Spectrométrie atomique : Etat de l'art et perspective, Conférence Spectr'Atom 2016

M. Yvon GervaiseExpert Français auprès de l’OCDEDirecteur SGS Multilab RouenTwitter @expertscience

SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE : VOYAGE DE L’INFINIMENT GRAND À L’INFINIMENT PETIT20 ANS DE RETOUR D’EXPÉRIENCE ET D’APPLICATIONS MULTIPLES, QUEL FUTUR?

Spectr’Atom Pau le 24 mai 2016

2© SGS Multilab Rouen, Yvon GERVAISE – Spectr’atom 2016 – de l’infiniment grand à l’infiniment petit

LE PROGRÈS DE LA SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE – LE COMMENT ?

� L’évolution instrumentale, et les techniques de préparation.

� L’évolution des performances analytiques� Monoélément -> multiéléments� Développement des méthodes multiparamétriques� Technique de préparation par minéralisation avec

@MineralManager• Digiprep – fusion alcaline ultrawave ou microonde

� Les limites de quantification

• De l’infiniment grand à l’infiniment petit du % au ppm, ppt• De l’élément à l’isotope• Des techniques d’absorption aux techniques d’émission• Méthode destructive ou méthode non destructive


INNOVATION INSTRUMENTALE ET NOUVELLES TECHNIQUES ANALYTIQUESVALEUR AJOUTÉE POUR L’EXPERTISE


QUELLES NOUVELLES TECHNIQUES EN SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE POUR QUELLES PERFORMANCES ET QUELLE VALEUR AJOUTÉE


LA FLUORESCENCE X

INNOVATION INSTRUMENTALE ET NOUVELLES TECHNIQUES ANALYTIQUESVALEUR AJOUTÉE POUR L’EXPERTISE


UNE TECHNIQUE NON DESTRUCTIVE: LA FLUORESCENCE X DERNIÈRES INNOVATIONS EN ANALYSES QUALITATIVES ET QUANTITATIVES MULTIÉLÉMENTS


QUELLE ÉVOLUTION DE LA SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE ? ANALYSES ET EXPERTISES : QUEL TYPE D’INFORMATIONS OBTENUES POUR LE COMMETTANT?

� Grandeurs mesurées� Caractéristiques du produit� Propriétés du produit

� Interactions environnement / santé� Substances indésirables� Comportement

� Qualitatives / quantitatives :� Substances actives, fonctionnelles

� Comportement dans l’écosystème au cours du cycle de vie� Écotoxicité� Dispersion dans l’air/eau/sol

Interaction: Industrie Environnement Consommation Santé


ENJEUX DE LA CHIMIE ANALYTIQUE ET DE LA SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE

Comprendre et connaitre la matière• Ses caractéristiques• Sa structure• Sa valeur ajoutée• Son interactions (Economie, Environnement, santé, cycle de vie)

La matière face à des exigences• Produits de plus en plus performants• Marchandises soumises à des exigences des parties prenantes• Gestion de crises ( de l’esprit, des lois et des climats)

1

2

Industrie Agriculture Environnement Consommation Santé


� Sciences et chimie analytique dans le monde del'environnement, de l’industrie ,de la consommation etdans les échanges mondiaux

� Contrôles expertises des produits: Panorama desnouveaux enjeux et des nouvelles pratiques

� normalisation, accréditations et instance de régulation,rôle du laboratoire dans les échanges mondiaux, point devue d’un ingénieur chimiste: voyage des connaissances,voyage de la matière …

CONTEXTE INTERNATIONAL ET RÔLE DU LABORATOIRE D’EXPERTISE DANS LES ÉCHANGES MONDIAUX

POINT DE VUE D’UN DIRECTEUR DE LABORATOIREREGARD SUR LA SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE


COMMENT NOUS CONNAISSONS LA MATIÈRE: L’EXPERTISE ANALYTIQUE? LA PLACE DE LA SPECTROMÉTRIE « LA SCIENCE A L’ÂGE DE SES INSTRUMENTS » BACHELARD

Techniques du vivant:Biochimie

Biologie moléculaire

Processus de l’analyse de la

matière

Traitement de l’échantillon

Techniques spectrométriques

- Radioactivité- Spectrométrie de masse

Techniques séparatives

Chromatographie

Techniques du vivant :Écotoxicologie

Evolution de l’expertiseanalytique

1

2

3

5

4


CONNAISSANCE DE LA MATIÈRECONNAISSANCE, EXIGENCES NATIONALES ET INTERNATIONALES ET ENJEUX, VALEUR AJOUTÉE DE LA SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE …

