Méthode de référence : PCDD et PCDF dans les effluents des usines de pâtes et papiers : section 5


5.1 Manipulation et conservation des échantillons

Dès la réception des échantillons au laboratoire, on doit les examiner pour voir dans quel état ils se trouvent et pour s'assurer qu'ils sont étiquetés correctement. Signaler au client tout problème potentiel relatif à leur intégrité. On devrait traiter les échantillons aussitôt que possible après les avoir enregistrés et leur avoir apposé des étiquettes portant des numéros de code du laboratoire. Remplir les formulaires d'identification accompagnant les échantillons, les faire signer par la personne autorisée et les conserver à des fins de vérification. Les documents relatifs à l'analyse des échantillons doivent aussi être disponibles à des fins de vérification.

Il faut garder les échantillons à une température de 1 à 5°C entre leur réception et le début de l'extraction. (Attention : protéger contre le gel.)

5.2 Essais de performance de la méthode

Avant d'analyser des échantillons, le laboratoire doit mener des essais de performance de la méthode pour prouver qu'il est en mesure d'atteindre une précision et une exactitude acceptables.

On doit préparer, traiter et analyser, tout comme s'il s'agissait d'échantillons réels, trois blancs de matrice (composés chacun de 1 L d'eau très pure) dopés avec des quantités connues d'étalons naturels et d'analogues marqués. La solution de dopage des congénères naturels doit contenir tous les congénères de dioxine et de furane chlorés aux positions 2, 3, 7 et 8, à des concentrations égales à celles indiquées au tableau 4 pour la solution d'étalonnage SE2. La composition de la solution de dopage des analogues est présentée au tableau 1. Le volume nécessaire au dopage est de 50 μL de chaque solution. Les solutions étalons de composés naturels et d'analogues sont diluées avec de l'acétone immédiatement avant le dopage (cf. 5.3).

Au cours de chacun des trois essais, le taux de récupération de chacun des congénères naturels de PCDD et de PCDF (après correction pour tenir compte de la récupération des analogues) doit se situer entre 80 et 120 % (autrement dit, l'exactitude doit être de ± 20 %). Le taux de récupération de chacun des analogues marqués doit se situer entre 40 et 120 %.

Aucun échantillon prélevé in situ ne doit être traité avant que les essais de performance de la méthode ne donnent des résultats acceptables. Ces essais doivent être repris chaque fois que les procédures d'extraction ou d'épuration sont modifiées de quelque façon que ce soit, chaque fois qu'un réactif portant un numéro de lot différent est utilisé ou lorsque les derniers essais de performance remontent à plus de trois mois.

Tableau 1: Composition de la solution d'analogues marqués
Analogue Solution mère dans le toluène
(pg/μL)
Solution de dopage dans l'acétone
(pg/μL)
Le13C12-OCDF n'est pas utilisé à cause de la possibilité d'interférence dans l'analyse de l'OCDD.
13C12-2,3,7,8-TCDD 20 1
13C12-2,3,7,8-TCDF 20 1
13C12-1,2,3,7,8-P5CDD 20 1
13C12-1,2,3,7,8-P5CDF 20 1
13C12-1,2,3,6,7,8-H6CDD 20 1
13C12-1,2,3,6,7,8-H6CDF 20 1
13C12-1,2,3,4,6,7,8-H7CDD 20 1
13C12-1,2,3,4,6,7,8-H7CDF 20 1
13C12-OCDD 40 2


5.3 Préparation des échantillons

Pour chaque lot d'échantillons de 1 L qui est traité, préparer une solution diluée fraîche d'analogues marqués de PCDD et de PCDF (tableau 1) en ajoutant, pour chaque échantillon, 50 μL de la solution mère à 950 μL d'acétone (dilution au vingtième).

Peser à 1 g près l'échantillon, dans sa bouteille, sur une balance à plateau supérieur. On déterminera ultérieurement son poids net en soustrayant de ce chiffre le poids de la bouteille sèche. Le poids net de l'échantillon doit se situer entre 900 et 1 100 g. A l'intérieur de ces limites, on convertit le poids en volume en supposant que l'échantillon a une densité de 1,0 g/mL.

Ajouter à l'échantillon (dans sa bouteille) 1,0 mL de la solution d'analogues marqués fraîchement préparée (tableau 1). Agiter soigneusement la bouteille plusieurs fois ou mélanger la solution sur un agitateur magnétique pendant l'heure qui suit pour que les analogues marqués s'équilibrent au sein de la matrice de l'échantillon brut.

