Atrazine Philippe Lebel CHM3103-Chimie analytique environnemental

Plan de la présentation Introduction Les dangers de l’atrazine Méthode pour extraire l’atrazine de l’eau Dégradation Instrumentation pour le mesurer Prélèvement Conclusion

Introduction L’atrazine fait partie de la famille des triazines. En 2001, les États-Unis ont utilisé 2,3 billions de killogrammes d’atrazine. Au Canada, en 2009 l’atrazine a été bannie par l’USEPA (Agriculture Canada et la Commission Européenne)

Introduction Retrouvée à 0,2% dans l’air. En 1989 en Ontario, Canada, une concentration de 20000pg/m3. Seulement 0,2% de l’atrazine a été mesuré dans l’air et dans certaines régions de l’atmosphère, des pourcentages pouvant monter jusqu’à 2,4% ont été obtenus. La concentration la plus élevée dans l’air a été obtenue en 1989 en Ontario, Canada avec une concentration de 20000pg/m3.

Introduction Solubilité dans l’eau: 33mg/L KOW: 2,75 KOC: 90cm3/g Pression de vapeur: 3x10-7mmHg Transport à travers la matrice(lent). Transport rapide à travers les macropores. L’atrazine peut se déplacer dans le sol à partir de deux processus, soit le transport à travers la matrix qui est lent, ou un transport rapide à travers les macropores, souvent créé par les verres de terre. Le premier procédé est possible à partir de la cinétique de sorption et de la dégradation de l’atrazine qui rend la molécule plus hydrophile. Le deuxième processus est possible lorsque de larges pores sont présents dans le sol. Ces pores permettent à l’atrazine de se déplacer rapidement vers la nappe phréatique Seulement 0,1% à 3%. Faible sorption sur la roche mère .

Dangers de l’atrazine L’atrazine peut engendrer de nombreux problèmes pour les animaux. Cancer de l’estomac. Cancer de la prostate. Cancer du sein. Les problèmes peuvent être observés lorsque la concentration dans l’eau potable excède 3pg/L L’atrazine peut aussi être dangereuse pour le fœtus humain

Dangers de l’atrazine Effet sur la mère Effet sur le foetus Rat: 120 mg/kg Lapin: 75 mg/kg Effet sur la mère Aucun effet tératogène. Prolongement du cycle menstruel. Diminution pondérale. Effet sur le foetus Œdème de l’abdomen. Retard d’ossification. Effet tératogène.

Comment peut t-on s’en départir Les trois principales méthodes d’extraction sont: L’ozonation Les ultrafiltrations, nanofiltrations L’ozonation isolée. L’ozonation suivie par la coagulation, floculation et sédimentation de l’analyte.

Ozonation L’ozonation isolée. Concentration en atrazine maximale de 17mg/L. Long temps d’ozonolyse (150 minutes). Faible extraction de l’atrazine à 60%. L’ozonation suivie par la coagulation, floculation et sédimentation de l’analyte Faible concentration dans l’eau <80ng/L Possible d’extraire l’atrazine entre 66% et 96% en le prétraitant à l’ozone (1,5-2,0 mg/L), suivi par la coagulation, floculation et sédimentation de l’analyte. Par contre dans les deux cas, il s’agit d’une consommation de grandes quantités d’ozone, ce qui est très dispendieux pour le pourcentage d’efficacité obtenu.

Nanofiltration Forte extraction de l’atrazine de l’eau potable: entre 80% et 95% lorsque les membranes des filtres sont petites. Par contre, la présence de calcium dans l’eau diminue la rétention de cet herbicide. Pour régler ce problème, il est nécessaire d’ajouter un composé organique: Coûts élevés Diminution de l’efficacité de l’extraction entre 67% et 90%.

Effets sur les mauvais herbes Lorsque l’atrazine est aspergée sur les champs pour prévenir ou éliminer les mauvaises herbes, l’atrazine sera partiellement dissoute dans l’eau qui est absorbée par les racines de ces plantes. L’atrazine se déplacera graduellement à travers la plante pour se loger dans les nouvelles feuilles et sur les racines pour empêcher l’absorption d’eau et de nutriment de la plante. L’atrazine présent dans les nouvelles feuilles empêchera le processus de photosynthèse ce qui interféra avec le mécanisme de production d’oxygène de la plante. Ces deux processus entrainera la mort de la plante. Atrazine

Dégradation Temps de demi-vie de l’atrazine de 4 à 57 semaines Ce temps de demi-vie dépend du pH, de la température du sol et de bien d’autres facteurs. Par contre, dans certaines eaux comme le lac Michigan et certains autres lacs, l’atrazine est très rémanente avec un temps de demi-vie de 14 ans

Dégradation L’atrazine peut se dégrader en quatre composés: Le déséthylatrazine (DEA) Le déisopropylatrazine (DIA) Le didéalkylatrazine (DDA) L’hydroxyatrazine (HYA) Le HYA est celui qui démontre la plus forte rétention dans les sols étant le plus fortement lié à la phase organique. Le DEA et DIA ont une toxicité semblable et auront une plus grande mobilité étant plus hydrophiles. 2% à 10% 5% à 25%

Dégradation Dégradation aérobique hydrolytique à partir de micro-organismes. Heureusement, les composés de dégradation de l’atrazine sont moins toxiques que l’atrazine pour les animaux et pour les humains. Il y a trois types de dégradation majeure, ils sont tous effectuer à partir d’une. Comme il peut être perçue à la figure##, le processus débute par une déhalogénation du groupement chloré pour le remplacer par un groupement hydroxyle. Ce mécanisme s’effectue plus rapidement en présence d’un pH acide selon l’étude retrouvé à la référence ###. Le deuxième et troisième processus est une N-dealkylation et une déamination qui implique la perte d’un groupement isopropyl pour le remplacer par un hydroxyle pour les deux processus le seul changement entre ces deux processus est le carbone qui est attaqué par la molécule d’eau. Finalement, il y a ouverture du cycle pour donner 3 molécules d’acide carboxylique et 3 molécules d’amines. Les verres de terre permettent donc une dégradation rapide de l’atrazine, car en effectuant un mouvement dans le sol, plus d’oxygène sera présent en raison de la création de pores et un niveau de moisissure plus élevé sera aussi présent car l’eau passera plus facilement à travers le sol grâce aux pores d’air. Heureusement, les composés de dégradation de l’atrazine sont moins toxiques que le composé parent pour les animaux et pour les humains.