Information et exigence du consommateur

Conformité :. Réglementaire. REACh

Prise en compte globale ACV, GES, GHS

Relation Produit/santé/environnementExemple perturbateur endocrinien

Surveillance matière première, impact réglementaire REACh

Tendance chimie verteActifs végétaux

Tendance environnementale

écolabel

Valeur d’usage

Additifs

InnovationRecherche

Exigence particulière

nouveau règlement cosmétique/ pesticides

Sécurité des ingrédients

Valorisation du produit et sous-produit - filière

Votre produitVotre

matière première

Cahier des charges client

Produit

Procédé


LA SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE DANS LE CHAMP D’ACCRÉDITATION ET RECONNAISSANCE DU LABORATOIRE

� Compétence du laboratoire dans un port (export/import)• moyens efficaces : réduire le risque d’importations de produits

défectueux

• Conformité aux normes, règlements suivant des tests

� Accréditation et instrument de reconnaissance de la compétence du laboratoire• Exactitude, fiabilité

• Confiance des résultats

� Accréditation doit être reconnue au niveau international• COFRAC, organisme qui accrédite suivant ISO 17025.

• reconnaissance à travers des évaluations très rigoureuses de l’organisme ILAC (International Laboratory ACcreditation)

• MRA (Mutual Recognition Agreement): laboratoire reconnu globalement pour faciliter l’acceptation les résultats de test qui accompagnent


CONNAISSANCE ET RECONNAISSANCE DANS LE DANS LES ÉCHANGES MONDIAUX

- Accréditation ISO 17025 COFRAC, EA, ILAC

- Agréments ministériels ,santé, environnementaux, ASN

FOSFA(Federation of Oils, Seedsand Fats Association)

KFDA(Autorités coréeenes)

COFRAC(Comité Français d’ACcréditation)

BPL(Bonnes Pratiques de laboratoire)

GAFTA(Grain and FeedTrade Association)


ORGANISATION DE LA PERFORMANCE DU LABORATOIRE AU SERVICE DE PRESTATIONS EN SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE À HAUTE VALEUR AJOUTÉE !

SATISFACTION CLIENT RECHERCHE

PERTINENCE / DÉLAI / PRIX DÉVELOPPEMENT

ANALYTIQUE

Évolution permanente

en adéquation avec la

demande et besoin du

client et commettant

CO-DÉVELOPPEMENT FIABILITÉ (Évaluation de

CLIENT/LABORATOIRE/PRESTATAIRE déterminants qualité

et scientifique)

Indice qualité

Indice satisfaction

client

Indice développement scientifique

Indice économique

1

2

4

3


LA SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE UNE ÉVOLUTION CONSTANTE RÉGLEMENTAIRE, NORMATIVE À L’AIDE DU NUMÉRIQUE

� Portée accréditations SGS Multilab Rouen:

� http://www.cofrac.fr/annexes/sect1/1-0281.pdf

� Twitter https://twitter.com/expertscience

� Afnor https://twitter.com/AFNOR

� ISO https://twitter.com/isostandards

� Radioactivité IRSN https://twitter.com/radioprotection

� ASN https://twitter.com/ASN

� Autorités Françaises européennes ex sécurité alimentaire ANSES ; EFSA ..

� https://twitter.com/Anses_fr


QUANTIFICATION DE LA MATIÈRE DU Kg AU Pg

Puissance (g)

Préfixe Symbole

103 Kilo kg

102 Hecto hg

101 Déca dag

Gramme g

10-1 Déci dg

10-2 Centi cg

10-3 Milli mg

10-6 Micro µg

10-9 Nano ng

10-12 Pico pg


QUANTIFICATION DE LA MATIÈRE : DU KILOGRAMME AU GRAMME


QUANTIFICATION DE LA MATIÈRE : DU DÉCIGRAMME AU MILLIGRAMME


DE L’INFINIMENT GRAND À L’INFINIMENT PETIT


PRÉVOIR L’AVENIR AU LABORATOIRE : DÉFI TECHNOLOGIQUE, INNOVATIONLA NAISSANCE DE @MINERAL MANAGER


PRÉVOIR L’AVENIR AU LABORATOIRE : DÉFI TECHNOLOGIQUE, INNOVATIONLA NAISSANCE DE @RADIOMANAGER


QU’EST-CE QUI PRÉSIDE EN TERME D’EXIGENCE POUR LES APPLICATIONS DE LA SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE DANS LE DOMAINE AGRO-ALIMENTAIRE

� Exigence COFRAC normative – GTA

Exigence réglementaire

� Quelles ont été les évolutions, nouvelles tendances et les réalisations?� Les limites de quantification