Après 1 h, filtrer l'échantillon sous vide sur un filtre en fibre de verre Gelman A/E préalablement pesé, et recueillir le filtrat dans une fiole à filtration de 2 L. Compléter la filtration avec plusieurs portions d'eau désionisée afin d'enlever les particules qui restent. Conserver la bouteille qui renfermait l'échantillon, car elle sera utilisée ultérieurement (cf. 5.4.1). Maintenir la dépression jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de filtrat qui passe. Transférer dans une boîte de Pétri le filtre et les particules qui adhèrent encore aux parois de l'entonnoir Buchner, et sécher le tout dans un dessiccateur. Peser le filtre séché qui porte la fraction solide de l'échantillon. Cette fraction sera extraite dans un soxhlet et le filtrat le sera dans une ampoule à décantation.

5.4 Extraction des échantillons

La figure 2 illustre de façon schématique le mode opératoire d'extraction des échantillons, dont voici une description détaillée.

Figure 2 : Schéma de l'extraction des échantillons d'effluents d'usines de pâtes et papiers

Schéma de l'extraction des échantillons d'effluents d'usines de pâtes et papiers

5.4.1 Extraction du filtrat

Transvaser quantitativement le filtrat de la fiole à filtration dans une ampoule à décantation propre de 2 L, en rinçant trois fois avec de l'eau désionisée. À trois reprises, verser 60 mL de dichlorométhane dans la bouteille vide qui contenait l'échantillon et agiter avant de transvaser dans l'ampoule à décantation. Extraire le filtrat et les liquides de rinçage en agitant vigoureusement l'ampoule à décantation pendant 2 min, tout en laissant s'échapper la pression au besoin. Laisser reposer pendant au moins 10 min pour que les couches aqueuse et organique se séparent. Récupérer la couche organique dans un ballon à fond rond de 500 mL. Si l'émulsion est persistante, la verser dans un gros becher propre et en provoquer mécaniquement la séparation, par exemple en la faisant passer à travers un tampon peu compact de laine de verre.

Répéter toute cette opération encore deux fois en utilisant chaque fois 100 mL de dichlorométhane. Rincer l'ampoule à décantation avec une autre portion de 30 mL de dichlorométhane. Si, à ce point-ci, on observe la présence de la moindre trace d'eau ou d'émulsion dans le ballon, filtrer l'extrait sur une couche de sulfate de sodium rincé au dichlorométhane, retenue dans un entonnoir pour poudre placé au-dessus d'un deuxième ballon de 500 mL. Réunir les extraits et les liquides de rinçage et les concentrer jusqu'à 3 à 5 mL sur un évaporateur rotatif à 30°C avant de les combiner à l'extrait de la fraction particulaire de l'échantillon.

5.4.2 Extraction des particules

Placer une cartouche préextraite dans un becher propre en verre et y déposer le filtre contenant les particules séchées. En rinçant avec du toluène, faire passer dans la cartouche les petites quantités de solides qui peuvent rester dans la boîte de Pétri, puis recouvrir l'échantillon d'une couche de laine de verre propre. Poser la cartouche dans le soxhlet. Verser dans le ballon environ 350 mL de toluène. Raccorder le ballon au soxhlet, puis rincer trois fois au toluène le becher où se trouvait la cartouche en versant chaque fois le liquide de rinçage dans le soxhlet. Raccorder ce dernier au réfrigérant refroidi à l'eau et l'envelopper avec du papier d'aluminium pour l'isoler thermiquement. Refluxer l'échantillon à raison de trois à quatre cycles à l'heure.

Après au moins 16 h d'extraction, rincer au toluène l'intérieur du réfrigérant et laisser refroidir l'appareil. Siphonner le solvant du soxhlet dans le ballon. À trois reprises, rincer le soxhlet au toluène et siphonner le liquide de rinçage dans le ballon.

Ajouter l'extrait de filtrat concentré à l'extrait de particules, rincer trois fois le ballon avec de l'hexane et ajouter les liquides de rinçage. Concentrer l'échantillon combiné jusqu'à 1 à 2 mL sur un évaporateur rotatif à 72°C ou moins. Changer de solvant en ajoutant environ 100 mL d'hexane au ballon qui contient l'échantillon, et reprendre l'étape de la concentration.

Sécher l'échantillon en le faisant passer à travers du sulfate de sodium rincé à l'hexane et retenu dans un entonnoir posé au-dessus d'un ballon de 250 mL. Compléter le transfert en rinçant d'abord le ballon extracteur, puis le sulfate de sodium, avec trois portions d'hexane de 5 mL. Concentrer l'échantillon jusqu'à 3 à 5 mL sur un évaporateur rotatif à 30°C. L'échantillon est maintenant prêt pour l'épuration.

