Utilisation des plans d'expérience pour la mise au point d'une méthode d'extraction liquide solide de pesticides chlorés dans l'eau

Statistical factorial experimental design for the optimization of solid-phase extraction of chlorinated pesticides from water

¹ Centre de Recherche et de Contrôle de l'Eau de Paris 144, avenue Paul-Vaillant-Couturier - 75014 Paris
² Ecole d'Application du Service de Santé des Armées 1, place A.-Laveran - 75230 Paris Cedex

Résumé

Les pesticides organochlorés sont des micropolluants organiques des ressources en eaux dont les processus analytiques imposent une étape de prétraitement pour extraction et concentration. La méthode normalisée prévoit une extraction liquide/liquide à l'hexane, solvant dont la toxicité est avérée, tant sur le plan humain que pour l'environnement. Le travail présenté décrit la mise au point et l'optimisation d'une méthode d'extraction en phase solide. Pour limiter le nombre d'essais tout en explorant un maximum de paramètres (type de cartouche, débit d'élution, solvant d'élution, temps de séchage de la cartouche), l'optimisation a été réalisée à l'aide des plans d'expérience de Box-Behnken et de la méthode simplex. Les critères de qualité présentés par le nouveau protocole d'extraction (répétabilité, reproductibilité, limite de détection, domaine de linéarité) sont similaires à ceux de la méthode normalisée. Cette méthode liquide/solide peut donc être considérée comme intéressante en tant qu'alternative à la méthode actuelle, compte tenu de ses caractéristiques moins polluantes et de ses qualités techniques.

Abstract

Solid-phase extraction (SPE) is a very attractive choice for the trace enrichment of samples prior to instrumental analysis owing to its many advantages over conventional liquid-liquid extractions, such as the decreased use of hazardous solvents and high extraction efficiency and convenience in automation. The process of developing an SPE method often involves the investigation of many variables which may affect the efficiency of SPE and the selection of suitable levels for each variable (optimization). In recent years, some systematic methods such as simplex optimization and factorial design have been adopted to search efficiently for optimum conditions for an analysis. Four variables that may affect the extraction efficiency and the possible interactions (the sorbent type, the elution method, the time for air-drying the trap, and the pesticide concentration in water) were examined by using a systematic approach based on factorial design, followed by a simplex optimization, for the examination of the relevant parameters.

Based on the results of 27 experiments, the conditions for the extraction of pesticides from one litre of spiked water were chosen as follows: C₁₈ as extraction cartridge, methanol as preconditioning solvent, elution by an hexan: aceton mixture (60:40), air-drying time 42 min. Under optimum conditions, the recoveries for 9 chlorinated pesticides averaged 80%, the detection limits ranged from 1 to 10 ng/l depending on pesticide, repeatability was 20% and reproducibility from 15 to 43%.

As an example, an off-line SPE approach for extracting 9 pesticides from resource water was compared to a liquid-liquid extraction on the same samples. The results were statistically the same and this SPE pretraitment method may be considered as an alternative method of the conventional method.