• Performance méthode• Exigence réglementaire

� Les méthodes multiparamétriques� Les modes de minéralisation� Isotopie


ÉVOLUTION DE L'ANALYSE : ÉQUIPEMENTS DE POINTE

Éléments LoQ mg/kgCa 10Cu 2Fe 2K 10

Mg 5Mn 2Na 10Zn 2

1997

2009

Éléments LoQ mg/kg

Ca 5

Cu 1

Fe 1

K 5

Mg 1

Mn 1

Na 5

Zn 1

P 1

Al 0,5

Cr 0,05

Co 0,1

Mo 0,1

Ni 0,05

Sn 2

2015

Éléments LoQ mg/kg

As 0,025

Cd 0,005

Se 0,025

Pb 0,008

Mn 0,05

Zn 0,5

Cu 0,1

Al 0,5

Cr 0,05

Co 0,01

Mo 0,05

Ni 0,1

Sn 0,05

AA

ICP-AES ICP-MS


SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE CHAMPSD’APPLICATIONS ET D’ACCRÉDITATIONS MULTISECTORIELLES


SPECTROMÉTRIE ET APPLICATION À L’AGRO-ALIMENTAIRE ACCRÉDITATION PORTÉE GÉNÉRALE MINÉRAUX OLIGO-ÉLÉMENTS


SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE ET AGRO-ALIMENTAIRE PORTÉE DÉTAILLÉE


SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE ET AGRO-ALIMENTAIRE PORTÉE DÉTAILLÉE


SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE ET AGRO-ALIMENTAIRE PORTÉE D’ACCRÉDITATION MINÉRAUX ET MÉTAUX LOURDS


SPECTROMÉTRIE ET AGRO-ALIMENTAIRE ICP/MS


LE DOSAGE MERCURE SPECTROMÉTRIEATOMIQUE


SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE ET ENVIRONNEMENT


SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE ET ENVIRONNEMENT


HG : DMA 80TECHNIQUE RAPIDE MAIS PERFORMANTE

� Absorption Atomique Amalgame d’Or (selon EPA 7473)

� Pas de minéralisation

� Étalonnage interne à l’équipement vérifié par autocontrôles

� Résultats fournis directement en mg/kg

� Temps d’analyse : �� 5 minutes


HG: DMA80ANALYSEUR DE MERCURE PAR ABSORPTION ATOMIQUE SUR AMALGAME D’OR

Référence : EPA 7473 « Mercury in solids and solutions by thermal decomposition , amalgamation and atomic atomic absorption

spectrometry »


• Analyse de 20 métaux en 3 minutes

• Nombre de raies analysées sans influence sur le temps d’analyse

• Lecture de 769 nm à inférieure à 180 nm : exemple : analyse de l’aluminium à 167 nm, raie la moins interférée

ICP-OES simultané :Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy


ICP-OES: INDUCTIVELY COUPLED PLASMA OPTICAL EMISSION SPECTROSCOPY

Torche : atomisation de l’échantillon

Polychromateur

Alimentation de la torche après nébulisation de l’échantillon par l’argon

Capteur C.C.D.


MINÉRALISATION: DEUX OPTIONS ACCRÉDITÉES PAR LE COFRAC

Choix: en fonction du trio métal / matrice / seuil

� Minéralisation par voie humide selon la norme NF ISO11466 (X31-415):

Méthode de minéralisation validée par notre laboratoire:

� l’eau régale par utilisation d’un bloc chauffant – digiprep

� Minéralisation par voie sèche selon la norme NF ISO 14689-2 (X31-428-2) :

Méthode de minéralisation pour les Métaux réfractaires (Al2O3 SiO2….):

� la fusion alcaline.

L’utilisation de fondants méta et tétraborate de lithium permet l’abaissement du point de fusion ( ex: le Fer 1500°C), lors du chauffage dans un four sous atmosphère d’argon à 1000°C. Cela nous permet donc l’extraction des différents métaux réfractaires pour les mettre en solution.


ACCRÉDITATION PORTÉE FLEXIBLE (CONCEPTION ET VALIDATION)

� L’ensemble des méthodes de dosages des métaux par ICP-OES, SAAFG et DMA ont été validées de manière à ce que nous garantissons l’ensemble de nos résultats avec des incertitudes optimisées et validées selon l’ISO17025.

� Par cette accréditation portée flexible, le COFRAC nous a reconnu sur nos compétences et rigueur à développer des méthodes et conduire leur validation.

� Nous sommes également accrédités en portée fixe sur la matrice déchet.


