Dosage des métaux-traces toxiques (nickel, plomb, cadmium, chrome, arsenic, sélénium et mercure) dans le tabac entier : T-306

1.1

La présente méthode s'applique au dosage de traces de métaux toxiques, nickel (Ni), plomb (Pb), cadmium (Cd), chrome (Cr), arsenic (As), sélénium (Se) et mercure (Hg) dans le tabac entier. Elle est conçue pour doser ces métaux en effectuant une seule digestion, puis l'analyse de portions distinctes du produit de digestion.

1.2

Pour effectuer le dosage d'un seul de ces éléments, il faudrait songer à utiliser des techniques de digestion et d'analyses différentes qui soient spécifiques à l'élément.

2.1

Méthode officielle T 115 de Santé Canada, Dosage du goudron, de l'eau, de la nicotine et du monoxyde de carbone dans la fumée principale du tabac, 2016.

2.2

Méthode officielle T-402 de Santé Canada. Préparation de cigarettes, de bâtonnets de tabac, de tabac à cigarette, de cigares, de petits cigares, de kreteks, de bidis, de tabac en feuille, de tabac à pipe ou de tabac sans fumée aux fins d'essais, 2016.

2.3

Organisation internationale de normalisation, ISO 8243, Cigarettes – Échantillonnage, 2013.

2.4

Organisation internationale de normalisation, ISO 15592-1, Tabac à rouler et objets confectionnés à partir de ce type de tabac – Méthodes d'échantillonnage, de conditionnement et d'analyse – Partie 1 : Échantillonnage, 2001.

2.5

AOAC INTERNATIONAL, méthode officielle 966.02, Loss on Drying (Moisture) in Tobacco, Methods of Analysis of the AOAC INTERNATIONAL, 20^ème édition, 2016.

3.1

Pour une définition des termes utilisés dans le présent document, se reporter à la méthode T-301.

4.1

La présente méthode en est une de digestion aux micro-ondes pour préparer des échantillons destinés à une analyse par spectroscopie d'absorption atomique (SAA), par spectroscopie d'émission atomique à plasma induit par haute fréquence (SEA/PIHF) ou par spectrométrie de masse avec plasma induit par haute fréquence (SM/PIHF). Le tabac lyophilisé est broyé et ensuite placé dans un récipient pour digestion aux micro-ondes. Le tabac est ensuite traité avec un mélange d'acide chlorhydrique, d'acide nitrique et de peroxyde d'hydrogène. Le récipient est scellé et placé dans l'appareil de digestion aux micro-ondes qui assurera la dissolution du produit. Une fois la digestion terminée, le récipient est retiré de l'appareil, ramené à la température ambiante et son contenu est transvasé dans une fiole jaugée qui est ensuite complétée avec de l'eau de type I.

4.2

On dose par spectroscopie d'absorption atomique dans un four de graphite (SAA-FG), par SEA/PIHF ou par SM/PIHF le Ni, le Pb, le Cd, le Cr, l'As et le Se en prélevant des portions du produit de digestion. Dans le cas du dosage de As et de Se par SAA-GF, il faut employer un modificateur de matrice pour empêcher la perte d'analyte durant l'analyse.

4.3

Dans le cas du dosage du Hg, on analyse une portion du produit de digestion par spectroscopie d'absorption atomique à vapeur froide. Cette méthode consiste à faire réagir le mercure avec le chlorure stanneux dans un réacteur à débit constant. Une pompe péristaltique force l'agent réducteur et l'échantillon dans un serpentin de mélange jusqu'à un séparateur gaz-liquide. L'azote (ou tout autre gaz inerte) sert de gaz vecteur pour entraîner le mercure en phase vapeur dans une cuve à circulation continue située dans le boîtier du brûleur.

5.1

Lyophilisateur, ou l'équivalent.

5.2

Tubes à culture jetables en verre borosilicaté de 20 mm × 150 mm.

