Missions et Activités
Le Service de Chimie du LAERO est dédié à la préparation et à l’analyse d’échantillons environnementaux liquides, gazeux et particulaires. Le Service réalise aussi des mesures gravimétriques sur des filtres de collecte d’aérosols, de pH et de conductimétrie sur les eaux de pluies.
Le Service de Chimie gère aussi la préparation de matériel de collecte (pluies, aérosols) et la préparation de capteurs passifs permettant de mesurer la concentration de certains gaz atmosphérique.
Le Service de Chimie analyse chaque année plus de 7000 échantillons. Ces échantillons sont collectés principalement dans le cadre du Service National d’Observation INDAAF qui étudie les dépôts atmosphériques en Afrique. De plus, le service traite les échantillons issus d’autres observations long terme et de programmes de recherche coordonnés par notre équipe ou en collaboration avec d’autres laboratoires.
Autres réseaux d’observations long terme :
- SNO CLAP : Pic du Midi – France (et futurs sites à venir)
Projets en cours (à partir de 2020)
- DIAGNOSE : Diagnostic territorial spécifique dans le cas du bassin versant de l’Orbiel
- INSA : Integrated Nitrogen Studies in Africa
- AirGeo : L’air, la terre et des écorces
- APIMAMA : Air Pollution Mitigation Actions for Megacities in Africa
- NITROAFRICA : Etude de l’azote en Afrique de l’Ouest
Anciens projets (avant 2020)
- PASMU : Pollution de l’Air et Santé dans les Milieux Urbains de Côte d’Ivoire
- DACCIWA : Dynamics Aerosol Chemistry Cloud Interactions in West Africa
- EADN : Equatorial Africa Deposition Network
- CAPITOUL (Météo France)
- AMMA : Analyse multidisciplinaire de la Mousson Africaine
- POLCA : Etude de la pollution des capitales africaines
- NanoEnvi
- CALISPH’AIR (CNES)
Equipements disponibles
Le fonctionnement est basé sur la séparation des ions au travers d’une colonne chargée soit positivement, dans le cas d’une colonne de séparation des anions, soit négativement dans le cas d’une colonne de séparation de cations. Les ions à doser sont séparés sur la colonne. Chaque ion a un temps de rétention dans la colonne qui lui est caractéristique.
Les analyses en chromatographie ionique (CI) sont principalement réalisées sur trois types d’échantillons afin d’analyser :
- Des eaux de pluies (ions majeurs organiques et inorganiques)
- Des filtres imprégnés collectés par des capteurs passifs pour la détermination des concentrations des gaz : SO2, NH3, NO2, HNO3 et O3.
- La partie soluble minérale et organique des aérosols collectés sur filtres téflon.
Le Service de Chimie est équipé de :
- 3 chromatographes THERMO DIONEX : INUVION, AQUION et ICS5000+
- Du logiciel d’acquisition et de retraitement Chroméléon THERMO DIONEX
- De passeurs automatiques THERMO DIONEX
| Appareils (Logiciel d’exploitation) | Espèces analysées | Colonnes (4 mm) (Durée d’analyse) | Suppression | Composition de l’éluant (Débit) |
|---|---|---|---|---|
| DIONEX INUVION + Passeur d’échantillons ASDV (Chromeleon 7.3.2) | Anions : F–, Cl–, NO2–, NO3– SO42-, PO43- | Echange Ionique AG4A-SC + AS4A-SC (9 mn) | Autosuppression DIONEX ADRS 600 | Mode Isocratique (1.8 mM Na2CO3/1.7 mM NaHCO3) (2 mL/mn) |
| DIONEX AQUION + Passeur d’échantillons ASAP (Chromeleon 7.2.10ES) | Cations : Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+ | Echange Ionique CG12A + CS12A (14 mn) | Autosuppression DIONEX CERS 500 | Mode Isocratique 20 mM CH3SO3H (MSA) (1 mL/mn) |
| DIONEX ICS 5000+ + Passeur d’échantillons ASAP (Chromeleon 7.2.10ES) | Acides et anions : Acétique, Propionique Formique et Oxalique, Cl–, NO3–NO2–, SO42-, PO43- | Echange Ionique AG11 + AS11 (19 mn) | Autosuppression DIONEX ADRS 600 | Mode Gradient KOH 0,7 mM (11 mn) KOH 7 mM (8mn) (1 mL/mn) |
| DIONEX ICS 5000+ + Passeur d’échantillons AS AP (Chromeleon 7.2.10ES) | Carbonates | Exclusion Ionique ICE-AS1 (15 mn) | – | Mode Isocratique 100 % H2O (1 mL/mn) |
Calibration :
La calibration se fait par dilution d’étalons mono-élémentaires (1000 ppm) dans de l’eau ultrapure de type 1 (courbes de calibration en trois points forcées a zéro avec un r2 > 0,99).
Chromatogrammes :
Assurance Qualité :
Depuis 1996, le laboratoire d’analyse chimique participe au programme d’essai de comparaison inter laboratoires organisé deux fois par an par WMO/GAW.
Les laboratoires participant à ce programme qualité analysent 3 échantillons en aveugle et leurs résultats sont comparés aux valeurs attendues.
Ce programme permet de valider toutes les analyses réalisées en chromatographie ionique et le laboratoire possède le label qualité WMO depuis cette date. Les résultats de ce programme d’assurance qualité sont disponibles sur le site : qasac-americas.org. Les résultats présentés permettent d’estimer la précision analytique du laboratoire de Chromatographie Ionique comme étant égale à 5 % ou meilleure pour les ions minéraux, inférieure à 1% pour le pH et autour de 2% pour la mesure de la conductivité.
