Chromatographie en phase gazeuse/spectrométrie de masse (GC/MS)
Description
L’instrument de chromatographie en phase gazeuse/spectrométrie de masse (GC/MS) sépare les mélanges chimiques (la composante GC) et identifie les composants au niveau moléculaire(la composante MS). C’est l’un des outils les plus précis pour analyser les échantillons environnementaux. Le GC fonctionne sur le principe qu’un mélange se sépare en substances individuelles lorsqu’il est chauffé. Les gaz chauffés sont transportés à travers une colonne contenant un gaz inerte (comme l’hélium). Lorsque les substances séparées sortent de l’ouverture de la colonne, elles passent dans le spectromètre de masse. La spectrométrie de masse identifie les composés par la masse de la molécule d’analyte. UneÒlibraryÓ de spectres de masse connus, couvrant plusieurs milliers de composés, est stockée sur un ordinateur.La spectrométrie de masse est considérée comme le seul détecteur analytique définitif.
Limitationset préoccupations
L’analyse des échantillons prend souvent du temps. Les modèles portables de CG/SM récemment développés peuvent compenser cette préoccupation.
Applicabilité
La CG/SM est une technique qui peut être utilisée pour séparer les composés organiques volatils (COV)et les pesticides. Les unités GC portables peuvent être utilisées pour détecter les polluants dans l’air, et elles sont actuellement utilisées pour les enquêtes sur l’intrusion de vapeur. Cependant, d’autres utilisations du GC ou du MS, combinées à d’autres techniques de séparation et d’analyse, ont été développées pour les radionucléides, les composés explosifs tels que le RoyalDemolition Explosive (RDX) et le Trinitrotoluène (TNT), et les métaux. Certains d’entre eux sont décrits ci-dessous.
Un type de spectrométrie peut également être utilisé pour surveiller en continu les émissions des incinérateurs, à la place d’une méthode standard qui prélève des échantillons dans le courant d’air pour les analyser en laboratoire. Cette méthode standard a un délai d’exécution relativement long, et elle ne fournit pas d’informations sur les rejets catastrophiques ou sur une défaillance du système. Avec la surveillance en temps réel et en continu, tous les rejets sont surveillés et, en cas de défaillance du système, celui-ci peut être mis hors service et/ou la communauté voisine peut être avertie.
État de développement de la technologie
La première application générale de la spectrométrie de masse moléculaire a eu lieu au début des années 1940 dans l’industrie pétrolière pour l’analyse quantitative des mélanges d’hydrocarbures dans les craqueurs catalytiques.Récemment, les fabricants d’instruments de CG/SM ont considérablement réduit la taille globale et augmenté la durabilité. Cela permet à ce qui était autrefois un instrument de laboratoire d’effectuer des analyses sur le terrain.
Liens internet
http://www.chem.vt.edu/chem-ed/sep/gc/gc.html
http://clu-in.org/char/technologies/gc.cfm
http://www.clu-in.org/char/technologies/mspec.cfm
Autres ressources et démonstrations
Voirhttp://www.clu-in.org/download/techdrct/tdmpa_gc-ms_report.pdffor ÒInnovations dans la caractérisation des sites – Évaluation des technologies : Analyse en temps réel des COV à l’aide d’un GC/MS portable de terrainÓ (EPA542-R-01-011). Ce rapport décrit l’utilisation d’un GC/MS de terrain pour mesurer le trichloroéthylène en temps réel.
Voir http://minerals.cr.usgs.gov/icpms/intro.htmlfor une description de la spectrométrie de masse à plasma inductif (ICP-MS), une technique développée au laboratoire Ames dans les années 1970. C’est un outil très sensible et sélectif pour l’analyse multi-élémentaire. Cette méthode ne nécessite que de très petits échantillons, d’un nanolitre à un microlitre de volume. Il semblerait qu’elle puisse analyser des échantillons radioactifs avec peu ou pas de problèmes de confinement.
Le département de l’énergie (DOE) utilise la spectrométrie comme composant d’un moniteur d’émissions continues (CEM). Il analyse et mesure la lumière produite par les émissions gazeuses provenant du traitement thermique des déchets mixtes. Sa principale application sur les sites du DOE est la surveillance du métal volatil, le mercure (Hg), de deux métaux semi-volatils, le cadmium (Cd) et le plomb (Pb), et de trois métaux faiblement volatils, l’arsenic (As), le béryllium (Be) et le chrome (Cr). L’Agence américaine de protection de l’environnement a classé ces métaux comme des polluants atmosphériques dangereux (PAD). Les incinérateurs du DOE qui traitent des déchets mixtes doivent également surveiller les émissions de matériaux émetteurs de particules alpha, notamment l’uranium (U) et le plutonium (Pu). Actuellement, le DOE utilise des filtres pour contrôler les émissions de particules et utilise des échantillonneurs d’air à grand volume et l’analyse en laboratoire des filtres de ces échantillonneurs pour surveiller les émissions.
Le DOE a également développé une spectrométrie de masse à piège à ions à échantillonnage direct(DSITMS). Cette technologie est utilisée pour déterminer la présence de composés organiques volatils (COV) et de composés organiques semi-volatils (COVS) dans les eaux souterraines et les sols, ainsi que dans les flux gazeux des processus d’assainissement des sites de déchets dangereux. Le système utilise un spectromètre de masse à piège à ions disponible dans le commerce. Avec quelques modifications, le spectromètre de masse est rendu transportable sur le terrain.
Voir http://clu-in.org/characterization/technologies/exp.cfm#86 pour une description technique des explosifs dans différents milieux et l’utilisation de certaines techniques analytiques.
