Centre d'expertise en analyse environnementale du Québec MA. 400 NPEO 1.0

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1 Centre d'expertise en analyse environnementale du Québec MA. 400 NPEO 1.0 Détermination des surfactants de type nonylphénol polyéthoxylé et de leurs produits de dégradation : dosage par chromatographie en phase liquide couplée à un spectromètre de masse en tandem Édition : Révision : (2)

2 Exemple de numérotation : MA As 1.0 Méthode d'analyse approuvée Numéro de l'édition Numéro de la méthode Identification du paramètre 00 - Général 01 - Air ambiant 02 - Rejets atmosphériques 03 - Eau potable, eaux naturelles, etc. 04, 14, 15 - Eaux usées (municipales, industrielles, etc.) 05, 10, 16 - Sols ou sédiments 06 - Tissus végétaux 07 - Tissus animaux 08, 09, 13 - Résidus (déchets, huiles, boues, etc.) 17 - Précipitations acides La première édition d une méthode est marquée de l indice «0». De façon usuelle, après quatre révisions successives, l'indice est augmenté de 1. Il peut également être élevé si une révision entraîne des modifications en profondeur de la méthode. La date de révision est suivie d un chiffre qui indique le numéro de la révision en cours Propriétés Métaux Matières inorganiques non métalliques Matières organiques Toxicologie Microbiologie Biologie Terrain Agricole Ce document doit être cité de la façon suivante : CENTRE D EXPERTISE EN ANALYSE ENVIRONNEMENTALE DU QUÉBEC. Détermination des surfactants de type nonylphénol polyéthoxylé et de leurs produits de dégradation : dosage par chromatographie en phase liquide couplée à un spectromètre de masse en tandem, MA. 400 NPEO 1.0, Rév. 2, Ministère du Développement durable, de l Environnement et des Parcs, 2012, 13 p. Centre d expertise en analyse environnementale du Québec 2700, rue Einstein, bureau E Québec (Québec) G1P 3W8 Téléphone : Télécopieur : Courriel : ceaeq@mddep.gouv.qc.ca Gouvernement du Québec, 2012

3 TABLE DES MATIÈRES INTRODUCTION 5 1. DOMAINE D APPLICATION 5 2. PRINCIPE ET THÉORIE 6 3. FIABILITÉ Interférences 6 4. PRÉLÈVEMENT ET CONSERVATION 6 5. APPAREILLAGE 6 6. RÉACTIFS ET ÉTALONS 7 7. PROTOCOLE D ANALYSE Extraction Élution Dosage CALCUL ET EXPRESSION DES RÉSULTATS CRITÈRES D ACCEPTABILITÉ BIBLIOGRAPHIE 13 MA. 400 NPEO de 13

