Altérations de la diffusion et de la fixation des métaux/métalloïdes au sein d'un échantillonneur passif de type DGT, mécanismes et impacts sur les performances de quantification

Diffusion and binding alteration of metals/metalloids in passive samplers (DGT), mechanisms and impacts of quantification performance

• Auteur / Autrice : Anne-Lise Pommier
• Direction : Gilles Guibaud, Stéphane Simon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 09/10/2020
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie, Ecologie, Géosciences et AgroSciences Théodore Monod (Poitiers)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PEIRENE
• Jury : Président / Présidente : Véronique Deluchat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Guibaud, Stéphane Simon, Florence Pannier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marie Mouchel, Gabriel Billon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Échantillonnage

Mots clés libres

Echantillonnage passif

Effet Donnan

Silice fonctionnalisée par 3- mercaptopropyl

Quantification

DGT

Passive sampling

Donnan effect

3-mercaptopropyl-functionalized silica gel

Quantification

DGT

Résumé

La technique d’échantillonnage passif de type DGT (Diffusive Gradients in Thin film) a été développée depuis plus de 20 ans et semble être une méthode fiable pour quantifier les métaux/métalloïdes afin d’effectuer le suivi de la qualité des eaux. Afin d’étendre les possibilités d’échantillonnage, la configuration de la technique DGT a subi de nombreuses modifications. Les principales modifications ont concerné la nature des composants de l’outil DGT (phase fixante et gel diffusif), les conditions (pH, force ionique…) du milieu d’exposition et les éléments échantillonnés. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer l’impact del’extension du domaine d’application de dispositifs DGT sur leurs performances de quantification dans deux cas particuliers. Le premier correspond à l’échantillonnage sélectif du SeIV avec un échantillonneur DGT composé d’une phase qui a déjà été validée précédemment l’AsIII et le SbIII. Bien que cet échantillonneur soit sélectif pour le SeIV, le domaine de fiabilité de cet outil s’est révélé très restreint (pH ≤ 5 ; quantité accumulée ≤ 5 μg Se). La déficience de l’outil provient d’une réduction du SeIV après sa fixation dans le dispositif, entrainant sa libération du dispositif. Le deuxième cas étudié porte sur une extension des déploiements auxmilieux présentant des faibles forces ioniques (≤ 10-3 mol.L-1) pour deux natures de gels diffusifs. La faible fiabilité des quantifications dans ces milieux, déjà identifiée dans la littérature pour des cations divalents, a pu être mise en évidence pour des anions et des cations trivalents. Il a par ailleurs pu être démontré expérimentalement qu’une interaction entre les analytes et les gels diffusifs en est responsable, par le biais d’un effet Donnan. Ces deux exemples montrent que, des extensions du domaine d’application des DGT soit envisageables, mais la fiabilité de la quantification doit toujours être vérifiée pour ces nouvellesconditions. Dans les deux cas étudiés, les manques de fiabilité observés ont été expliqués par un non-respect des hypothèses fondamentales du fonctionnement de l’outil DGT.

The passive DGT sampling technique (Diffusive Gradient in Thin film) has been developed for over 20 years and seems to be reliable for metals/metalloids quantification in order to monitor water quality. To extend the sampling possibilities, the configuration of the DGT technique has undergone many modifications. The main modifications concerned the nature of the components of DGT device (binding phase and diffusive gel), the conditions (pH, ionic strength…) of exposure solution and the sampled elements. The main objective of this thesis is to assess the impact of extending the application of DGT devices on their quantification performance in two cases. The first corresponds to the selective sampling of SeIV by DGT with a binding phase that was previously validated for AsIII and SbIII. Although the selectivity of this system for SeIV could be demonstrated, the area of reliability of this device is proved to be very limited (pH ≤ 5; accumulated quantity ≤ 5 μg Se). Deficiency of the device comes from a reduction of bounded SeIV,subsequently resulting in its release from the device. The second case study concerns an extension of deployments to media with low ionic strengths (≤ 10-3 mol L-1) for two types of diffusive gels (polyacrylamide with agarose-derivative crosslinker and agarose). The low reliability of quantifications in these media, that is already identified in the literature for divalent cations, has been demonstrated for anions and trivalent cations. It has been experimentally highlighted that this low reliability is due to a Donnan effect. These two examples show that, for every extension of the application of DGT, the quantification reliability must always be checked for these new conditions. In both studied cases, the lack of reliability was explained by non-compliance with thefundamental hypotheses of the DGT operation.