Instrumentation L’appareil idéal doit posséder une limite de quantification et une limite de détection faible. Il doit être sensible HPLC couplée à une colonne à immunoaffinité GC/MS, GC/NPD GC/HRMS

Instrumentation HPLC couplée à une colonne à immunoaffinité Faible volume nécessaire pour extraire l’atrazine (250pL) à partir d’une colonne à phase inverse. Temps nécessaire pour analyser l’atrazine relativement long (18 minutes) Limite de détection: 0,1µg/L Répétabilité: 5,4% Courbe de calibration avec une linéarité de 0,998 Par contre, il est possible que l’analyte ne se désorbe pas complètement en raison d’une forte affinité avec la colonne «carryover». Toutefois, il est possible que l’analyte ne se désorbe pas complètement en raison d’une trop grande affinité avec la colonne, ce qui engendrerait du «carryover» sur l’échantillon suivant. Donc, pour éviter cela, une solution tampon phosphate avec un pH de 2,3 est utilisée ce qui diminue plus rapidement l’affinité des analytes avec les anticorps de la colonne. Cette technique permet d’obtenir un rapport signal sur bruit (S/N) de 3, ce qui démontre une bonne intensité des courbes comparativement au bruit. De plus, une courbe de calibration de six points avec une limite de linéarité entre 0,2 et 32pg/L et un coefficient de 0,999 a été obtenue.

Instrumentation HPLC couplée à une colonne à immunoaffinité Pour éviter le «carryover», une solution tampon avec un pH de 2,3 est utilisée. (Diminue l’affinité des analytes avec les anticorps sur la colone) Rapport signal sur bruit (S/N) de 3. Courbe de calibration de 0,999 avec une limite de linéarité de 0,2 et 32µg/L avec six points

Instrumentation GC/MS et GC/NPD Grand volume nécessaire pour concentrer l’échantillon (100ml et 1L) Large volume de solvant nécessaire. Beaucoup de temps nécessaire pour extraire et analyser l’atrazine En utilisant l’extraction sur phase solide (SPE), il est possible de rémédier à certains inconvénients. Faible débit, soit 1,5ml/min.

Instrumentation Chromatographie gazeuse à haute résolution couplée à un spectromètre de masse et en présence d’une colonne à capillaire (GC/HRMS) Mode SIM Étalon interne utilisé atrazine-d5 Colonne capillaire en silice (30m x 0,32mm, J&W Scientific) Temps pour analyser l’atrazine est de 10,50 minutes. Il est important que le temps de rétention de l’atrazine soit faible pour éviter la décomposition de l’atrazine sur la colonne de la GC.

Instrumentation Chromatographie gazeuse à haute résolution couplée à un spectromètre de masse et en présence d’une colonne à capillaire (GC/HRMS) 500ml est prélevé et filtré. Volume final injecté dans la colonne est de 2 à 20pL. Limite de détection aussi faible que 200-500pg/L Concentration en atrazine entre 1-500ng/L Précision de 15% Exactitude de 85% Pourcentage de récupération entre 80 et 83%

Prélèvement Pour prélever l’atrazine, un échantillonneur sur lequel est fixé la bouteille de verre d’un litre est utilisé Les échantillons sont par la suite placés au froid (glacière) et doivent être analysés dans les plus brefs délais.

Prélèvement Technique utilisée: le CPPROP, (perticides organophosphorés, les triazines, carbamates, urées substituées, phtalimides et pyréthinoïdes) Il s’agit donc d’une extraction de type liquide-liquide. Extraire les pesticides de l’échantillon avec 50ml de dichlorométhane qui a été fortifié avec deux étalons d’échantillonnages, soit le propoxur et le 2, 3, 5-trichlorobiphényl et cela directement sur le site d’échantillonnage.

Prélèvement Ensuite, en laboratoire, le composé est de nouveau extrait avec du dichlorométhane à deux reprises et par la suite réduite et concentrer à un petit volume à partir d’un jet d’argon. Les pesticides sont ensuite séparés sur une colonne chromatographique en phase gazeuse (HP-5MS). Le détecteur utilisé est un spectromètre de masse.

Prélèvement Le principal critère servant à évaluer le risque d’effet sur les organismes aquatiques est le critère de vie aquatique chronique (CVAC). Mois de juin à août en 2007 dans le ruisseau Gibeault-Delisle 82 échantillons ont été prélevés 71% de ces échantillons contenaient de l’atrazine à une valeur détectable pour l’appareillage utilisé Seulement 1% des échantillons mesurés dépassaient la valeur permise CVAC.

Conclusion Plusieurs méthodes sont en mesure d’analyser et de quantifier l’atrazine dans un échantillon d’eau. Une concentration aussi faible que 3pg/L dans l’eau potable peut avoir des effets néfastes sur la santé humaine. L’atrazine est donc un élément rémanent qui peut avoir un impact sur la santé humaine et celle des animaux.