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5 INTRODUCTION Les surfactants non ioniques de la famille des alkylphénols polyéthoxylés (APEO) sont utilisés à grande échelle dans l industrie depuis plus de 40 ans, principalement dans les usines de textile et de pâtes et papiers, dans les fabriques de produits pétroliers, de cuir, de pesticides, de peintures, de résines et de revêtements protecteurs, dans les aciéries et dans les usines de fabrication de détergents domestiques et industriels. La production mondiale est estimée à tonnes par année, dont environ tonnes sont utilisées annuellement au Canada. Près de 80 % des APEO produits sont des nonylphénols polyéthoxylés (NPEO) alors que le reste est constitué presque essentiellement d octylphénols polyéthoxylés (OPEO). Les usines de traitement d eau dégradent les NPEO en raccourcissant progressivement la chaîne éthoxylate, le produit de dégradation ultime étant le nonylphénol. La dégradation en condition aérobique transforme le groupe alcool en aide carboxylique pour former les acides carboxyliques de nonylphénols (NPEC). La littérature mentionne la présence de ces composés dans les sédiments, les boues d épuration, l eau potable, l eau de surface et l eau souterraine de même que dans les canards, les poissons, les plantes, les sédiments marins et autres. L évaluation du risque associé aux NPEO a révélé que ces substances pouvaient se trouver en concentrations dangereuses pour l environnement dans les effluents municipaux et industriels non traités ou soumis uniquement à un traitement primaire. Ces concentrations peuvent dépasser les niveaux au-dessus desquels des effets chroniques sont observés chez les organismes aquatiques. Les concentrations de NPEO dans les effluents des usines de traitement des eaux usées utilisant un traitement secondaire ou tertiaire sont habituellement plus faibles parce qu une biodégradation des NPEO se produit en cours d épuration. Toutefois, certains sous-produits de la biodégradation, tels des dérivés éthoxylés à faible poids moléculaire ou même le nonylphénol, sont plus persistants et plus toxiques que les NPEO précurseurs évacués des usines de traitement. Il a été rapporté que les NPEO causaient chez divers organismes aquatiques certains désordres du système endocrinien. Toutefois, leur importance n est pas encore bien comprise. 1. DOMAINE D APPLICATION Cette méthode permet d analyser simultanément 19 substances, soit les nonylphénols éthoxylés, qui comprennent de 1 à 17 unités éthoxylates (NP 1-17 EO), l acide nonylphénoxy acétique (NP 1 EC) et l acide nonylphénoxyéthoxyacétique (NP 2 EC) dans l eau souterraine, l eau de surface, l eau potable et les eaux usées industrielles et municipales. Le domaine d étalonnage se situe entre 0 et 500 µg/l de NPEC. Lorsqu il est reporté à l échantillon, le domaine d application se situe entre 0,005 et 10 µg/l. Pour les échantillons fortement contaminés (supérieurs à 10 µg/l), une dilution appropriée de l échantillon ou de l extrait peut être utilisée. Le domaine d étalonnage se situe entre 0 et 300 µg/l de NPEO. Lorsqu il est reporté à l échantillon, le domaine d application se situe entre 0,01 et 6 µg/l. Pour les échantillons fortement contaminés (supérieurs à 6 µg/l), une dilution appropriée de l échantillon ou de l extrait peut être utilisée. MA. 400 NPEO de 13

6 2. PRINCIPE ET THÉORIE Les surfactants sont extraits d un échantillon d eau acidifiée par passage au travers d une colonne de charbon activé. Ils sont ensuite élués avec un mélange de dichlorométhane-méthanolacide formique. L éluat recueilli est ensuite amené à sec et le résidu est dissout dans un volume de méthanol contenant l étalon interne. La quantification est réalisée à l aide d un chromatographe en phase liquide couplé à un spectromètre de masse en tandem (LC-MS/MS), en mode MRM (multiple reaction monitoring). La colonne chromatographique est de type C FIABILITÉ Les données de validation et de performance méthodologique sont disponibles dans les documents qualité de la division de chimie organique INTERFÉRENCES Les interférences peuvent être causées par des contaminants contenus dans la verrerie ou les appareils d extraction. Tous les solvants, la verrerie, les réactifs et les appareils doivent être vérifiés régulièrement par l analyse de solutions témoins. 4. PRÉLÈVEMENT ET CONSERVATION Prélever un échantillon représentatif dans un contenant de verre préalablement rincé avec du méthanol. Protéger l échantillon de la lumière. Ajouter 10 ml de formaldéhyde 37 % à un litre d échantillon. Conserver l échantillon à environ 4 C. Le délai de conservation entre le prélèvement et l analyse ne doit pas excéder 12 jours. 5. APPAREILLAGE Les marques de commerce apparaissant ci-dessous ne sont mentionnées qu à titre de renseignement Balance dont la sensibilité est de 0,0001g 5.2. Colonne pour extraction liquide-solide de charbon activé 0,5g, 6 ml CarboPrep 5.3. Système d évaporation sous jet d argon avec aiguilles 5.4. HPLC-MS/MS composé des éléments suivants : Dégazeur pour phases mobiles 6 de 13 MA. 400 NPEO 1.0

