LES ANALYSES DE TRACES ET ULTRA-TRACES
L’analyse chimique moderne utilise des instruments de plus en plus sensibles. Plus de la
moitié des analyses concerne des analytes à des concentrations très faibles, dites à l’état de
trace et d’ultra-trace.
La notion de trace est en relation avec les concentrations massiques correspondantes. Par
convention, un composé est dit à l’état de trace dans un échantillon lorsqu’il est présent à
une concentration inférieure à 1 000 ppm. Au-dessous du mg/L ou du mg/kg, un analyte est
considéré comme étant à l’état d’ultra-trace.
Dans les faits, ces frontières ne sont pas toujours aussi nettes. Elles dépendent de l’analyte
et de l’usage de la matière analysée. Ces deux termes reçoivent quelquefois une interprétation plus subjective : si un échantillon d’acétone à usage de solvant, contient 0,1 % de
méthanol, on dira que ce dernier est à l’état de trace (1 000 ppm), mais s’il s’agit d’une
eau de consommation, on considérera qu’il y en a une grande quantité.
Pour effectuer ces analyses, on utilise des appareils dont il faut connaître la limite de détection. Celle-ci est définie par la concentration de l’analyte qui permet d’obtenir un signal
détectable avec certitude — par exemple 3 fois l’écart-type du signal du bruit de fond ou
du « blanc ». Elle s’exprime en parties par million (la ppm est définie en masse/masse ou
masse/volume selon le milieu dans lequel se trouve l’analyte). Si la masse ou le volume de
solution utilisé par l’appareil et nécessaire à l’obtention de ce résultat est bien défini, la
valeur précédente peut être transformée en quantité absolue d’analyte exprimée en masse
ou en fraction molaire (pico, femtomole, etc.) pour obtenir ce signal. En général ces valeurs
sont excessivement petites, car les appareils actuels se contentent d’un volume d’échantillon
très faible.
À titre d’exemple, si on injecte dans un chromatographe 1 mL d’une solution à 1 ppb d’un
analyte (soit 1 pg), et si la mole pèse 100 g, cela fera 10 femtomoles ! On doit dorénavant
s’habituer à ces préfixes peu courants de femto- (10 −15 ), atto- (10
−18 ), zepto- (10
−21 ). Ainsi
une zeptomole ne contient que 602 molécules vraies. On s’approche donc de l’atome ou de
la molécule individuelle — la trace ultime.
La détection des espèces individuelles est possible avec certaines méthodes. Les isotopes
radioactifs nous ont habitués à repérer un seul atome, ce qui ne veut pas dire pour autant
que la sensibilité des méthodes basées sur les comptages d’isotopes radioactifs soit toujours
meilleure que celle des méthodes utilisant des isotopes stables. Ce paradoxe s’explique en
considérant que, pour repérer par comptage un atome radioactif, il faut qu’il se décompose
pendant le temps de la mesure. Or, si la période du radio-élément est longue, on aura très
peu de chance d’assister à cet événement.
La fluorescence, la SM sont d’autres voies également utilisées pour détecter le signal envoyé
par une molécule vraie. Si la plupart des analyses de traces se font à partir des mêmes
méthodes que pour doser les composés plus abondants, elles exigent, par contre, beaucoup
de soin. Plus on traque les ultra-traces, plus les difficultés surgissent. Les récipients et les
réactifs deviennent « pollués », il faut travailler en salle blanche... En l’absence de toutes
ces précautions, on pourra trouver n’importe quoi n’importe où — il suffira de se fixer le
choix de l’espèce à trouver.
L’analyse chimique moderne utilise des instruments de plus en plus sensibles. Plus de la
moitié des analyses concerne des analytes à des concentrations très faibles, dites à l’état de
trace et d’ultra-trace.
La notion de trace est en relation avec les concentrations massiques correspondantes. Par
convention, un composé est dit à l’état de trace dans un échantillon lorsqu’il est présent à
une concentration inférieure à 1 000 ppm. Au-dessous du mg/L ou du mg/kg, un analyte est
considéré comme étant à l’état d’ultra-trace.
Dans les faits, ces frontières ne sont pas toujours aussi nettes. Elles dépendent de l’analyte
et de l’usage de la matière analysée. Ces deux termes reçoivent quelquefois une interprétation plus subjective : si un échantillon d’acétone à usage de solvant, contient 0,1 % de
méthanol, on dira que ce dernier est à l’état de trace (1 000 ppm), mais s’il s’agit d’une
eau de consommation, on considérera qu’il y en a une grande quantité.
Pour effectuer ces analyses, on utilise des appareils dont il faut connaître la limite de détection. Celle-ci est définie par la concentration de l’analyte qui permet d’obtenir un signal
détectable avec certitude — par exemple 3 fois l’écart-type du signal du bruit de fond ou
du « blanc ». Elle s’exprime en parties par million (la ppm est définie en masse/masse ou
masse/volume selon le milieu dans lequel se trouve l’analyte). Si la masse ou le volume de
solution utilisé par l’appareil et nécessaire à l’obtention de ce résultat est bien défini, la
valeur précédente peut être transformée en quantité absolue d’analyte exprimée en masse
ou en fraction molaire (pico, femtomole, etc.) pour obtenir ce signal. En général ces valeurs
sont excessivement petites, car les appareils actuels se contentent d’un volume d’échantillon
très faible.
À titre d’exemple, si on injecte dans un chromatographe 1 mL d’une solution à 1 ppb d’un
analyte (soit 1 pg), et si la mole pèse 100 g, cela fera 10 femtomoles ! On doit dorénavant
s’habituer à ces préfixes peu courants de femto- (10 −15 ), atto- (10
−18 ), zepto- (10
−21 ). Ainsi
une zeptomole ne contient que 602 molécules vraies. On s’approche donc de l’atome ou de
la molécule individuelle — la trace ultime.
La détection des espèces individuelles est possible avec certaines méthodes. Les isotopes
radioactifs nous ont habitués à repérer un seul atome, ce qui ne veut pas dire pour autant
que la sensibilité des méthodes basées sur les comptages d’isotopes radioactifs soit toujours
meilleure que celle des méthodes utilisant des isotopes stables. Ce paradoxe s’explique en
considérant que, pour repérer par comptage un atome radioactif, il faut qu’il se décompose
pendant le temps de la mesure. Or, si la période du radio-élément est longue, on aura très
peu de chance d’assister à cet événement.
La fluorescence, la SM sont d’autres voies également utilisées pour détecter le signal envoyé
par une molécule vraie. Si la plupart des analyses de traces se font à partir des mêmes
méthodes que pour doser les composés plus abondants, elles exigent, par contre, beaucoup
de soin. Plus on traque les ultra-traces, plus les difficultés surgissent. Les récipients et les
réactifs deviennent « pollués », il faut travailler en salle blanche... En l’absence de toutes
ces précautions, on pourra trouver n’importe quoi n’importe où — il suffira de se fixer le
choix de l’espèce à trouver.