Eau ultra-pure pour l'analyse des métaux dans les laboratoires agréés du secteur agroalimentaire

L'analyse multi-éléments, qui comprend l'ICP-MS (spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif) et l'ICP-OES (spectroscopie d'émission optique à plasma à couplage inductif), est l'une des méthodes d'analyse les plus couramment utilisées pour surveiller la contamination environnementale et contrôler la qualité des aliments afin d'évaluer les risques pour la santé. Des méthodologies spécifiques ont été mises au point pour séparer et détecter de manière fiable les éléments réglementés (et non réglementés) dans des échantillons alimentaires et d'eau, en un seul cycle d'analyse.

Analyse élémentaire d'échantillons alimentaires et d'eau

Risques liés à la contamination par les métaux lourds dans le domaine de la sécurité alimentaire

Les concentrations environnementales des éléments ne cessent d'augmenter en raison des activités agricoles, industrielles et autres activités humaines. Des études révèlent que certains métaux (par exemple, As, Cd, Hg et Pb) présentent une toxicité (notamment neurologique, cardiovasculaire, dermatologique, hépatique, néphrotique, immunologique et reproductive), tandis que d'autres apportent des bienfaits nutritionnels (Cu, Co, Fe, K, Mn, Zn).^1,2 Les risques pour la santé liés aux métaux toxiques dépendent de leur concentration et de la durée d'exposition. Plusieurs régions du monde sont touchées par la contamination de l'eau potable³ et des aliments.⁴ C'est pourquoi la réglementation évolue afin de permettre une mesure efficace et normalisée de ces substances chimiques toxiques.

Conformité réglementaire pour une eau potable et des produits alimentaires sûrs

Des teneurs maximales en contaminants élémentaires dans les denrées alimentaires et l’eau potable ont été établies pour protéger la santé humaine et l’environnement. Les analyses multi-éléments contribuent à la conformité aux directives locales, nationales et internationales. Les normes de qualité de l’eau sont fixées par l’Organisation mondiale de la santé (OMS)⁵ et les réglementations sont mises en œuvre par chaque pays.

En Europe et aux États-Unis, la directive européenne sur l’eau potable⁶ et la loi américaine sur la salubrité de l’eau potable (Agence de protection de l’environnement)⁷ établissent respectivement des normes visant à garantir la qualité de l’eau du robinet et définissent des méthodes de surveillance des niveaux de contaminants.

En ce qui concerne les produits alimentaires, le règlement (CE) n° 1881/2006 de la Commission européenne8^,9 a été utilisé pour fixer des niveaux acceptables pour le Cd, le Hg, le Pb et le Sn inorganique. La FDA américaine fournit des lignes directrices à l'industrie concernant l'As et le Pb¹⁰ et, en 2021, la FDA a lancé le programme « Closer to Zero » (Plus près de zéro) afin de cibler un plus large éventail de métaux. L'objectif de ce programme est de réduire au minimum l'exposition alimentaire aux contaminants, tout en garantissant l'accès à des aliments nutritifs, en particulier pour les bébés et les jeunes enfants.

Importance de l'eau purifiée dans les analyses en laboratoire

Pour répondre aux exigences des clients, il est important que les laboratoires d'essais utilisent de l'eau de haute pureté afin de garantir la précision et l'exactitude lors de la mesure de ces éléments critiques. L'eau est utilisée à chaque étape des analyses effectuées par ICP-OES ou ICP-MS, notamment :

• En tant que blanc de réactif
• Pour la préparation des échantillons et des étalons
• Pour le nettoyage des instruments et des récipients d'échantillons

Les laboratoires doivent avoir confiance dans la haute qualité et la constance de leur eau purifiée, car les contaminants présents dans l'eau peuvent nuire au fonctionnement optimal des instruments, provoquer des interférences et compromettre la fiabilité des résultats.

Étude : Contrôle qualité des aliments et de l'eau potable en bouteille à l'aide d'eau ultra-pure Milli-Q^®

Nous avons évalué l'utilisation d'eau ultra-pure fournie par un système de purification d'eau Milli-Q^® IQ 7000 pour l'analyse multi-élémentaire de divers échantillons d'aliments et d'eau potable en bouteille. Nous avons sélectionné des échantillons alimentaires (thon, riz, compote de pommes, viande rouge et huîtres) souvent soupçonnés d'être contaminés par des métaux toxiques. Les échantillons d'eau potable en bouteille ont été choisis en sachant que l'analyse de l'eau est soumise à des réglementations. Le contrôle qualité a été réalisé conformément aux réglementations de l'UE.^8,9

Méthodes d'analyse et matériel

Contaminants métalliques réglementés : chrome, cadmium, mercure, plomb, étain et autres

Afin d'évaluer la conformité aux exigences de l'UE concernant les éléments toxiques (Cd, Cr, Hg, Pb, Sn), des méthodes validées ont été utilisées pour analyser des échantillons alimentaires couramment testés par les laboratoires d'analyse alimentaire et environnementale. Bien qu'aucune limite réglementaire ne soit fixée pour d'autres métaux lourds au niveau européen, les organismes de réglementation français ont établi des seuils de notification pour certains métaux (Al, Co, Cr, Ni, Se, Zn) afin de contrôler la sécurité et la qualité alimentaires (telles que la contamination, l'authenticité et la traçabilité des produits).

