Analyse par fluorescence X de la répartition de 21 éléments chimiques

DossierClassé sous :chimie , Particules Atmosphériques – PM10 – PM2 , 5 – Métaux

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Les éléments chimiques se répartissent de façon hétérogène sur les particules atmosphériques. La taille des particules, leur mode de formation, les variations climatiques et l'atmosphère environnante sont des facteurs très importants et encore fort peu connus.

  
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Les éléments chimiques se répartissent de façon hétérogène sur les particules atmosphériques. La taille des particules, leur mode de formation, les variations climatiques et l'atmosphère environnante sont des facteurs très importants et encore fort peu connus.

Cette étude se cantonne à un lieu bien déterminé (zone industrialisée et rurale) ainsi qu'à une saison donnée (novembre - décembre 2000) afin de mieux cibler, par fluorescence X, les 21 éléments chimiques présents sur les 2 fractions (PM10 - PM2.5). Les échantillons proviennent des réseaux de mesure de la qualité de l'air du Ministère de la Région wallonne.

Un dossier réalisé par Valérie HENGESCH

Introduction

Les particules atmosphériques peuvent avoir des densités, des formes, des dimensions et des compositions très hétérogènes qui dépendent des variations climatiques, de l'atmosphère environnante et de leur mode de formation.
Elles sont principalement caractérisées par leur diamètre, variant de 0,02 µm à 100 µm (1).

Dans les études épidémiologiques ainsi que dans celles d'évaluation de la pollution de l'air, ce sont essentiellement les particules PM10 (diamètre aérodynamique inférieur à 10 µm) et les PM2.5 (diamètre aérodynamique inférieur à 2.5 µm) qui sont retenues comme référence car elles sont capables, lors de leur absorption dans un organisme, d'interactions avec les parois respiratoires. Un phénomène de diffusion dans la circulation sanguine ou de rétention dans les tissus respiratoires est alors observé.
La composition chimique de ces particules, du à leur mode de formation et aux substances adsorbées, représente un paramètre très important pour la détermination de leur toxicité.

C'est pour cette raison qu'il est important de mieux connaître la distribution des composés chimiques en fonction de la taille des particules et donc, en fonction du degré de pénétration dans le tractus respiratoire.

Matériels et méthodes


• L'analyse qualitative et quantitative des éléments chimiques présents sur les filtres se fait par le spectromètre de fluorescence X à dispersion de longueur d'onde de la firme néerlandaise Philips.

Deux appareils PM10 et deux appareils PM2.5 participent à la campagne de prélèvement qui se déroule pendant 1 mois (15/11/00 - 15/12/00) dans une zone industrialisée et rurale (région du bassin liégeois).
La durée d'échantillonnage est de 24 heures, elle débute à 11 heures du matin. La relève s'effectue de façon hebdomadaire (tous les vendredis).

L'air est aspiré à un débit de 2,3 m³/h à travers une tête de prélèvement spécifique à la fraction recherchée, le diamètre des orifices présents dans cette tête permet la sélection. Les particules, qui ont un diamètre supérieur à 10 µm ou 2.5 µm, sont impactées sur de la graisse de silicone. Les particules restantes suivent le flux d'air jusqu'à leur collecte sur un filtre de 47 mm en nitrate de cellulose avec une porosité de 1.2 µm.
Les filtres, à la fin de la semaine, sont déposés et conservés dans une boîte fermée hermétiquement jusqu'au moment de l'analyse par fluorescence X : le filtre est bombardé par un faisceau de photons X incident. Il en résulte l'apparition de photons de fluorescence caractéristiques des éléments présents dans l'échantillon, ceux-ci sont focalisés sur le cristal analyseur. Le comptage des photons X de fluorescence s'opère en plaçant un détecteur dans la direction correspondant à la diffraction constructive (application de la loi de Bragg). Le nombre de photons comptés est proportionnel à la quantité d'atomes présents dans l'échantillon.
Les éléments analysés ainsi que leur limite de détection (µg/m³) sont les suivants :