5.3

Tubes à culture, pour la macération des échantillons, de 15 mm × 125 mm.

5.4

Fioles jaugées de 10-100 mL.

5.5

Pipette automatique ou micropipettes.

5.6

Pipette Eppendorf à volume réglable, de 1-5 mL, ou l'équivalent.

5.7

Bouteilles de stockage de 125 mL, en polyéthylène haute densité (HPDE), ou l'équivalent.

5.8

Flacons à scintillation de 20 mL, avec bouchons garnis de matière plastique.

5.9

Spectrophotomètre d'absorption atomique comprenant :

5.9.1

Lampes à cathode creuse pour Ni, Pb, Cd, Cr, As, Se et Hg.

5.9.2

Tubes de partition, à revêtement pyrolytique, ou l'équivalent.

5.9.3

Atomiseur à tube de graphite.

5.9.4

Dispositif de génération de vapeur.

5.10

Autres méthodes d'analyse pouvant être utilisées : SEA/PIHF ou SM/PIHF, ou l'équivalent.

5.11

Analyseur de mercure ou technique équivalente d'analyse à vapeur froide.

5.12

Système de digestion aux micro-ondes comprenant des dispositifs de réglage de la température et/ou de la pression, ou l'équivalent.

5.13

Ensembles (2) de récipients de digestion étanches ou l'équivalent.

5.14

Balance pour analyses, précise à au moins quatre décimales

6.1

Tous les réactifs doivent être, au minimum, de qualité réactif pour analyses.

6.2

Acide chlorhydrique concentré – [7647-01-0], de qualité « pour analyse de traces de métaux » ou l'équivalent.

6.3

Peroxyde d'hydrogène à 32 % – [7722-84-1].

6.4

Acide nitrique concentré – [7697-37-2], de qualité « pour analyse de traces de métaux » ou l'équivalent.

6.5

Acide orthophosphorique – [7664-38-2], de qualité « pour analyse de traces de métaux » ou l'équivalent.

6.6

Chlorure stanneux – [7772-99-8].

6.7

Eau de type I, tel que stipulé dans le tableau 1 de la méthode D1193 de l'ASTM, Processes for Reagent Water Production, Note A.

6.8

Étalons de référence – solutions étalons individuelles à 1000 µg/mL.

7.1

Nettoyer et sécher la verrerie de manière à s'assurer qu'il n'y ait aucune contamination.

8.1

Solution de chlorure stanneux

8.1.1

Peser 125 g de chlorure stanneux dans une fiole jaugée de 500 mL préalablement lavée à l'acide.

8.1.2

Ajouter 100 mL de HCl concentré pour dissoudre complètement le solide.

8.1.3

Laisser la solution revenir à la température ambiante, puis ajouter avec précaution de l'eau de type I pour compléter la fiole.

8.1.4

Bien mélanger et transvaser la solution dans le flacon de 500 mL relié au canal pour agent réducteur dans le système de production de vapeur.

9.1

Solutions mères étalons et dilutions requises

9.1.1

Préparer tous les étalons en solution acide à 10 % (v/v).

9.1.2

La concentration de toutes les solutions mères commerciales est de 1000 µg/mL, afin d'en assurer la stabilité.

9.1.3

La concentration de l'étalon primaire est de 1000 µg/mL.

9.1.4

La concentration de l'étalon secondaire (As et Se) est de 1 mL d'étalon primaire dans 10 mL de solution acide, soit 100 µg/mL.

9.1.5

Étalon mixte : 100 µL de chaque étalon primaire de Pb, de Ni et de Cd; 25 µL de l'étalon primaire de Cr et 100 µL de l'étalon secondaire d'As et de Se dans 100 mL de solution acide. Les concentrations de Pb, Ni et Cd sont de 1 µg/mL, celle de Cr est de 0,25 µg/mL et celles de As et Se sont de 0,10 µg/mL.