7 Pompe binaire capable de mélanger deux solvants à des débits aussi faibles que 100 µl/min Injecteur automatique, capable d injecter 10 µl Colonne chromatographique Zorbax Eclipse C8, 150 4,6 mm, 5µ (Agilent Technologies) ou l équivalent Spectromètre de masse quadripolaire en tandem, équipé d une source «electrospray» (ESI), de type orthogonale (Quattro Platine, Micromass) Système informatisé de contrôle des instruments et de traitement de données (Masslynx, Micromass) 6. RÉACTIFS ET ÉTALONS Tous les solvants utilisés sont de qualité pesticide ou l équivalent. Les réactifs commerciaux utilisés sont de qualité ACS ou de qualité équivalente ou supérieure, à moins d indication contraire. L eau utilisée est de l eau déminéralisée, traitée sur charbon activé et sur résine libre de matières organiques. Les quantités sont à titre indicatif et peuvent être modifiées sans inconvénients (poids, volumes, concentration) pour refléter les besoins analytiques du laboratoire ou les contraintes d une préparation Méthanol, CH 3 OH (CAS n ) 6.2. Dichlorométhane, CH 2 Cl 2 (CAS n ) 6.3. Acide formique, CHOOH (CAS n ) 6.4. Acétate d ammonium (qualité CLHP), CH 3 CO 2 NH 4 (CAS n ) 6.5. Acide chlorhydrique, HCl (CAS n ) 6.6. Formaldéhyde 37 %, CH 2 O (CAS n ) 6.7. Nonylphénol éthoxylés (qualité expérimentale) (Mélange CGN NPE9) (NPEO) 6.8. Acide nonylphénoxy acétique (CIL ULM-4688) (n CAS non disponible) (NP1EC) 6.9. Acide nonylphénoléthoxy acétique (CIL ULM-4690) (n CAS non disponible) (NP2EC) Nonylphénol diéthoxylate-anneau- 13 C6 (CIL ULM-4307) (n CAS non disponible) (NP2EO- 13 C6) Nonylphénol triethoxylate-anneau- 13 C6 (CIL ULM-4516) (n CAS non disponible) (NP3EO- 13 C6) MA. 400 NPEO de 13

8 6.12. Solution étalon d injection de NP2EO- 13 C6 à 10 ppm Dans un ballon jaugé de 10 ml, mesurer 1,0 ml de la solution mère de nonylphénol diéthoxylate-anneau- 13 C6 à 100 ppm (nonane) (cf.6.10). Évaporer à sec dans le ballon jaugé et redissoudre à l aide de méthanol (cf. 6.1). Compléter à 10,0 ml avec le méthanol Solution étalon d extraction de NP3EO- 13 C6 à 10 ppm Dans un ballon jaugé de 10 ml, mesurer 1,0 ml de la solution mère de nonylphénol triethoxylate-anneau- 13 C6 à 100 ppm (nonane) (cf. 6.11). Évaporer à sec dans le ballon jaugé et redissoudre à l aide de méthanol (cf. 6.1). Compléter à 10.0 ml avec le méthanol Solution intermédiaire de NP1EC à 20 ppm Dans un ballon jaugé de 5 ml, mesurer 1,0 ml de la solution mère de l acide nonylphénoxy acétique à 100 ppm (nonane) (cf. 6.8). Évaporer à sec dans le ballon jaugé et redissoudre à l aide de méthanol (cf. 6.1). Compléter à 5,0 ml avec le méthanol Solution intermédiaire de NP2EC à 20 ppm Dans un ballon jaugé de 5 ml, mesurer 1,0 ml de la solution mère de l acide nonylphénoléthoxy acétique à 100 ppm (nonane) (cf. 6.9). Évaporer à sec dans le ballon jaugé et redissoudre à l aide de méthanol (cf. 6.1). Compléter à 5,0 ml avec le méthanol Solution étalon de 10 ppm de NP1EC et de NP2EC Additionner 1 ml de la solution NP1EC 20 ppm (cf. 6.14) à 1.0 ml de la solution NP2EC 20 ppm (cf. 6.15) Courbe standard de solutions étalons de 50, 200 et 500 ppb de NP1EC et de NP2EC Préparer ces solutions dans des fioles jaugées de 10 ml à l aide de méthanol, selon le tableau qui suit. Solution étalon (ppb) Solution intermédiaire utilisée (cf. 6.16) Volumes utilisés (µl) Volume final (ml) ppm ppm ppm Solution étalon de 10 ppb de NP1EC et de NP2EC Dans une fiole jaugée de 10 ml, diluer 200 µl de la solution étalon de 500 ppb (cf. 6.17) dans environ 8 ml de méthanol. Compléter au trait de jauge à l aide de méthanol. 8 de 13 MA. 400 NPEO 1.0