Responsable : Eric GARDRAT – eric.gardrat@utoulouse.fr
L’analyse thermo-optique est une méthode de référence pour quantifier le carbone organique (OC) et le carbone élémentaire (EC) présents dans les particules atmosphériques collectées sur filtres en fibre de quartz. En Europe, le protocole d’analyse le plus utilisé et reconnu est EUSAAR-2.
Une fois le système fermé et mis sous pression, le four est purgé à l’hélium pur afin d’éliminer l’air ambiant. Des paliers de température programmés permettent d’augmenter progressivement la température jusqu’à 650 °C, provoquant la volatilisation et la décomposition thermique des composés organiques.
Les gaz libérés (OC) sont acheminés vers un four oxydant au dioxyde de manganèse (MnO₂), où ils sont oxydés quantitativement en CO₂. Ce dernier est ensuite détecté par spectroscopie infrarouge non dispersive (NDIR). À ce stade, la température du four est abaissée à environ 500 °C.
Après cette première étape, le carbone restant sur le filtre contient du carbone élémentaire d’origine (EC), et du carbone pyrolysé formé par carbonisation de composés organiques à haut poids moléculaire ou issus de matériaux naturels.
Le gaz vecteur est ensuite remplacé par un mélange d’hélium et de 2 % d’oxygène. Une seconde montée en température est réalisée dans cette atmosphère oxydante. Le carbone élémentaire résiduel est alors oxydé en CO₂, également détecté par NDIR comme précédemment.
La somme de l’OC et de l’EC mesurés correspond au carbone total (TC) présent dans l’échantillon. Le signal optique permet quant à lui de séparer ce qui peut être assimilé à du OC ou à du EC.
Intercomparaison :
Dans le cadre de l’infrastructure de recherche ACTRIS, une intercomparaison annuelle est mise en place par l’ECAC (European Centre for Aerosol Calibration) avec une trentaine de laboratoires participants. Le laboratoire d’Aérologie y participe chaque année depuis 2019. Un exemple de résultat est donné ci-dessous.
Thermogramme :
Responsable : Maria DIAS ALVES – maria.dias-alves@cnrs.fr
L’analyseur de carbone dissous permet le dosage du carbone inorganique (IC) et du carbone organique soluble (WSOC).
La méthode utilisée repose sur la méthode de l’oxydation chimique de l’échantillon et de la détection du CO2 généré en bout de chaine. Les composés organiques sont oxydés pour former du CO2 en utilisant la radiation UV et un agent chimique oxydant (persulfate d’ammonium). Le CO2 est mesuré en utilisant une méthode de détection par conductimétrie après avoir traversé des membranes sélectives.
Responsable : Maria DIAS ALVES – maria.dias-alves@cnrs.fr
Cette méthode a pour principe de mesurer le carbone total (TC=BC+OC) et le carbone suie (BC) sur des portions de filtre quartz échantillonné. Le filtre dédié à l’analyse du TC est directement analysé tandis que celui dédié au EC est d’abord soumis à une étape de précombustion à 340°C pendant 2 heures sous flux d’oxygène afin d’éliminer le carbone organique (OC). Les échantillons sont placés dans un four à 1000 °C sous flux d’oxygène et l’analyse de la teneur en carbone est effectuée par mesure infrarouge du CO2 formé.
Responsable : Océane LENOIR – oceane.lenoir@ird.fr
L’appareil utilisé au laboratoire est un lecteur de microplaque Infinite F200 PRO de marque TECAN comprenant les technologies suivantes :
- Capacité de lecture de 6 à 384 puits
- Fluorescence : intensité, temps résolu, fluorescence polarisée, FRET
- Absorbance (UV)
- Luminescence (BRET, Flash et Glow)
Cet appareil est utilisé pour mesurer le potentiel oxydant des aérosols par mesure d’absorbance dans l’UV en se servant de composés cibles comme le DTT (Dithiothreitol).
Responsable : Eric GARDRAT – eric.gardrat@utoulouse.fr
Le Service de Chimie possède une microbalance SARTORIUS MCE3,6P-2S00-M spécifiquement dédiée à la pesée de filtres équipée d’un plateau spécial adapté à cette application. L’environnement de mesure est conditionné.
La pesée des filtres en téflon ou en quartz, avant et après collecte, permet de déterminer la masse collectée d’aérosols dans le but d’établir une fermeture chimique en masse à partir des différentes techniques analytiques appliquées à l’échantillon.
Caractéristiques de la balance :
- Modèle MCE3,6P-2S00-M de marque SARTORIUS
- Equipée d’un générateur anti électricité statique METTLER TOLEDO
- Poids maximal : Max1=3100 mg / Max2=2100 mg / Max3=1100 mg
- Résolution en fonction du poids maximal : d1=0,005 mg / d2=0,002 mg / d3=0,001 mg
- Précision de mesure de ± 5µg
Responsable : Eric GARDRAT – eric.gardrat@utoulouse.fr
PH-mètre – ATI Orion model 350
Conductimètre – WTW LF 538
Balance – SARTORIUS Secura 313-15
Four à moufles 1100°C – Thermolyne F48000
Four 450°C – Nabertherm
Etuve – MEMMERT
Personnels
DIAS ALVES Maria
GALY-LACAUX Corinne
GARDRAT Eric
LENOIR Océane
Actus Service de chimie
Réunion de fin de projet INSA à Carcassonne
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