9.1.6

Préparation des étalons de travail (ng/mL)

9.1.7

Étalons de mercure

9.1.7.1

Préparer les étalons de Hg pour le dosage à vapeur froide avec les mêmes concentrations d'acides et les mêmes rapports que ceux des échantillons. Selon la méthode de digestion recommandée, ceux-ci seraient : HCl à 8 % (v/v) et HNO₃ à 5 % (v/v).

9.1.7.2

L'étalon mère commercial, en solution acide de HNO₃ à 10 % (v/v), a une concentration de 1000 g/mL, afin d'en assurer la stabilité.

9.1.7.3

Pour obtenir les dilutions requises, préparer un étalon secondaire dont la concentration sera 1 µg/mL, lui aussi en solution acide de HNO₃ à 10 % (v/v). Cet étalon secondaire dilué n'est stable que pendant une semaine.

9.1.7.4

La concentration de l'étalon primaire est de 1000 µg/mL.

9.1.7.5

La concentration de l'étalon secondaire est de 100 µL d'étalon mère primaire dans 100 mL, soit 1 µg/mL.

9.1.7.6

Préparation des étalons de travail (ng/mL)

10.1

L'échantillonnage des cigarettes à tester doit être effectué conformément à la norme ISO 8243.

10.2

L'échantillonnage des kreteks, des petits cigares, des bidis, des bâtonnets de tabac aux fins des tests doit être effectué conformément à la norme ISO 8243, mais modifié en remplaçant le terme cigarettes par kreteks, petits cigares, bidis ou bâtonnets de tabac, pour lesquels le terme carton est équivalent à 200 unités.

10.3

L'échantillonnage des cigares aux fins des tests doit être effectué conformément à la norme ISO 8243, mais modifié en remplaçant le terme cigarettes par cigares, pour lesquels 200 unités de cigarettes est équivalent à 200 grammes de cigare.

10.4

L'échantillonnage du tabac à cigarette aux fins des tests doit être effectué conformément à la norme ISO 15592-1

10.5

L'échantillonnage des feuilles de tabac, du tabac à pipe et du tabac sans fumée aux fins des tests doit être effectué conformément à la norme ISO 15592-1, mais modifié en remplaçant le terme tabac à rouler par le terme feuilles de tabac, tabac à pipe ou tabac sans fumée.

11.1

Préparer les produits du tabac à tester en suivant la méthode T-402.

12.1

Lyophilisation des échantillons

12.1.1

Mettre environ 3 g de tabac ou de produit du tabac dans un contenant à scintillation de 20 mL avec bouchon, pesé au préalable.

12.1.2

Peser le contenant avec le tabac et noter le poids total du tabac et du contenant à scintillation bouché.

12.1.3

Conserver les échantillons au congélateur ou dans le lyophilisateur, afin de congeler le produit à une température inférieure à celle de l'eutectique pendant au moins une heure, avant d'effectuer la lyophilisation.

12.1.4

Desserrer les bouchons des flacons pour permettre à l'humidité de s'échapper du tabac avant d'effectuer la lyophilisation; introduire les flacons dans le lyophilisateur ou relier le congélateur où ils se trouvent au lyophilisateur.

12.1.5

Après au moins 48 heures, retirer les flacons de l'appareil et resserrer immédiatement les bouchons afin d'empêcher une ré-absorption de l'humidité de l'air ambiant.

12.1.6

Peser les contenants à scintillation avec le tabac lyophilisé (et leurs bouchons) et noter le poids total. Calculer la teneur en pourcentage d'humidité.

12.2

Broyage des échantillons

12.2.1

Broyer le tabac en introduisant directement un tube à centrifugeuse de 15 mm × 125 mm dans le contenant à scintillation contenant le tabac séché et en s'en servant pour broyer le tabac, tout comme avec un mortier et un pilon.

