : Arsenic

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IntroductionL’arsenic :

◦retrouvé dans les eaux, sources naturelles

(érosion des sols, rochers, minéraux)

◦provient aussi de nature anthropique

(déchets industrielslibération de particules

dans l’environnement)

◦Eaux contaminées en Indes, Bangladesh,

Chine, Taiwan, Argentine, quelques

parties des États-Unis, et plusieurs autres

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Compilation de données obtenues à partir de 31 350 échantillons d’eau souterraine entre 1973-2001(Remarques : majoritairement As(III) en profondeur, et As(V) en surface)

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ProblématiquesAigus :

◦ douleurs musculaires, diarrhées, vomissement

◦ consommation d’As(inorg.) de 600 µg/kg de masse

corporelle/jour, ou plus, mort

◦ Inhalation AsH3 : DL pour une période de 30 min25-50

ppm .

Chroniques :

◦ natures cancérigènes (vessie, rein, foie, poumons)

◦ détérioration de la peau (lésions, hyperpigmentation...)

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Routes d’exposition à l’As et Régulations pour As(inorg.)

Principalement par ingestion (eau/nourritures

contaminées)

Inhalation (air, poussières, sol)

EPA = U.S. Environmental Protection Agency FDA = U.S. Food and Drug Administration

Agence Focus Niveau

EPAAir-Environnement N/D

Eau-Eau potable 10 ppb

FDA Nourriture 0.5-2 ppm

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Exemple d’effets néfastes sur des gens ayant consommés de l’eau contaminée à l’As (Arsenical Hyperkeratosis)

Même patient, hyperpigmentation de la peau (partie plus foncée)

Différent patient, cancer (croissance

de cellules squameuses de

carcinome)

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L’arsenic et ses dérivés

Niveaux de toxicité différent

Existe 4 formes d’oxydation (-3, 0,

+3, +5)

Dans l’eau, As existe sous forme org.

et inorg.

As(org.)dérivé de réactions de

méthylation des As(inorg.)

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Structures de composés d’As dans l’eau

+ toxique

As(III) As(V)

DMA

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Méthodes permettant la détection de composés d’As

HPLC combiné à : ICP-MS, HG-AAS

(Hydride Generation-AAS), ou à une

détection MS par électrospray

les plus performantes pour des matrices

biologiques et environnementales

Page 10: Contaminant  émergent  : Arsenic

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Étude comparative sur les méthodes HG-AAS et LC-ICP-MS

Inspirée par l’article publié par Akter, K.F.

et al. (Australie, 2005)

Ils se sont concentrés sur la

détermination d’As(III), d’As(V) et de DMA

Échantillons d’eau souterraine

contaminée provenant du Bangladesh

Page 11: Contaminant  émergent  : Arsenic

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Principe général pour la technique HG-AAS

Système semblable à AAS, sauf que le nébulisateur n’est pas utilisé et il y a présence d’un système pour générer les hydrures volatiles

HG-AAS vs AAS : HG permet LOD des métalloïdes

génèrent les hydrures volatils

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LC : séparation de composé selon leur temps rétention sur la colonne utilisée

ICP-MS :

Principe général pour la technique LC-ICP-MS

Page 13: Contaminant  émergent  : Arsenic

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Avantages et désavantages de chaque technique

HG-AASAvantages Désavantages

Grande sensibilité, grande

sélectivité, amélioration dans la

LOD des métalloïdes, moins $$$

que ICP-MS

Présences de certains

interférents, manipulations

laborieuses, spécifique à un

élément à la fois, faible domaine

de linéaritéLC-ICP-MS

Avantages Désavantages

Grande sensibilité, grande

sélectivité, faible LOD (peu de

bruits), analyse rapide, peu de

préparation pour l’échant. bon

domaine de linéarité

Possibilités d’interférences

spectrales dû aux formations

d’ions polyatomiques, coût élevé

pour l’appareillage et

l’exploitation

Page 14: Contaminant  émergent  : Arsenic

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Quelques résultats expérimentaux de l’article

Pas d’interférences spectrales rencontrées pour 75As (donc pas de 40Ar35Cl)

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Quelques résultats expérimentaux de l’article

Sample ID

Mode As(III) DMA As(V)Sum of species

Total As

W1I 5.0 <LD 62.0 67.0 -II 4.5 <LD 62.1 66.6 -III - - - - 81.2

W2I 15.6 <LD 65.9 81.5 -II 15.6 <LD 65.1 80.7 -III - - - - 80.0

W4I 38.7 <LD 195.5 234.2 -II 38.2 <LD 201.2 239.4 -III - - - - 286.7

W6I <LD <LD 156.0 156.0 -II <LD <LD 155.5 155.5 -III - - - - 160.0

...

