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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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Contaminant émergent : Arsenic
Dans le cadre du cours
CHM3103 – Chimie analytique
environnementale
Par Do, Thi Xuan Truc
Hiver 2011 – 05/04/2011
2
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
3
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)
4
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.)
8
Structures de composés d’As dans l’eau
+ toxique
As(III) As(V)
DMA
9
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
10
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
11
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
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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
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Quelques résultats expérimentaux de l’article
Pas d’interférences spectrales rencontrées pour 75As (donc pas de 40Ar35Cl)
15
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
17
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)
18
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.
20
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