Analyse des actinides dans les urines en situation de crise par couplage entre les colonnes calix[6]arènes et un spectromètre de masse à plasma induit

Actinides analysis in emergency situation by on-line coupling between a calix[6]arene-based chromatography column and an Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer

• Auteur / Autrice : Sarah Baghdadi
• Direction : Gérard Cote
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 27/05/2015
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Modélisation et Instrumentation en Physique, Energie, Géosciences et Environnement (Orsay, Essonne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : ministère : France. Délégation générale pour l'armement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) (Fontenay-aux-Roses ; 2002-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Cote, Micheline Draye, Mariet Clarisse, Eric Simoni, Jean Aupiais, Philippe Corrèze
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Micheline Draye, Mariet Clarisse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Accidents nucléaires

Spectrométrie de masse à plasma induit par haute fréquence

Actinides

Mots clés libres

Actidines

Couplage

Chromatographie liquide

ICP-MS

Calix[6]arène

Spéciation

Crise nucléaire

Actinides

Coupling

Liquid chromatography

ICP-MS

Calix[6]arène

Speciation

Nuclear crisis

Résumé

En cas de crise nucléaire impliquant des actinides, il est nécessaire de disposer de méthodes d’analyses rapides afin d’identifier les personnes contaminées. Elles sont réalisées dans les excreta (urines et selles). Les méthodes usuelles d’analyse de ces émetteurs alpha sont performantes, mais elles sont longues et difficiles à mettre en œuvre et, de fait inadaptées à une situation de crise. Ce travail de thèse a donc consisté à développer une méthode d’analyse rapide des actinides dans l’urine par couplage entre une colonne à base de dérivés de calix[6]arène hydroxamique imprégné et un spectromètre de masse couplé à un plasma induit (ICP-MS). L’étude de la spéciation des actinides dans l’urine minéralisée a permis de mieux comprendre les réactions mises en jeu et de maîtriser leur extraction sur la colonne calix[6] arène. Un protocole a pu être élaboré, aboutissant à l’extraction simultanée des trois actinides à pH ≈ 5 puis à leur co-élution avec H3PO4 à 0,25 mol.L-1 avec des rendements de récupération moyens de 56 %, 74 % et 85 % pour U, Pu et Am respectivement. La colonne calix[6]arène a ensuite été couplée l’ICP-MS quadripolaire et les paramètres chromatographiques (diamètre de colonne, débit d’extraction et d’élution) optimisés. Ce système de couplage permet d’atteindre des limites de détection dans l’urine inférieures à 0,5 mBq.L-1 pour 238U et 243Am et inférieure à 5 mBq.L-1pour le 239Pu et 241Am, pour une durée totale d’analyse d’environ 6 heures. Ces performances ont démontré que cette méthode de couplage pourrait être utilisée en situation de crise.

In the event of a nuclear crisis, involving actinides (U, Pu, Am) it is important to have fast analysis methods available in order to identify people that could be contaminated. Usually, they are performed in urine or faeces. Even though, analytical methods used with alpha detection are reliable they are lengthy and tedious to set up. This work consisted in developing an on-line coupling method between a calix[6]arene-based chromatography column and an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS). To do so, a speciation study of actinides in mineralised urine was developed to understand the chemical equilibria happening during the actinides extraction. A protocol was elaborated to extract simultaneously all three actinides at pH ≈ 5, then co-elute them with 0.25 mol.L1 H3PO4. Recovery was 56 %, 74 % and 85 % for U, Pu and Am respectively. The column was then coupled to the ICP-MS. A parameter study helped defining mineralisation duration, extraction and elution flow-rates. It was then possible to propose an on-line coupling system allowing reaching detection limits lower than 0.5 mBq.L-1 for 238U and 243Am and lower than 5 mBq.L-1 for 239Pu and 241Am, for analysis duration lower than 6 hours. These analytical performances show the interest of this technique for a use in a nuclear crisis situation.