12.2.2

Une fois le broyage du tabac terminé, essuyer les particules de tabac adhérant au tube à l'aide d'un chiffon de laboratoire avant de traiter l'échantillon suivant.

12.3

Digestion des échantillons

12.3.1

Peser 1 g (± 0,1 g) de tabac broyé dans le contenant du récipient de digestion.

12.3.2

Ajouter 8 mL de HCl concentré et agiter doucement; s'assurer que tout le tabac est recouvert d'acide.

12.3.3

Ajouter en agitant 3 mL de HNO₃ concentré et laisser reposer le tout jusqu'à disparition de l'action moussante et des vapeurs brun orangé (qui indiquent la formation de NO_x).

12.3.4

Ajouter 10 mL de HNO₃ à 10 %.

12.3.5

Ajouter 2 mL de peroxyde d'hydrogène, en prenant soin d'éviter toute effervescence excessive.

12.3.6

Laisser reposer les échantillons jusqu'à disparition de l'effervescence (environ 30 minutes).

12.3.7

Ajouter 10 mL de HNO₃ à 10 %.

12.3.8

Boucher le récipient à digestion.

12.3.9

Installer le récipient à digestion sur le plateau rotatif et le verrouiller en place.

12.3.10

Introduire l'échantillon ayant le poids le plus grand (c'est-à-dire l'échantillon le plus réactif) dans le récipient de référence pour surveiller la température ou la pression, ou les deux, et, de ce fait, contrôler le processus de digestion.

12.3.11

Charger le plateau rotatif avec les échantillons dans l'appareil de digestion aux micro-ondes et procéder à la digestion, conformément aux instructions de l'annexe 1 : Paramètres de digestion aux micro-ondes.

12.3.12

Une fois l'étape de digestion terminée, retirer le plateau rotatif du four micro-ondes et laisser les échantillons revenir à la température ambiante avant d'ouvrir le dispositif.

12.3.13

Examiner le produit de digestion. Si la digestion semble incomplète, ajouter prudemment de 2 à 4 mL supplémentaires de peroxyde d'hydrogène et remettre les récipients au four à micro-ondes pour une digestion secondaire.

12.3.14

Transvaser le produit de digestion dans une fiole jaugée de 100 mL et remplir au trait avec les eaux (eau de type I) de lavage du récipient à digestion.

12.3.15

Effectuer le dosage du Hg dans les 48 heures suivant la digestion de l'échantillon.

12.3.16

Transvaser le contenu de la fiole dans un flacon de stockage de 125 mL en HDPE rincé au préalable.

12.4

Dilutions des échantillons requises pour l'analyse élémentaire

12.4.1

Dans le cas des analyses effectuées à l'aide de méthodes utilisant un four en graphite, la dilution des échantillons pourrait être nécessaire afin que leur absorbance se situe dans l'intervalle d'étalonnage approprié, avec un bon rapport signal-bruit et un effet de matrice très faible.

12.4.2

Le dosage de Hg ne nécessite aucune dilution des échantillons.

13.1

Dosage de Ni, de Pb, de Cd, de Cr, d'As et de Se par spectroscopie d'absorption atomique dans un four de graphite

13.1.1

Effectuer l'analyse des échantillons selon les paramètres suggérés à l'annexe 2 : paramètres typiques des appareils.

13.2

Dosage de Ni, de Pb, de Cd et de Cr par SEA/PIHF

13.2.1

Analyser les échantillons avec les paramètres suggérés à l'annexe 3 : paramètres pour la SEA/PIHF.

13.3

Dosage de Ni, de Pb, de Cd, de Cr, d'As et de Se par SM/PIHF

13.3.1

Analyser les échantillons avec les paramètres suggérés à l'annexe 4 : paramètres pour la SM/PIHF.

13.4

Dosage de Hg par spectroscopie d'absorption atomique en vapeur froide

13.4.1

Analyser les échantillons avec les paramètres suggérés à l'annexe 5 : paramètres typiques des appareils.

