Revue générale

La préparation des matrices biologiques pour l’analyse des métaux

Biological matrices preparation for determination of metals

Hôtel Dieu, Service Pharmacie-Pharmacologie-Toxicologie, 1 place du Parvis Notre Dame 75181 Paris Cedex 04, France

^* Correspondance : Laurence Labat, Tel. (+33) 1 42 34 87 31, Fax : (+33) 1 42 34 88 95, laurence.labat@htd.aphp.fr

Reçu : 17 Février 2010
Accepté : 13 Avril 2010

Résumé

Introduction : Depuis les années 1980, l’évolution des technologies dans nos laboratoires avec notamment l’arrivée de l’ICP-MS a permis une nette avancée dans le domaine de l’analyse des métaux et des métalloïdes. Ainsi, le dosage de ces éléments est devenu plus courant dans des matrices comme les cheveux ou les ongles à côté de celles depuis longtemps utilisées comme le sang ou les urines. Cependant à des niveaux de concentrations de plus en plus bas, l’influence d’éventuelles contaminations peut devenir un obstacle majeur et il conviendra à l’analyste d’être particulièrement exigeant sur les conditions de prélèvement, sur la conservation et sur le prétraitement des échantillons avant même d’envisager l’analyse. Les différents types de matrice : Les prélèvements sanguins et urinaires sont majoritairement utilisés pour le dosage des métaux. Pour le sang, on privilégiera les tubes en plastique ou ceux dits « spécifiques au dosage des métaux » avec l’utilisation d’un anticoagulant dans la majorité des cas. Dans les urines, on utilisera classiquement des flacons en polypropylène dans lesquels l’ajout d’acide nitrique permet d’assurer une conservation suffisante quelques semaines à +4 °C. Les cheveux et les ongles présentent des avantages indiscutables en termes de recueil et de conservation en plus de leur intérêt rétrospectif.Cependant, ces intérêts potentiels sont encore gênés de nos jours par les difficultés analytiques que posent ces matrices pour l’analyse des métaux. Après une étape essentielle de décontamination, une étape de minéralisation en milieu acide sera nécessaire. Les différents modes de préparation : À côté de la simple dilution facilement utilisée pour les matrices liquides, la minéralisation s’impose dans la majorité des cas pour les matrices solides. Cette étape de digestion essentielle limite les interférences liées aux matières organiques. Elle peut être réalisée par voie sèche ou par voie humide. Cette dernière, en utilisant un milieu acide, permet de limiter les pertes de certains métaux par volatilisation. On retrouve classiquement dans la littérature, la digestion par des acides seuls ou en mélange (HNO₃, H₂SO₄, HClO₄) en présence ou non d’un agent oxydant comme l’eau oxygénée. La minéralisation assistée par micro-ondes est actuellement largement décrite en utilisant des réacteurs fermés en téflon. Une méthode alternative utilisant une solution alcaline d’hydroxyde de tétramethylammonium est également décrite. La préparation d’échantillons en SAA : En plus de la simple dilution ou de la minéralisation par voie humide souvent décrite, on préconise l’utilisation de modificateurs chimiques en SAA-ET permettant de stabiliser la température dans le four et de diminuer les interférences de la matrice, même en présence d’un effet Zeeman. La préparation d’échantillons en ICP-MS : Une dilution (1/5^e à 1/20^e) est nécessaire permettant de diminuer entre autres l’apport en sels. Un alcool aliphatique type butanol est ajouté dans cette dilution (1 à 2 %) permettant d’exalter le signal en augmentant le taux d’ionisation. Un tensioactif (type triton-X100) est ajouté favorisant la nébulisation. En ICP, on privilégiera l’étalonnage interne. Conclusion : Il est primordial d’être particulièrement vigilant à la préparation des échantillons pour l’analyse de métaux en tenant compte de la matrice utilisée, de la méthode d’analyse choisie et du type de métal à doser. L’ICP-MS a certainement révolutionné nos laboratoires dans l’analyse des métaux; cependant il reste encore des améliorations à apporter dans la préparation des matrices biologiques pour l’analyse des métaux, notamment dans les applications sur les matrices alternatives.

Abstract

Introduction: Since the 1980s, technology evolution in our laboratories with the introduction of ICP-MS has allowed a real advance in metal and metalloid analysis. Therefore, determination of these elements is becoming more frequent in matrices such as hair or nails, besides blood or urine, which have been used for a long time. However, with lower concentrations, the influence of contamination can become a major obstacle and it will be advisable for the analyst to be particularly vigilant with sample conditions, conservation and pre-treatment of the specimens before analysis. Different types of matrices: Blood and urine samples are generally used for metal analysis. For blood, plastic tubes or “specific tubes for metals”are used with an anticoagulant. For urine, polypropylene flasks are used and nitric acid is added to allow correct conservation for some weeks at +4 °C. Hair and nails present advantages, with easy collection and conservation, with retrospective characteristics in addition. However, these advantages are still hindered by the analytical difficulties of these matrices for metal determinations. After decontamination, a mineralisation step in acidic conditions seems useful. Different preparative methods: Simple dilution is easily used for liquid matrices and mineralisation is frequently used for solid matrices. This digestion step limits interferences of the matrices and can be realised in dry mode or damp mode. The latter uses acidic conditions to limit some metal volatilisation. In the literature, digestion used acids alone or in mixture (HNO₃, H₂SO₄, HClO₄) with or without an oxidative product such as H₂O₂. Mineralisation assisted by microwaves is actually largely described with a closed reactor in teflon. An alternative method with a basic solution of tetra-methyl ammonium hydroxide is described. Sample preparation in SAA: With simple dilution or mineralisation in damp mode, chemical modifiers are often used in SAA-ET to stabilise the temperature in the furnace and to minimise interferences of the matrices even with the Zeeman effect. Sample preparation in ICP-MS: A dilution (1/5 to 1/20) is necessary to minimise salt contribution. An aliphatic alcohol such as butanol (1 to 2%) to increase the signal and increase ionisation status, a tensioactive agent (triton X-100) to optimise nebulisation, and an internal standard are usually added. Conclusion: It is particularly important to be vigilant in sample preparation for metal determinations and to take into consideration the types of matrices, the methods used and the nature of the metal. ICP-MS is certainly an innovative tool for analysis of metals in the laboratory, but improvements are still necessary in sample preparation, in particular for alternative matrices.