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Article

1 - CHIMIE ANALYTIQUE ET CHIMIE VERTE

2 - MÉTHODOLOGIES VERTES POUR LE TRAITEMENT DE L'ÉCHANTILLON

3 - TECHNIQUES ANALYTIQUES « VERTES »

4 - TECHNIQUES D'ANALYSE MINIATURISÉES

5 - EFFICIENCE OPÉRATOIRE POUR UNE CHIMIE ANALYTIQUE PLUS VERTE

6 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

Article de référence | Réf : CHV1010 v1

Techniques d'analyse miniaturisées
La chimie analytique verte

Auteur(s) : Frédéric CHARTIER

Relu et validé le 05 nov. 2021

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RÉSUMÉ

La chimie analytique est maintenant indissociable de la chimie verte. D'une part, elle permet d'évaluer la durabilité d'un processus chimique et le côté écocompatible d'un produit ou d'un procédé et, d'autre part, elle s'inspire des principes de la chimie verte afin de réduire son propre impact sur l'environnement. En conséquence, la chimie analytique développe de nouvelles techniques et méthodes afin de réduire notamment les volumes d'échantillon, de solvants et de réactifs consommés, la quantité de déchets produits, la consommation d'énergie. Cet article présente ainsi, pour chaque étape d'une analyse, les évolutions actuelles et futures de la chimie analytique dans ce cadre de la protection de la santé et de l'environnement.

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Auteur(s)

INTRODUCTION

La chimie connaît un essor considérable pour réduire, à la source, l'impact des procédés et des produits chimiques sur la santé et l'environnement. La prise en compte de façon préventive des effets de la chimie sur son environnement a conduit au développement du concept de chimie verte. Dans ce cadre, la chimie analytique fournit les outils et méthodes permettant d'évaluer et de quantifier, de façon rapide et économique, la compatibilité environnementale d'une technologie ou d'un produit.

Par ailleurs, l'omniprésence de la chimie analytique dans la recherche et l'industrie entraîne une augmentation considérable de la consommation de produits chimiques toxiques et de la production de déchets dangereux, dans l'ensemble des étapes de la chaîne analytique. Des volumes d'effluents plus importants, souvent plus nocifs que l'échantillon d'origine, sont ainsi produits lors de chaque analyse. Pour ces raisons, de nombreux efforts sont réalisés par la communauté analytique pour adhérer, comme les chimistes, à des pratiques plus écoresponsables répondant à une forte demande sociétale. Différentes stratégies complémentaires sont ainsi développées depuis quelques années pour rendre la chimie analytique plus respectueuse de l'environnement, donnant naissance à la chimie analytique verte. Dans ce cadre, des efforts importants sont réalisés pour développer de nouvelles techniques et méthodes d'analyse afin de réduire, remplacer ou supprimer l'utilisation de solvants et réactifs toxiques, minimiser la consommation d'énergie ainsi que les quantités de déchets et rejets, tout en conservant le même niveau de performances analytiques. La prise en compte de tels critères pour une chimie analytique plus verte a également souvent pour avantage l'amélioration des performances analytiques par la réduction des étapes mises en œuvre. Un autre avantage fondamental est la diminution des coûts engendrée par l'augmentation des cadences d'analyse, la diminution des consommations d'eau, de réactifs et d'énergie ainsi que des volumes de déchets à traiter. Cet avantage économique est une composante non négligeable du développement de la chimie analytique verte.

Cet article présente ainsi les principales techniques et développements récents pour une chimie analytique durable, depuis le prétraitement de l'échantillon et la séparation des espèces d'intérêt jusqu'au traitement des effluents de laboratoire en passant par les techniques d'analyse directe de l'échantillon, sur site et en laboratoire, les techniques d'analyse en ligne, les capteurs, la miniaturisation des techniques, etc.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-chv1010


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4. Techniques d'analyse miniaturisées

4.1 Microsystèmes séparatifs

Une approche particulièrement intéressante dans le cadre de la chimie analytique verte pour la caractérisation des espèces chimiques, déjà abordée dans les sections précédentes, est la miniaturisation des techniques analytiques. Depuis une dizaine d'années, le développement de systèmes d'analyse intégrés appelés aussi Micro Total Analytical System (µTAS) ou Laboratoire sur puce (Lab-on-chip) a permis de franchir une étape supplémentaire dans le domaine de la miniaturisation. Ces laboratoires sur puce consistent en des dispositifs miniaturisées comprenant tout ou partie des étapes du processus analytique (préparation des échantillons, séparation, détection). Ces microsystèmes analytiques de faibles dimensions (quelques centimètres) peuvent intégrer, dans des microcanaux de quelques dizaines de micromètres, les différentes étapes de préparation (micro-extraction par exemple) et séparation (comme l'électrochromatographie ou l'électrophorèse capillaire) des constituants. La détection est souvent basée sur les techniques spectrométriques (fluorescence, chimiluminescence, absorption UV/Vis...) ou électrochimiques. Ces microsystèmes sont essentiellement développés pour l'analyse de traces métalliques et de polluants organiques.

L'avantage majeur de la miniaturisation dans le cadre de la chimie analytique verte est la réduction significative des volumes d'échantillon, de réactifs et de déchets produits ainsi que du temps d'analyse. Ces microsystèmes présentent de plus une forte capacité de traitement en parallèle et une remarquable aptitude à l'automatisation. Le principal inconvénient de ces systèmes est leur architecture fixe, spécifique à une application particulière. Les principales applications concernent la biologie (puces à ADN, à protéines...) mais de plus en plus d'applications en chimie analytique apparaissent actuellement.

Dans les microsystèmes analytiques, la séparation des espèces joue un rôle fondamental pour l'analyse d'échantillons complexes. Cette séparation est fondée soit sur l'utilisation du flux électrocinétique soit sur un principe de chromatographie. Parmi les différentes techniques, l'électrophorèse capillaire (EC) permet des séparations efficaces, rapides et sur de très faibles volumes d'échantillon. Un autre avantage de l'EC est qu'elle ne nécessite qu'une instrumentation simple,...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ANASTAS (P.T.), WARNER (J.C.) -   Green chemistry : theory and practice  -  . Edition Oxford University Press New-York (1998).

  • (2) - ANASTAS (P.), FARRIS (C.) -   Benign by design : alternative synthetic design for pollution prevention  -  . Edition American Chemical Society : Washington, DC (1994).

  • (3) - ANASTAS (P.T.), WILLIAMSON (T.C.) -   Green chemistry : frontiers in benign chemical syntheses and processes.  -  Oxford University Press (1999).

  • (4) - SARRADE (S.) -   Quelles sont les ressources de la chimie verte ?  -  EDP Sciences (2008).

  • (5) - BRESSON (C.), CHARTIER (F.), ANSOBORLO (E.) -   La spéciation en toxicologie.  -  L'actualité chimique, n˚ 367-368, octobre-novembre 2012.

  • (6) - BENDICHO (C.), LAVILLA (I.), PENA-PEREIRA (F.), ROMERO (V.) -   Green chemistry in...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

1 Sites Internet

NEMI (National Environmental Methods) : Base de données comportant plusieurs centaines de méthodes analytiques à caractère « environnemental ». Index http://www.nemi.gov/

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2 Réglementation

REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals)

RÈGLEMENT (CE) N˚ 1907/2006 du parlement européen et du conseil du 18 décembre 2006 concernant l'enregistrement, l'évaluation et l'autorisation des substances chimiques, ainsi que les restrictions applicables à ces substances (REACH)

http://www.developpement-durable.gouv.fr/REACH,30375.html

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