13.4.2

Doser le Hg dans les 48 heures (de préférence les 24 heures) suivant la digestion des échantillons.

13.4.3

Si les échantillons ne peuvent être analysés dans ce délai, remettre le produit de digestion dans le récipient et effectuer une digestion secondaire.

13.5

Dosage de l'arsenic et du sélénium par production d'hydrure

13.5.1

Analyser les échantillons de l'arsenic et du sélénium par production d'hydrure. Voir les paramètres suggérés à l'annexe 6.

13.6

Calculs

13.6.1

Les résultats obtenus lors de l'étalonnage sont pour une solution et ils sont exprimés en ng/mL. Multiplier cette valeur par le facteur de dilution de l'échantillon et la diviser par le poids initial de l'échantillon avant la digestion, pour obtenir des données exprimées en ng/g.

13.6.2

Convertir les résultats, exprimés en ng/g, en µg/g en les divisant par 1000.

13.6.3

Tous les résultats sont exprimés en « matière sèche ». Ils peuvent être exprimés sur une base « tel que reçu » en utilisant les valeurs de teneur en humidité appropriées.

Voici des exemples de calculs typiques :

Résultat analytique (en « matière sèche ») :

Conversion à une base « tel que reçu » :

où le « % humidité » est déterminé selon la méthode officielle 966.02 de l'AOAC INTERNATIONAL.

14.1

Paramètres de contrôle typiques

14.1.1

Blanc de réactifs (BR)

Chaque série d'analyse doit comprendre un blanc de réactifs (BR) afin de détecter toute contamination pouvant s'être produite lors de la préparation et de l'analyse des échantillons. Le BR est constitué de tous les réactifs utilisés pour exécuter l'analyse des échantillons, manipulés avec tout le matériel employé à cette fin. Le BR est analysé comme s'il s'agissait d'un échantillon.

14.1.2

Blanc fortifié (BF)

Chaque série d'analyse doit comprendre un blanc fortifié (BF) afin de détecter toute perte d'analytes pouvant s'être produite lors de la préparation et de l'analyse des échantillons. Le BF est constitué de tous les réactifs utilisés pour exécuter l'analyse des échantillons, manipulés avec tout le matériel employé à cette fin, et doit avoir été fortifiée par l'ajout d'une quantité connue d'au moins un des analytes d'intérêt. Le degré de fortification doit refléter l'intervalle de résultats caractéristiques de l'échantillon. Le BF est analysé comme s'il s'agissait d'un échantillon.

14.1.3

Matrice fortifiée (MF)

Chaque série d'analyse doit comprendre une matrice fortifiée (MF) afin de détecter toute interférence provenant de la matrice. Lors de la préparation des échantillons et/ou pendant l'exécution des analyses, diviser un échantillon et fortifier une des portions par l'addition d'une quantité connue d'au moins un des analytes d'intérêt. Le degré de fortification doit refléter l'intervalle de résultats caractéristiques de l'échantillon. La MF est analysée comme s'il s'agissait d'un échantillon.

14.1.4

Échantillon de contrôle

Pour évaluer la performance globale d'une méthode d'analyse, procéder à l'analyse d'un échantillon de contrôle. En utilisant des méthodes statistiques appropriées, comparer les résultats ainsi obtenus aux « valeurs prévues » obtenues dans le laboratoire ou, en l'absence de tels résultats, aux valeurs publiées dans la littérature. Le laboratoire obtiendra ainsi des données sur l'exactitude et la précision de la méthode d'analyse.

14.1.5

Échantillon-étalon

Pour évaluer la stabilité du système d'analyse, analyser un étalon comme s'il s'agissait d'un échantillon. En utilisant des méthodes statistiques appropriées, comparer les résultats ainsi obtenus aux concentrations prévues.

14.2

Taux de récupération et niveaux de contamination

14.2.1

Les résultats de l'analyse du BR sont habituellement inférieurs à la limite de détection de la méthode (LD).