9 6.19. Solution étalon de 1 ppb de NP1EC et de NP2EC Dans une fiole jaugée de 10 ml, diluer 200 µl de la solution étalon de 50 ppb (cf. 6.17) dans environ 8 ml de méthanol. Compléter au trait de jauge à l aide de méthanol Solution étalon de 0,5 ppb de NP1EC et de NP2EC Dans une fiole jaugée de 10 ml, diluer 100 µl de la solution étalon de 50 ppb (cf. 6.17) dans environ 8 ml de méthanol. Compléter au trait de jauge à l aide de méthanol Solution mère de NPEO à 333 mg/l (la concentration peut varier, les solutions subséquentes varient en fonction de la solution mère préparée) Dans une fiole jaugée de 100 ml, dissoudre 33,3 mg du mélange NPEO (cf. 6.7) dans environ 80 ml de méthanol (cf. 6.1). Compléter au trait de jauge à l aide de méthanol Solution intermédiaire de NPEO à 33,3 mg/l Dans une fiole jaugée de 100 ml, diluer 10,0 ml de la solution mère de NPEO à 333 mg/l (cf. 6.21) dans environ 80 ml de méthanol (cf. 6.1). Compléter au trait de jauge à l aide de méthanol Concentrations des solutions étalons de 3,3, 16,6, 33, 166, 333, et ppb de NPEO servant à préparer la courbe de calibration (la concentration peut varier en fonction de la solution mère préparée) Solution étalon (ppb) Solution utilisée Volume utilisé (µl) Volume final (ml) 3,3 33 µg/l ,6 166 µg/l µg/l µg/l µg/l ,3 mg/l ,3 mg/l Voir l annexe pour connaître la concentration de chacun des éthoxylates Solution d acide chlorhydrique à 2 N Dans une fiole jaugée de ml, diluer 166 ml d acide chlorhydrique concentré (cf. 6.5) dans environ 700 ml d eau ultrapure. Compléter à ml à l aide d eau ultrapure. MA. 400 NPEO de 13

