Spéciation de l'arsenic par couplage LC-ICP-MS : avantages et inconvénients en biologie médicale

Arsenic speciation by LC-ICP-MS : advanta ges and disadvantages in clinical chemistry

Service de Pharmacologie et Toxicologie, CHU d'Angers, 4, rue Larrey, 49933 ANGERS cedex 9

Auteur de correspondance : anlebouil@chu-angers.fr

Reçu : 8 Février 2007
Accepté : 15 Avril 2007

Résumé

La toxicité de l'arsenic dépendant de la forme chimique sous laquelle il se trouve, le dosage de l'arsenic total seul ne permet pas une interprétation correcte en biologie médicale. Il peut, tout au plus, être utilisé comme analyse de dépistage afin d'écarter une éventuelle intoxication. La spéciation s'impose. De nombreuses techniques permettent aujourd'hui de quantifier les différentes espèces d'arsenic. Le couplage de la chromatographie en phase liquide à la spectrométrie de masse couplée à un plasma induit par haute fréquence (LCICP-MS) est l'une des plus utilisées. L'avantage principal de ce couplage réside dans les qualités de l'ICP-MS en tant que détecteur, à savoir sensibilité, spécificité, gamme de mesure étendue (dynamic range). Les limites de détection obtenues en LC-ICP-MS varient selon les auteurs et les formes d'arsenic de 0,5 g/L à 10 g/L dans l'urine, ce qui permet d'atteindre des niveaux de concentration rencontrés chez les sujets non exposés. L'autre avantage est la facilité dans la mise en œuvre du couplage entre le système chromatographique et l'ICP-MS. En effet, il suffit de raccorder la sortie de la colonne par un tuyau (type tube en PEEK) au nébuliseur de la torche. Les débits classiquement utilisés en chromatographie liquide (z1 ml/min) sont compatibles avec le fonctionnement de la torche à plasma. Les inconvénients sont d'ordre économique et chromatographique. Le coût d'achat et de fonctionnement lié à la consommation d'argon (15 L/min) n'est pas à la portée de tous les laboratoires. La consommation d'argon est un paramètre à prendre en compte en LC-ICP-MS car si la durée moyenne d'une analyse en mode de fonctionnement ICP-MS normal est de deux minutes, la durée de l'analyse chromatographique est plutôt de l'ordre d'une dizaine de minutes. L'utilisation de l'ICP-MS comme détecteur impose des contraintes dans le choix de la phase mobile. Une quantité trop importante de solvant organique déstabilise le plasma, limitant celle-ci à des concentrations généralement inférieures à 5%. D'autre part, des concentrations de tampon supérieures à 50 mM peuvent être à l'origine de dépôts de sels au niveau du nébuliseur et du cône échantillonneur. En conclusion, si la LC-ICP-MS est une technique répondant aux besoins en biologie médicale en termes de performances analytiques, elle n'en demeure pas moins une technique coûteuse.

Abstract

The toxicity of arsenic depends on its chemical form, therefore determination of total arsenic concentration is not sufficient in clinical chemistry. Total arsenic determination can be used as a screening test to rule out an intoxication. It is necessary to measure individual concentration of every arsenical species. Today, arsenic speciation can be carried out using several hyphenated techniques. High performance liquid chromatography coupled with inductively coupled plasma mass spectrometry (LC-ICP-MS) is one of the most commonly used methods. The principal advantages of this method are the qualities of ICP-MS : high sensitivity, large dynamic range and selectivity. The detection limits achieved by LC-ICP-MS are between 0,5 and 10 g/L according to the arsenical species and the authors, which permits the speciation in biological samples from unexposed persons. Another advantage is the simplicity of the interface. The outlet from the HPLC column is directly connected to the ICP-MS nebulizer with a capillary tube (PEEK tubing). Usual chromatographic flows (z1 ml/min) are compatible with the nebulizer uptake rate of the ICP-MS instrument. The main inconvenience is the cost of investment and running. The consumption of argon (15 L/min) must be taken into account because the times of analysis by LC-ICP-MS are often more than ten minutes. The use of ICP-MS imposes some limitations on the composition of the mobile phase. The introduction of organic solvents can destabilize the plasma, so only percentages less than 5% are commonly used. In addition, buffer concentrations more than 50 mM lead to salt deposition at the nebulizer tip and MS sampling cone. In conclusion, LC-ICP-MS has the analytical performances needed for the speciation of arsenic in clinical chemistry but is expensive.