5.5 Épuration des échantillons

On peut utiliser le mode opératoire décrit ci-après ou tout autre mode opératoire permettant d'obtenir un extrait d'échantillon de qualité suffisante pour répondre à tous les critères de performance de la méthode concernant le dosage des substances visées.

La figure 3 illustre de manière schématique le mode opératoire de base recommandé pour l'épuration des échantillons. La figure 4 représente les colonnes d'épuration nécessaires à l'application de la méthode (Lamparski et Nestrick, 1980; Environnement Canada, 1989).

Figure 3 : Schéma de l'épuration et de l'analyse des échantillons d'effluents d'usines de pâtes et papiers

Schéma de l'épuration et de l'analyse des échantillons d'effluents d'usines de pâtes et papiers

Figure 4 : Colonnes d'épuration

Colonnes d'épuration

Colonne d'acide, de base, de nitrate d'argent et de silice

Boucher l'extrémité de la colonne avec de la laine de verre puis y déposer les produits suivants, dans l'ordre 1,5 g de silice et de AgNO3 à 10 % (couche du fond); 1 g de silice; 2 g de silice et de NaOH 1 M à 33%; 1 g de silice; 4 g de silice et de H2SO4 à 44%; 2 g de silice; et environ 1 g de sulfate de sodium pour coiffer la colonne. Entre chaque addition, tapoter la colonne pour égaliser les couches.

Prélaver la colonne ainsi préparée avec 30 mL d'une solution à 2% de dichlorométhane dans de l'hexane (V/V). Dès que le dessus de la couche de solvant atteint le haut de la couche de sulfate de sodium, placer un ballon de 250 mL sous la colonne. Au moyen d'une pipette Pasteur, transférer l'extrait brut concentré dans la colonne puis, toujours avec la même pipette, y déposer trois portions de 5 mL d'une solution à 2% de dichlorométhane dans de l'hexane (V/V) qui auront servi à rincer le ballon contenant l'échantillon.

Lorsque le dessus de la couche de liquides de rinçage atteint le haut de la couche de sulfate de sodium, verser dans la colonne une portion supplémentaire de 50 mL de la solution à 2% de dichlorométhane dans de l'hexane (V/V). Une fois le solvant complètement écoulé, évaluer la saturation de la couche d'acide et de la couche de nitrate d'argent en observant si ces couches sont uniformément colorées.

S'il y a saturation de la couche d'acide, laver l'extrait d'échantillon (dans de l'hexane) avec de l'acide sulfurique concentré dans une ampoule à décantation et répéter l'opération avec de nouvelles portions d'acide (quatre lavages au maximum) jusqu'à décoloration complète de la couche d'acide. Ensuite, laver l'extrait avec de l'eau désionisée, avec du NaOH 1 M et, une dernière fois, avec de l'eau désionisée et le sécher sur du sulfate de sodium de la manière décrite précédemment.

S'il y a saturation de la couche de nitrate d'argent, faire passer l'extrait d'échantillon concentré à travers une autre colonne renfermant 2,5 g de silice et de nitrate d'argent à 10%. Éluer l'extrait d'échantillon à travers la colonne prélavée avec 30 mL d'une solution à 2% de dichlorométhane dans de l'hexane.

Ajouter 100 mL d'hexane à l'éluat et concentrer jusqu'à 1 à 2 mL sur un évaporateur rotatif à 30°C.

Chromatographie sur colonne d'alumine

Boucher l'extrémité inférieure de la colonne d'alumine avec de la laine de verre et y déposer 2,5 g d'alumine basique fraîchement préparée (cf. 4.4), puis la coiffer avec 0,5 cm de sulfate de sodium. Ajouter 15 mL d'hexane pour prélaver la colonne. Dès que le dessus de la couche d'hexane atteint le haut de la couche de sulfate de sodium, placer sous la colonne un ballon de 250 mL portant l'étiquette "Fraction 1". Transférer dans la colonne d'alumine, au moyen d'une pipette Pasteur, l'extrait concentré provenant de la colonne d'acide, de base, de nitrate d'argent et de silice. Dès que le dessus de la couche d'extrait d'échantillon atteint le haut de la couche de sulfate de sodium, faire suivre de trois portions de 5 mL d'hexane ayant servi à rincer le ballon contenant l'échantillon. Dès que le dessus de la couche de liquides de rinçage atteint le haut de la couche de sulfate de sodium, verser dans la colonne une quantité supplémentaire de 30 mL d'hexane (deux fois 15 mL). Quand le dessus de cette couche de solvant atteint le haut de la couche de sulfate de sodium, ajouter dans la colonne 20 mL d'une solution fraîchement préparée à 1,5% de dichlorométhane dans de l'hexane. Mettre de côté la fraction combinée ainsi recueillie (fraction 1). Dès que le dessus de la couche de solvant dans la colonne atteint à nouveau le haut de la couche de sulfate de sodium, remplacer le ballon étiqueté "Fraction 1" par un ballon de 250 mL étiqueté "Fraction 2".

