GCA Paris-sud 11, EA 4041, LETIAM

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Léonie Nolet
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1 GCA Paris-sud 11, EA 4041, LETIAM Apports des techniques de chromatographie en phase gazeuse couplées à la spectrométrie de masse pour l identification des substances naturelles organiques présentes dans les objets du patrimoine culturel J. Bleton, A. Tchapla

masse pour l identification des substances naturelles organiques

2 GCA Paris-sud 11, EA 4041, LETIAM Objets étudiés à ce jour Encres anciennes européennes sur parchemin ou sur papier (CRCDG CRCC). Objets africains: bijoux, enduits placés sur des statuettes et des masques rituels, encres prélevées sur des tablettes coraniques (MNHN). Objets provenant de l'égypte antique: fragments de baumes de momification ou substances retrouvées dans les tombes (musée Guimet à Lyon, musée du Louvre). Dalles épigraphiques de 3 églises de la région parisienne (restaurateur: H. de Bazelaire). Linoléums de la Maison Pasteur et du Titanic (restaurateur: S. L. Pennec). Laques asiatiques (musée Guimet à Paris, Laboratoire Valectra) Ecorchés de Fragonard (LRMH, musée Fragonard). Polychromies portugaises (Université de Lisbonne). Ecorché du musée de l Homme (C2RMF, MNHN). Objets trouvés dans des tombes gallo-romaines (INRAP).

Objets provenant de l'égypte antique: fragments de baumes de momification ou substances retrouvées dans les tombes (musée Guimet à Lyon, musée du Louvre).

3 But de l étude Mise au point des méthodes de traitement de l échantillon et des conditions chromatographiques les mieux adaptées à l analyse des substances naturelles présentes dans les objets du patrimoine culturel

chromatographiques les mieux adaptées à l analyse des

4 Informations concernant l objet DEMARCHE GENERALE Exemple: écorchés de Fragonard Substances mentionnées par les anatomistes de l époque (XVIII ème ) pour l injection du système vasculaire. Matières organiques: cire jaune ou blanche, térébenthine de Venise, poix, essence de térébenthine, essence de lavande, saindoux, suif de mouton ou de bœuf, huile d olive, esprit de vin Acquisition des substances de références récentes et, si possible, vieillies (collections musées ou universités) Analyse des substances de référence à l aide de chaque protocole mis au point

Matières organiques: cire jaune ou blanche, térébenthine de Venise, poix, essence de térébenthine, essence de lavande, saindoux, suif de

5 Classes de composés rencontrées Huiles/graisses Triglycérides Cires Cérides Résines Terpènes (mono, sesqui, di, tri) Gommes Polysaccharides Gommes-résines Polysaccharides + Terpènes Substances tanniques Acides phénoliques Laques asiatiques Polysaccharides + Catéchols

Polysaccharides Gommes-résines Polysaccharides + Terpènes

6 METHODE D'ANALYSE Technique d'analyse Mélange complexe Faible quantité d échantillon Identification nécessaire Chromatographie en phase gazeuse capillaire (CPG) Couplage avec la spectrométrie de masse (SM) Préparation de l'échantillon Première démarche: obtenir le maximum d informations en une seule analyse Traitement chimique -1) méthanolyse acide (24 h à 80 C, neutralisation, évaporation) dépolymérisation (gommes végétales) -2) silylation (2 h à 80 C, évaporation, reprise à l'hexane) augmentation de la volatilité des monomères hydroxylés spectres plus faciles à interpréter

en une seule analyse Traitement chimique -1) méthanolyse acide (24 h à 80 C, neutralisation, évaporation) dépolymérisation (gommes végétales) -2)

7 Exemple d application n 1 Gomme de prunier Identification d un liant glucidique dans une encre ancienne Gomme adragante Gomme arabique Encre du XVII ème

8 Exemple d application n 2 E16:0 E18:0 Momie du musée de Cracovie Epoque Ptolémaïque (300 av. J.-C.) Extrait de baume au CH 2 Cl 2 Glycérol 4 substances détectées: graisse animale, cire d abeille, résine de conifère, résine triterpénique D8 D9 E14:0 E15:0 E17:0 E16:0, 15OH R3 R5 R6 E24:0 A24 E26:0 A26 T E28:0 A28 E30:0 A30 T A32 Colonne DB5, 30m x 0.25mm x 0.25µm; Inj.300 C; LT.250 C; SI.150 C; PHe 85 kpa; splitless 30s Four: 9 C/min 40 C (1min) 130 C 2 C/min 290 C (10min)

résine triterpénique D8 D9 E14:0 E15:0 E17:0 E16:0, 15OH R3 R5 R6 E24:0 A24 E26:0 A26 T E28:0 A28 E30:0 A30 T A32

9 Résultats obtenus par méthanolyse acide/silylation Satisfaisants pour les gommes, les tannins hydrolysables, les corps gras, les cires, la partie polysaccharidique des laques asiatiques. Aperçu général des différentes familles présentes dans l échantillon. Non satisfaisants pour les résines et gomme-résines Les terpènes volatils (mono et sesquiterpènes) disparaissent lors des 2 étapes d évaporation du protocole. Les diterpènes sont fortement dégradés, particulièrement ceux des résines de conifères. Les triterpènes sont partiellement transformés.