10 6.25. Solution d eau acidifiée Dans un contenant exempt de contamination, verser environ 1 l d eau ultrapure et acidifier avec la solution d acide chlorhydrique 2 N (cf. 6.24) (environ 50 gouttes). Vérifier le ph Solution d élution de dichlorométhane-méthanol-acide formique Dans un contenant exempt de contamination, verser 900 ml de dichlorométhane (cf. 6.2), 100 ml de méthanol (cf. 6.1) et µl d acide formique (cf. 6.3) et mélanger Solution de lavage de méthanol-eau Dans un contenant exempt de contamination, verser 500 ml de méthanol (cf. 6.1) et 500 ml d eau ultrapure et mélanger Phase mobile B pour l analyse des NPEO : eau + acétate d ammonium 1 mm + acide formique 0,1 % Dans une fiole de ml, dissoudre 0,077 g d acétate d ammonium (cf. 6.4) et ajouter 1 ml d acide formique (cf. 6.3) dans environ 800 ml d eau ultrapure. Compléter au trait de jauge à l aide d eau ultrapure. Filtrer sur filtre de 0,45µm Phase mobile B pour l analyse des NPEC : eau + acide formique 0,1 % Dans une fiole de ml, diluer µl d acide formique (cf. 6.3) dans environ 800 ml d eau ultrapure. Compléter au trait de jauge à l aide d eau ultrapure. Filtrer sur filtre de 0,45µm Phase mobile A pour l analyse des NPEO : méthanol + acétate d ammonium 1 mm + acide formique 0,1 % Dans une fiole de ml, dissoudre 0,077 g d acétate d ammonium (cf. 6.4) et ajouter 1 ml d acide formique (cf. 6.3) dans environ 800 ml de méthanol (cf. 6.1). Compléter et filtrer sur 0,45µm Phase mobile A pour l analyse des NPEC : méthanol + acide formique 0,1 % Ajouter 1 ml d acide formique (cf. 6.3) à 1000 ml de méthanol (cf. 6.1). Filtrer sur 0,45µm. 7. PROTOCOLE D ANALYSE Pour toute série d échantillons, les recommandations des Lignes directrices concernant les travaux analytiques en chimie, DR-12-SCA-01, sont suivies pour s assurer d une fréquence d insertion adéquate en ce qui concerne les éléments de contrôle et d assurance de la qualité (blanc, matériaux de référence, duplicata, etc.). Tous ces éléments d assurance et de contrôle de la qualité suivent les mêmes étapes du protocole analytique que les échantillons. 10 de 13 MA. 400 NPEO 1.0

11 7.1. EXTRACTION Toute la vaisselle est préalablement rincée au méthanol Optima. Mesurer 100 ml d échantillon dans un ballon jaugé de 100 ml. Réduire ce volume à 10 ml lorsque que l échantillon est fortement chargé. Acidifier l échantillon avec la solution d acide chlorhydrique 2 N (cf. 6.24) jusqu à un ph entre 2 et 3. Ajouter 20 µl du standard d extraction NP3EO- 13 C6 (cf. 6.13) à chaque échantillon. Préparer un montage d extraction avec les colonnes de charbon activé. Nettoyer chaque colonne avec deux portions de 6 ml de dichlorométhane. Nettoyer avec 2 portions de 6 ml de la solution d élution dichlorométhane-méthanol-acide formique(cf. 6.26). Rincer avec le dichlorométhane. Bien assécher les colonnes. Conditionner les colonnes à l aide d une portion de 6 ml de méthanol, suivi de 6 ml de la solution méthanol-eau, 50 : 50 (cf. 6.27), suivie de quatre portions de la solution d eau acidifiée (cf.6.25). Les colonnes ne doivent pas venir à sec entre chaque conditionnement et avant l étape suivante. Faire passer l échantillon sur la colonne à un débit d environ 3 ml/min. Verser 10 ml de la solution de lavage de méthanol-eau (cf. 6.27) dans le ballon jaugé et passer sur la colonne. Vider la colonne avec la seringue, ne pas sécher. Terminer l assèchement avec l ajout de 1,0 ml de méthanol directement sur les cartouches. Vider la colonne avec la seringue, ne pas mettre le vide ÉLUTION Éluer les composés d intérêt retenus sur la colonne avec une portion de 9 ml de la solution d élution (cf. 6.26). Recueillir tout l éluat dans un tube de verre préalablement rincé au dichlorométhane et au méthanol. Évaporer à sec avec l évaporateur à aiguille sous jet d argon à 35 o C environ. L extrait est conservé dans ce tube à environ - 5 o C jusqu au dosage. MA. 400 NPEO de 13

