Développement d'une méthode de séparation chromatographique couplée aux spectrométries de masse à source d'ionisation électrospray (ESI-MS) et à source plasma à couplage inductif (ICP-MS) : application à l'analyse de spéciation des lanthanides

par Ludovic Beuvier

Thèse de doctorat en Chimie Pysique et Chimie Analytique

Sous la direction de Valérie Pichon-Comparot et de Frédéric Chartier.

Soutenue le 12-10-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Institut National des Sciences et Techniques Nucléaires (laboratoire) .

Le jury était composé de Carole Bresson, Claire Elfakir, José Luis Todoli Torro, Petru Jitaru, Isabelle Mabille.


  • Résumé

    Ces travaux de thèse concernent les développements d'une méthode de séparation chromatographique couplée simultanément à l'ESI-MS et l'ICP-MS afin de réaliser l'analyse de spéciation exhaustive des lanthanides en phase aqueuse représentative des phases de désextraction des procédés de traitement du combustible usé. Cette méthode analytique permet de séparer, caractériser et quantifier des complexes de lanthanides à ligands polyaminocarboxyliques comme le DTPA et l'EDTA, utilisés comme agents complexants dans ces procédés. La méthode de séparation par chromatographie HILIC des complexes de lanthanides a été mise au point avec la phase stationnaire à fonctions amide. Un criblage d'une large gamme de compositions de phase mobile a permis de déterminer que le mécanisme d'adsorption est prédominant lors l'élution des complexes de lanthanides et d'obtenir des conditions de séparation optimisées. Des conditions d'analyse plus rapides obtenues avec une colonne à fonctions amide de granulométrie sub-2 µm et de longueur plus faible ont permis de réduire le temps d'analyse d'un facteur 2,5 et la consommation de solvant de 25 %. La caractérisation structurale et isotopique par HILIC ESI-MS a été réalisée ainsi que la mise au point d'une méthode d'étalonnage externe. Les performances analytiques de la méthode de quantification ont été déterminées. Enfin, le développement d'un système de couplage de l'HILIC à l'ESI-MS et l'ICP-MS a été réalisé. Une méthode de quantification simultanée par ESI-MS et par ICP-MS a permis de déterminer la distribution quantitative des espèces en solution ainsi que les performances analytiques associées.

  • Titre traduit

    Development of a chromatographic separation method hyphenated to electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) : application to the lanthanides speciation analysis


  • Résumé

    This work focuses on the development of a chromatographic separation method coupled to both ESI-MS and ICP-MS in order to achieve the comprehensive speciation analysis of lanthanides in aqueous phase representative of back-extraction phases of advanced spent nuclear fuel treatment processes. This analytical method allowed the separation, the characterization and the quantitation of lanthanides complexes holding polyaminocarboxylic ligands, such as DTPA and ETDA, used as complexing agents in these processes. A HILIC separation method of lanthanides complexes has been developed with an amide bonded stationary phase. A screening of a wide range of mobile phase compositions demonstrated that the adsorption mechanism was predominant. This screening allowed also obtaining optimized separation conditions. Faster analysis conditions with shorter amide column packed with sub 2 µm particles reduced analysis time by 2.5 and 25% solvent consumption. Isotopic and structural characterization by HILIC ESI-MS was performed as well as the development of external calibration quantitation method. Analytical performances of quantitation method were determined. Finally, the development of the HILIC coupling to ESI-MS and ICP-MS was achieved. A simultaneous quantitation method by ESI-MS and ICP-MS was performed to determine the species quantitative distribution in solution. Analytical performances of quantitation method were also determined.

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