Non satisfaisants pour les résines et gomme-résines Les terpènes volatils (mono et sesquiterpènes) disparaissent lors des 2 étapes d

10 Recherche d une méthode permettant de mieux caractériser les terpènes Microextraction sur phase solide (SPME) Avantages: facilité de mise en œuvre, spécificité et sensibilité Détection: mono et sesquiterpènes, diterpènes non oxygénés Extraction au CH2Cl2 Bien adaptée à l analyse des résines et gomme-résines pures Mélanges Extraction simultanée des cérides et des triglycérides CPG haute température, plus difficile à mettre en œuvre

diterpènes non oxygénés Extraction au CH2Cl2 Bien adaptée à l analyse des résines et gomme-résines pures

11 Micro-extraction sur phase solide (espace de tête) Principe de fonctionnement piston injecteur aiguille bouchon à septum fibre spectromètre de de masse masse échantillon chromatographe

12 Extraction par solvants suivie d une réaction de méthylation et (ou) de silylation Oui Extraction CH 2 Cl 2 Mélange complexe Gommes? Non 1) Méthylation au TMS diazométhane Méthylation des groupements acides Sans effet sur les groupements OH Dérivations 2) Silylation directe Efficace sur tous les groupements acides et OH augmentation de la volatilité des composés Composés correspondants peu représentés dans les banques de données Dérivés silylés considérés comme moins stables dans le temps

Non 1) Méthylation au TMS diazométhane Méthylation des groupements acides Sans effet sur les groupements OH Dérivations 2)

13 Extraction par solvants suivie d une réaction de méthylation et (ou) de silylation Le mélange contient-il une cire ou un corps gras? Non Oui CPG Classique CPG Haute Température (HTGC)

14 Extraction par solvants suivie d une réaction de méthylation ou de silylation Satisfaisante pour les corps gras, les cires, les résines, les gomme-résines et les laques asiatiques fraîches - Évite les phénomènes d isomérisation et de dégradation de certains terpènes fonctionnalisés fragiles - Protocole assez simple Non satisfaisante pour les gommes et laques asiatiques polymérisées

fraîches - Évite les phénomènes d isomérisation et de dégradation de certains terpènes

15 Pyrolyse (pyrolyseur à point de Curie) échantillon injecteur pyrolyse bobine inductive adaptateur injecteur CPG gaz vecteur

16 Satisfaisante Pyrolyse (pyrolyseur à point de Curie) Pour les polymères naturels comme les laques, les résines et les huiles siccatives polymérisées - Amélioration de la sensibilité avec une dérivation in situ: méthylation (TMAH) et silylation (HMDS ou BSTFA)

siccatives polymérisées - Amélioration de la sensibilité avec

17 Échantillon brut Méthanolyse acide/silylation X X Gommes Résines Huiles Corps gras Polymères essentielles résistants Extraction Méthylation ou silylation SPME Dérivés particuliers DMOX ou Picolinique Pyrolyse (TMAH ou BSTFA)

résistants Extraction Méthylation ou silylation SPME

18 Conclusion et perspectives Conclusion générale La CPG/SM, après différents traitements physico-chimiques de l échantillon, permet d obtenir de nombreuses informations sur les substances naturelles présentes dans les objets du patrimoine culturel. Perspectives - Détecter de nouveaux marqueurs à l aide de la CPG bidimensionnelle - Se procurer et analyser davantage de substances de référence d origine certifiée parmi celles qui sont souvent présentes dans les objets du patrimoine. - Améliorer l approche quantitative, pour les différentes familles de composés présents dans les échantillons. - Étudier la modification de la composition des substances naturelles en De la présence d autres composés (additifs) fonction: Des procédés utilisés dans les recettes Du vieillissement

Perspectives - Détecter de nouveaux marqueurs à l aide de la CPG bidimensionnelle - Se procurer et analyser davantage de substances de référence d origine certifiée parmi celles qui sont souvent

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