Légende : <LD, non détecté ; (-), pas été déterminé ; I = LC-ICP-MS ; II ; HG-AAS ; III = ICP-MS

Les deux méthodes offrent une grande sensibilité et y sont similaires (faible écart) [As(V)] [As(III)] : pcq As(III) oxydé en As(V) dû à l’entreposage

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Traitements possibles Les plus communs :

◦ osmose inversée :

éliminent la majorité des impuretés de l’eau

l’eau est forcé à travers d’une membrane où les composés n’y

traversent pas

◦ échange d’anions :

l’eau traverse une résine où l’As est éliminé en échangeant avec une

substance non-toxique attachée sur la résine.

échange jusqu’à une saturation de la résine, puis changement de

système pour régénérer la résine

◦ distillation :

un système de distillation amène l’eau à ébullition

le reflux recueille les vapeurs d’eau quasi-pur laissant les minéraux,

contaminants, métaux, incluant As dans le ballon initial

Page 17: Contaminant  émergent  : Arsenic

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ConclusionHG-AAS et LC-ICP-MS sont des techniques

performantes pour la détermination des

composés d’As

Existe quelques traitements d’eau contaminée

à l’As

Travaux futurs : solutions plus accessible pour

les pays défavorisés

◦ Étude récente, par un groupe de chercheurs en

Indes, sur l’ail qui pourrait aider à l’élimination

d’une certaine quantité d’As dans le corps (2009)

Page 18: Contaminant  émergent  : Arsenic

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QUESTIONS??

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Références1.Richardson, S.D. and T.A. Ternes. «Water Analysis: Emerging

Contaminants and Current Issues», Analytical Chemistry, 2005, 77, 3807-3838.

2.Canada, H. L'arsenic dans l'eau potable. 2006, [http://www.hc-sc.gc.ca/hl-vs/alt_formats/pacrb-dgapcr/pdf/iyh-vsv/environ/arsenic-fra.pdf], consulté le 30/03/2011.

3.Bose, U., M. Rahman, and M. Alamgir. « Arsenic Toxicity and Speciation Analysis in Ground Water Samples: A Review of Some Techniques» International Journal of Chemical Technology, 2010,1-12.

4.Das, N.K. and S.R. Sengupta. «Arsenicosis: Diagnosis and treatment», Indian J Dermatol Venereol Leprol, 2009, 74(6), 571-581.

5.Theytaz, J.B., T.; Lintel, H. van; Renaud, P.; Diesel, E.; Merulla, D.; van der Meer, J. «Biochip with E. coli bacteria for detection of arsenic in drinking water», Procedia Chemistry, 2009, 1,1003-1006.

6.Akter, K.F., et al., «Speciation of arsenic in ground water samples: A comparative study of CE-UV, HG-AAS ans LC-ICP-MS». Talanta, 2005. 68, 406-415.

7.Sauvé, S., Note de cours CHM3103-Chapitre 7 : Éléments traces, 2011.

8.B'Hymer, C. and J.A. Caruso, Arsenic and its speciation analysis using high-performance liquide liquid chromatography and inductively couples plasma mass spectrometry. Journal of Chromatography A, 2004,1045,1-13.

 

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9. Van den Broeck, K. and C. Vandecasteele, «Elimination of Interferences in the Determination of Arsenic and Determination of Arsenic in Percolate Waters from an Industrial Landfill by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry», Analytical Letters, 1998, 31(11),1891-1903.

10. Choong, T.S.Y., et al., «Arsenic toxicity, health hazards and removal techniques from water: an overview». Desalination, 2007, 217, 139-166.

11. U.S. Environmental Protection Agency. Arsenic Compounds, [http://www.epa.gov/ttn/atw/hlthef/arsenic.html#ref1], consulté le 04/04/2011.

12. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Arsenic Toxicity, [http://www.atsdr.cdc.gov/csem/arsenic/toc.html], consulté le 04/04/2011.

13. U.S. Geological Survey. Arsenic in ground water of the United-States. [http://water.usgs.gov/nawqa/trace/arsenic/], consulté le 04/04/2011.

14. Chasteen, T.G. (Sam Houston State University), HGAAS, [http://www.shsu.edu/~chm_tgc/primers/HGAAS.html], consulté le 04/04/2001.

15. Gouvernment of Nova Scotia. Arsenic in Nova Scotia’s Drinking Water. [http://www.gov.ns.ca/nse/water/arsenic.asp], consulté le 04/04/2011.

16. Flora, S.J.S., Mehta, A. et Gupta, R. «Prevention of arsenic-induced hepatic apoptosis by concomitant administration of garlic extracts in mice», Chemico-Biological Interactions, 2009,177, 227–233.

Références