14.2.2

Valeurs typiques de taux de récupération pour l'analyse du BF :

14.2.3

Les taux de récupération de la MF se situent habituellement dans un intervalle de 80 à 120 %, et ce, pour tous les éléments en question. Ceci est attribuable aux effets de protection causés par la matrice.

14.3

Limite de détection (LD) et limite de quantification (LQ)

14.3.1

Dans le cas du dosage de Hg, de As et de Se, la limite de détection (LD) est égale à la concentration pour laquelle le rapport signal/bruit (S/B) est de 3 à 1.

14.3.2

Dans le cas du dosage de Ni, de Pb, de Cd et de Cr, la limite de détection (LD) est égale à trois fois l'écart-type des résultats obtenus en analysant le blanc approprié (le choix du BR dépend de l'analyte d'intérêt) au moins 10 fois sur une période de plusieurs jours.

14.3.3

Dans le cas du dosage de Hg, de As et de Se, la limite de quantification (LQ) est égale à la concentration de l'étalon le moins concentré utilisé pour préparer la courbe d'étalonnage (à l'exception du blanc).

14.3.4

Dans le cas du dosage de Ni, de Pb, de Cd et de Cr, la limite de quantification (LQ) est égale à 10 fois l'écart-type des résultats obtenus en analysant le blanc approprié (le choix du BR dépend de l'analyte d'intérêt) au moins 10 fois sur une période de plusieurs jours.

14.3.5

Valeurs typiques de LD et de LQ :

14.4

Stabilité des réactifs et des échantillons

14.4.1

Dosage de tous les analytes, sauf Hg

14.4.1.1

Les étalons secondaires et les étalons mères mixtes sont stables pendant une semaine.

14.4.1.2

Préparer de nouvelles solutions d'étalons de travail tous les deux jours.

14.4.1.3

Analyser tous les échantillons dans la semaine suivant la digestion, sinon ils doivent être digérés de nouveau.

14.4.2

Dosage de Hg

14.4.2.1

Tous les échantillons et les étalons de travail doivent être analysés dans les 48 heures (préférablement dans les 24 heures) suivant la digestion.

14.4.2.2

Toutes les solutions utilisées pour les analyses (par exemple, la solution pour la production de l'hydrure) ne sont stables que pendant deux semaines à cause des problèmes possibles de contamination.

15.1

Gawalco, E. J. et al. 1997. Comparison of closed-vessel and focused open-vessel microwave dissolution for determination of cadmium, copper, lead and selenium in wheat, wheat products, corn bran, and rice flour by transverse-heated graphite furnace atomic absorption spectrometry. Journal of AOAC International, 80, 2: 379-387.

15.2

CIRC. 1986. Environmental Carcinogens - Selected Methods of Analysis - Some Metals: As, Be, Cd, Cr, Ni, Pb, Se, Zn. Publication scientifique du CIRC, 8, 71: 129-138.

15.3

Perinelli, M. A.; Carugno, N. 1978. Determination of trace metals in cigarette smoke by flameless atomic absorption spectrometry. Beitrage zur Tabakforschung International, 9, 4: 214-217.

15.4

Varian Australia Pty. Ltd. September 1985. Varian Instruments at Work: Automated Cold Vapor Determination of Mercury: EPA Stannous Chloride Methodology. AA-51.

15.5

Varian Australia Pty. Ltd. May 1986. Varian Instruments at Work: Rapid Determination of Mercury in Fish Tissue, a Rapid, Automated Technique for Routine Analysis. AA-60.

15.6

Westcott, D. T.; Spincer, D. 1974. The cadmium, nickel and lead content of tobacco and cigarette smoke. Beitrage zur Tabakforschung International, 7, 4: 217-221.

15.7

ASTM International, Méthode ASTM D1193-06(2011), Standard Specifications for Reagent Water.