Laboratoire

Hydrocarbures biogéniques et pétrogéniques

sep. 19 2019

Nouvelle méthode pour la séparation et la quantification des hydrocarbures pétrogéniques et biogènes dans un échantillon de sol

Les échantillons de sol qui contiennent un taux élevé de matières biologiques organiques présentes naturellement (biogènes) peuvent se traduire en faux positifs lors de la mesure des hydrocarbures pétroliers (HCP) ; si elles ne sont pas correctement retirées de l’échantillon extrait, ces matières biogènes s’intègrent au résultat d’HCP déclaré, ce qui peut donner des concentrations supérieures aux normes réglementaires. Cela peut entraîner des activités correctives coûteuses malgré l’absence d’impact notable lié aux HCP.

Renseignements généraux

Les méthodes prescrites pour retirer les matières biogènes peuvent s’avérer inefficaces lorsque la teneur en matières organiques excède la capacité des procédures de nettoyage pour ce faire. Dans ce cas, il est possible d’identifier les hydrocarbures non pétroliers par analyse GC-MS, mais cela ne permet pas de quantifier la part occupée par les matières biogènes dans l’échantillon, et donc dans le résultat d’HCP. Cette approche est souvent décevante en raison de la coélution des HCP. Il existe d’autres approches, notamment :

  1. L’évaluation visuelle des chromatogrammes GC pour repérer les pics d’hydrocarbures biogènes caractéristiques ;
  2. L’application du calcul de l’indice biogène (albertain) pour identifier les faux excédents ;
  3. L’évaluation GC globale en deux dimensions de la proportion de la surface de pic dans l’espace 2D caractéristique des hydrocarbures biogènes.

Bien qu’elles soient utiles pour détecter un éventuel biais lié à des matières biogènes, ces méthodes ont cependant des limites :

  1. Elles n’optimisent pas toujours l’isolement de l’ensemble des matières biogènes par rapport aux pétrogéniques ;
  2. Les extraits destinés aux analyses GC-MS peuvent contenir des substances interférentes empêchant l’identification précise des matières biogènes ;
  3. Les résultats ne sont pas obtenus conformément aux procédures prescrites par le CCME.

Le Groupe de recherche et développement en environnement des Laboratoires Bureau Veritas a mis au point une nouvelle méthode pour la séparation et la quantification des hydrocarbures pétrogéniques et biogènes dans les échantillons de sol. Cette méthode s’appuie sur un rapport d’Environnement Canada de 2013 [1], qui décrit le fractionnement en colonne et la quantification des composants pétrogéniques et biogènes du biodiesel. Plusieurs substituts de récupération sont utilisés pour vérifier la bonne séparation des deux fractions. La méthode exposée dans ce rapport est apparue bien adaptée, étant donné donné que la variété des matières biogènes dans un biodiesel est similaire à celle des matières organiques dans des échantillons de sol. De plus, les protocoles d’extraction et de quantification décrits dans la méthode d’Environnement Canada sont similaires à ceux prescrits par le CCME pour l’analyse des HCP dans le sol.

La méthode par fractionnement optimise la séparation des hydrocarbures biogènes et pétrogéniques issus de sols contenant une grande variété de matières organiques et contaminés par différents types et quantités d’HCP. Un résumé de la démarche analytique de cette méthode est exposé ci-dessous.

  • Cette méthode utilise la même démarche d’extraction par solvant hexane que celle prescrite par le CCME, mais en extrayant un volume d’échantillon plus important afin de compenser le taux d’humidité élevé des sols organiques.
  • Des substituts F2-F4 standards (CCME) sont ajoutés pour contrôler la récupération des HCP.
  • Des substituts de récupération supplémentaires sont ajoutés avant le fractionnement afin d’en contrôler l’efficacité :
    • Substituts HCP : aliphatiques (alcane) + aromatiques (HAP)
    • Substituts COB : polarité moyenne (ester) + polarité élevée (stérol)
  • La colonne est éluée avec une série de solvants à la polarité croissante.
  • Les fractions contenant des HCP sont regroupées et quantifiées.
  • Les fractions contenant des COB sont regroupées et quantifiées.

Avantages de cette méthode

  • Quantification séparée du contenu pétrolier (HCP) et biogène (COB) des sols.
  • Interprétation simplifiée du chromatogramme.
  • Emploi des méthodes prescrites par le CCME ; les processus d’extraction et les instruments sont identiques à une analyse F2-F4 ordinaire.
  • Communication de résultats quantifiés concernant les matières biogènes en équivalents pétrole (étalon-nage effectué suivant la méthode du CCME pour l’analyse des HCP). Emploi des méthodes prescrites par le CCME ; les processus d’extraction et les instruments sont identiques à une analyse F2-F4 ordinaire.
  • Les substituts de récupération supplémentaires standards, pour les hydrocarbures biogènes et pétroliers, montrent une séparation efficace des HCP et des biogènes .
  • L’extrait biogène est propre, ce qui permet une caractérisation GC-MS précise.

Limites de cette méthode

Il est important de noter que cette méthode ne permet pas une séparation totale des fractions biogènes et pétrogéniques. Les composés biogènes tels que les monoterpènes, diterpènes et sesquiterpènes sont, sur le plan chimique, quasi-identiques aux hydrocarbures pétroliers et ne peuvent être différentiés par fraction-nement en colonne. Cela dit, cette nouvelle méthode permet de réduire notablement les interférences bio-gènes et d’améliorer la méthode existante du CCME pour quantifier les vrais hydrocarbures pétrogéniques.

Références

[1] Yang, Z. et coll. J. Sep. Sci. 2013, 36, 1788-1796.