PRÉPARATION DE LA MATRICEACCRÉDITATION PORTÉE FLEXIBLE DE TYPE 2

Matrice

Type de

préparation

Méthodeet/ou

principe de méthode

Sols Boues et

sédiments

Prétraitement

Pré-séchage, Tamisage, Broyage( méthode interne PS0029 selon NF

ISO 11464 (X31-412))

Mise

en

solution

Minéralisation:• Eau régale dans un bloc chauffant

Digiprep selon NF ISO11466, NF ISO13346

• Fusion alcaline selon NF ISO14869-2

Décomposition

Décomposition thermique, amalgame d’or

selon EPA 7473


ANALYSE DES MÉTAUXACCRÉDITATION FLEXIBLE DE TYPE 2

Matrice Propriété mesurée Principe de la méthode

Référence méthode

Sols, Boues et Sédiments

Mercure Décomposition thermique, amalgame d’or

Méthode interne selon EPA 7473

Arsenic MinéralisationEau régale et dosage par SAAVF

Méthode interne selon NF ISO11466(X31415) et NFISO 15586(T90-119)

Aluminium fusion alcaline et dosage par ICP/AES

Méthode interne selon NFISO 14689-2 et NFEN ISO11885

Cadmium, chrome, cuivre, nickel, phosphore, plomb et zinc

Minéralisation eau régale et dosage parICP-OES

Méthode interne selon NF ISO11466(X31415) et NFISO 11885


SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE / BOUILLIE BORDELAISE / ÉTUDE BPL / ÉVOLUTION

� BPL ?

� Étude BPL sur bouillie bordelaise parspectrométrie atomique

� 2003 : État de l’art : AAFG Zeeman AS, AAFGCd, Pb (deux techniques)

� 2016 : État de l’art ICP/MS (1 seule technique)

� Titration en conformité avec les exigencesSANCO


ETUDE SELON LES BONNES PRATIQUES DE LABORATOIRE (BPL)

� Reconnaissance du GIPC (Groupement Interministériel des Produits Chimiques) suite à un audit COFRAC

� Suivi des lignes directrices de l’OCDE(Organisation de Coopération et de développement Economique)

� Décret 2006-1523

Spectrométrie Atomique : caractérisation du produit chimique

Dosage dans de la Bouillie Bordelaise.


ETUDE SELON LES BONNES PRATIQUES DE LABORATOIRE (BPL)

� Les B.P.L. s’appliquent aux essais de sécurité pratiqués sur des éléments d’essais contenus dans des produits chimiques (produits chimiques de synthèse, origine naturelle ou biologique et organismes vivants).

� Les essais visent à fournir des données sur leurs propriétés et/ou leur innocuité du point de vue de la santé humaine et/ou de l’environnement.

� Les B.P.L. se rapportent au mode d’organisation des études et aux conditions dans lesquelles les études en laboratoire sont planifiées, réalisées, contrôlées, enregistrées et diffusées.

�� Les B.P.L. nécessitent un système d’assurance qualité et un contrôle de ce système (même système documentaire/ accréditation)


M. Yvon Gervaise

Directeur SGS Multilab Rouen

Melle. Karine Barty

Responsable Pôle technique spectroscopie atomique, SGS MultilabRouen

ENJEUX ET AVENIR DE L’ANALYSE EN SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE

�Analyses officielles réglementaires en spectrométrie d’émission atomique.� Performances analytiques pour les analyses de routine suivant l’ISO 17025 (COFRAC). �Validation de méthode dans le processus des études reconnues BPL


SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE

� Demande croissante en résultats d’analyses:

�Domaine environnemental (polluants dans les eaux, sols, ....)�Domaine agro-alimentaire (sécurité alimentaire ...)�Domaine produits de consommation�Domaine industriel (caractérisation de produits )

� nécessite de pouvoir garantir la traçabilité et la fiabilité des résultats fournis


SPECTROMÉTRIE ATOMIQUE LA CONVERGENCE VERS LA TECHNIQUE ICP/MS ET LES NOUVEAUX SYSTÈMES DE TRAITEMENT D’ÉCHANTILLON @MINERALMANAGER

ICP-MS: ANALYSE DE TRACES ET ULTRA-TRACES

• Performance en limite de détection :

Possibilité de descendre jusqu’au ng/L

* Performance en temps d’analyses:

Quasi simultané un grand nombre d’éléments en 2 à 5 minutes


ICP-MS: ANALYSE DE TRACES ET ULTRA- TRACES

Bloc torche à plasma

Précision de l’analyse:

Principe simplifié


Yvon [email protected]

@expertscience : http://twitter.com/expertscience

www.sgsgroup.fr

Directeur, SGS Multilab Rouen

65 rue Ettore Bugatti - BP 90014 - 76801 Saint Etienne du Rouvray

t 02 35 07 91 80 f 02 35 07 91 25

« Demain est moins à découvrir qu’à inventer »

Merci de votre attention

Gaston Berger, philosophe

Technology

Spectrométrie atomique : Etat de l'art et perspective, Conférence Spectr'Atom 2016