Verser dans la colonne 30 mL d'une solution à 50% de dichlorométhane dans de l'hexane (V/V) et laisser la colonne se vider complètement. C'est cette fraction qui contient les PCDD et les PCDF. Concentrer cette fraction jusqu'à 1 à 2 mL, changer de solvant en ajoutant environ 100 mL d'hexane dans le ballon contenant l'échantillon et reprendre l'étape de la concentration.

Préparer une autre colonne d'alumine de la manière décrite ci-dessus (étape facultative) puis, en suivant la même méthode, faire passer l'échantillon (fraction 2) dans la colonne et recueillir l'éluat (fraction 1) dans le ballon qui contient l'éluat de la première colonne. Recueillir également la fraction 2 dans le ballon initial. Concentrer les deux fractions jusqu'à environ 1 mL sur un évaporateur rotatif à 30 °C. Transvaser la fraction 1 dans un flacon ambré de 1,5 mL et la mettre de côté. Elle pourra servir au dosage des PCDD et des PCDF si l'on n'obtient pas un taux satisfaisant de récupération des analogues pour la fraction 2.

Au moyen d'une pipette Pasteur, transférer la fraction 2, qui contient les PCDD et les PCDF, dans un flacon à échantillon de 1 mL à intérieur en forme de V (cf. 4.2) et la concentrer sous un léger courant d'azote prépurifié. Compléter le transfert de l'échantillon en prélevant dans le ballon, avec la même pipette, trois portions de rinçage de 0,5 mL d'hexane. Concentrer l'extrait jusqu'à l'obtention d'un petit volume (environ 100 μL) et mettre le flacon au réfrigérateur à 5°C ou moins jusqu'à l'analyse.

Juste avant l'analyse par CG-SM, sécher l'échantillon sous un léger courant d'azote prépurifié. Ajouter dans le flacon d'échantillon 20 μL de la solution étalon de récupération contenant 50 pg/μL de 13C12-1,2,3,4-TCDD et 50 pg/μL de 13C12-1,2,3,7,8,9-H6CDD dans du toluène. Boucher le flacon et le traiter aux ultrasons pendant 1 min ou le laisser reposer pendant au moins 1 h avant l'analyse.

Colonne de charbon AX-21 et de silice (étape facultative)

Préparer une colonne en verre de 8 mm sur 260 mm en coupant les deux extrémités d'une pipette sérologique jetable de 10 mL. Y déposer, dans l'ordre, un bouchon de laine de verre, 1 g de charbon activé et de silice, 1 cm de silice et un autre bouchon de laine de verre. Prérincer la colonne avec 5 mL de cyclohexane et de dichlorométhane mélangés à parts égales, l'extrémité portant le bouchon de silice étant tournée vers le bas. Renverser la colonne et pratiquer un second rinçage avec 5 mL de cyclohexane et de dichlorométhane mélangés à parts égales. Introduire l'échantillon, repris dans environ 1 mL d'hexane, dans la colonne placée avec le bouchon de silice vers le haut. Après les avoir utilisées pour rincer le flacon de l'échantillon, compléter le transfert avec deux portions de 2 mL de cyclohexane et de dichlorométhane mélangés à parts égales. Éluer au moyen de 6 mL de cyclohexane et de dichlorométhane mélangés à parts égales, puis de 20 mL de dichlorométhane, de méthanol et de toluène mélangés dans des proportions de 75, 20 et 5 %. Éliminer tous les éluats obtenus jusqu'à ce point. Retourner la colonne de sorte que le bouchon de silice soit au bas, et éluer avec 30 mL de toluène. Recueillir l'éluat dans un ballon de 250 mL. Concentrer l'échantillon sur un évaporateur rotatif à 72°C et le transférer dans un flacon de la manière décrite précédemment.

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