12 7.3. DOSAGE Remettre en solution en ajoutant 20 µl de la solution étalon d injection NP2EO- 13 C6 (cf ) dans le tube ainsi que 2,0 ml de méthanol. Passer au vortex quelques secondes. Filtrer sur Nylon 0,45 ou 0,2 µm à l aide d une seringue de 3 ml et transférer dans un vial pour le dosage. Jeter les premières gouttes Injecter les étalons ainsi que les extraits en HPLC-MS MS. Note Pour connaître les conditions d opération des différentes composantes de l appareil, veuillez consulter le document de référence approprié dans la documentation qualité de la division de chimie organique. 8. CALCUL ET EXPRESSION DES RÉSULTATS Les résultats d analyse sont obtenus à l aide d un système informatisé de traitement de données. L aire des pics est corrigée par l étalon d injection pour NPEO. Le logiciel utilise la régression quadratique pour déterminer la concentration des composés d intérêt dans les échantillons en traçant la courbe de l aire du pic en fonction de la concentration dans les étalons et en appliquant une correction 1/x. Les résultats sont exprimés en µg/l d échantillon en prenant en compte le facteur de concentration de l extrait et les dilutions de l extrait, le cas échéant. 9. CRITÈRES D ACCEPTABILITÉ Les termes utilisés sont définis dans le document DR-12-SCA-01 et sont appliqués comme suit. Élément de contrôle Blanc de méthode Ajout dosé Matériaux de référence Coefficient de corrélation de la courbe d étalonnage Étalon d extraction Critère d acceptabilité Lorsque le blanc de méthode présente une concentration à dix fois la limite de détection, ce résultat est soustrait de la concentration des échantillons de la série. Le résultat doit être à l intérieur de l intervalle «valeur attendue ± 25 %» pour 80 % des composés. Le résultat doit être à l intérieur de l intervalle «valeur attendue ± 30 %» pour 80 % des composés. r 0,9. Le pourcentage de récupération doit être entre 70 % et 120 %. 12 de 13 MA. 400 NPEO 1.0

13 Élément de contrôle Solution étalon Critère d acceptabilité Un écart de 25 % est accepté entre les valeurs de la nouvelle et de l ancienne solution étalon pour 80 % des composés. 10. BIBLIOGRAPHIE CENTRE D EXPERTISE EN ANALYSE ENVIRONNEMENTALE DU QUÉBEC. Guide des bonnes pratiques de laboratoire en chimie organique, DR-09-COS-001, Ministère du Développement durable, de l Environnement et des Parcs du Québec, Édition courante. CENTRE D EXPERTISE EN ANALYSE ENVIRONNEMENTALE DU QUÉBEC. Lignes directrices concernant les travaux analytiques en chimie, DR-12-SCA-01, Ministère du Développement durable, de l Environnement et des Parcs du Québec, Édition courante. [ CENTRE D EXPERTISE EN ANALYSE ENVIRONNEMENTALE DU QUÉBEC. Protocole pour la validation d une méthode d analyse en chimie, DR-12-VMC, Ministère du Développement durable, de l Environnement et des Parcs du Québec, Édition courante. [ DI CORCIA A., R. SAMPERI, Monitoring Aromatic Surfactants and Their Biodegradation Intermediates in Raw and Treated Sewages by Solid-phase Extraction and Liquid Chromatography. Environ. Sci. Technol. 28, BERRYMAN D., F. HOUDE, C. DEBLOIS et M. O SHEA, Suivi des nonylphénols éthoxylés dans l eau brute et l eau traitée de onze fournisseurs d eau potable au Québec. Ministère de l Environnement du Québec, janvier HOUDE F., C. DEBLOIS, D. BERRYMAN, Liquid chromatographic: Tandem mass spectrometric determination of nonylphenol polyethoxylates and nonylphenol carboxylic acids in surface water, J. of Chromatography A., 961(2): , MA. 400 NPEO de 13