Analyse élémentaire par ICP-MS et paramètres de l'instrument

Les analyses ont été réalisées par le laboratoire accrédité d'analyse de l'environnement, des aliments et des boissons situé en Vendée, en France.¹¹ Le laboratoire a effectué des analyses multi-éléments sur des échantillons alimentaires et d'eau potable en bouteille à l'aide de la technique ICP-MS. Chaque échantillon a été analysé trois fois, et les résultats ont été exprimés sous forme de moyennes, d'écarts-types et d'écarts-types relatifs.

• Les échantillons alimentaires ont été analysés conformément à l'initiative du gouvernement français, la méthode d'analyse ANSES/LSAliments-LSA-0084 pour ^{la sécurité} alimentaire12 (pour l'As, le Cd, le Hg et le Pb) ou une méthode ICP-MS interne (basée sur la méthode ANSES/LSAliments-LSA-0084 pour l'Al, le Cr, le Co, le Cu, le Ni, le Se, le Sn et le Zn).
• Les échantillons d’eau potable en bouteille ont été analysés selon deux méthodes différentes. La méthode 1 s’appuyait sur la directive 2020/2184⁶ relative à la qualité de l’eau destinée à la consommation humaine. Les limites de détection (LOD, concentration minimale pouvant être détectée de manière fiable à l’aide d’une méthode d’analyse) ont été évaluées et calculées conformément à la norme NF EN 17294-1-2004.¹³ Les limites de quantification (LOQ, concentration minimale de l'élément pouvant être mesurée avec précision à l'aide d'une méthode d'analyse) ont été fixées conformément à l'arrêté du 19/10/20171⁴ et validées dans la matrice selon la norme NF T 90-210. La méthode 2, dérivée de la norme NF EN 17294-1-2016,¹⁵ a été développée par le laboratoire pour analyser de faibles concentrations d'éléments dans des échantillons d'eau.

Les paramètres de l'instrument ICP-MS (tableau 1) ont été sélectionnés pour obtenir un niveau élevé de sensibilité, de fiabilité, d'exactitude et de précision.

Produits chimiques et source d'eau

De l'eau ultrapure [18,2 MΩ.cm, carbone organique total (COT) < 5 µg/L] fournie par un système de purification d'eau Milli-Q^® IQ 7000 a été utilisée pour préparer les échantillons et les solutions d'étalonnage, conformément aux normes réglementaires susmentionnées. Le système d'eau était équipé d'un filtre Millipak^® au point de distribution, qui contient un filtre à membrane de 0,22 µm pour garantir l'élimination des particules et des bactéries. L'acide nitrique ultrapur a été obtenu par distillation. Les solutions étalons ont été achetées auprès de Tech Lab.

Solutions d'étalonnage

Les solutions d'étalonnage ont été préparées à partir de solutions mères par dilution à l'aide d'eau ultrapure Milli-Q^® et d'acide nitrique ultrapure fraîchement distribuées. Ces solutions d'étalonnage ont été utilisées pour établir des courbes d'étalonnage et évaluer la linéarité de la plage d'étude de la méthode.

Des courbes d'étalonnage linéaires ont été obtenues

La plage d'étalonnage et la limite de quantification (LOQ) pour chaque élément ont été établies sur la base des teneurs maximales fixées par les organismes de réglementation de l'UE pour chaque élément.^⁶,⁸ Au moins cinq concentrations étalons ont été utilisées pour chaque élément. La figure 1 présente des exemples de courbes d'étalonnage pour le Pb, le Cd, l'As et le Cr dans le cadre de l'analyse d'échantillons de denrées alimentaires et d'eau potable.

Pour l'analyse des denrées alimentaires, la linéarité de chaque courbe d'étalonnage était proche de 1 pour les éléments testés. Les valeurs de la limite de détection (LOD) variaient de 0,0002 à 0,004 mg/kg. Les valeurs de la limite de quantification (LOQ) variaient de 0,005 à 0,25 mg/kg.

Pour l'analyse des échantillons d'eau, la linéarité de chaque courbe étalon était proche de 1 pour les éléments testés. Les valeurs de LOD variaient de 0,004 µg/L à 32 µg/L. Les valeurs de LOQ variaient de 0,01 µg/L à 1 000 µg/L.

Une eau de haute pureté et de qualité constante a contribué à l'obtention de courbes d'étalonnage linéaires. La préparation des étalons d'étalonnage et la dilution des échantillons avec de l'eau de haute qualité garantissent que seuls les éléments analysés sont ceux ajoutés intentionnellement dans les solutions étalons, ce qui évite toute contamination élémentaire susceptible d'entraîner des résultats inexacts et des erreurs dans le processus d'étalonnage. Dans l'ensemble, les courbes d'étalonnage linéaires aident les chercheurs à obtenir des résultats plus précis et fiables avec une plus grande sensibilité (limites de détection plus basses).

Analyse élémentaire d'échantillons alimentaires

Le tableau 2 présente les résultats quantitatifs de l'analyse élémentaire des échantillons alimentaires testés ainsi que les limites de détection (LOD) pour chaque élément. Tous les échantillons se sont révélés conformes à la réglementation fixée par la législation française. L'étude a révélé que les teneurs en arsenic et en mercure dans les aliments peuvent varier considérablement d'une marque à l'autre, et être plus élevées dans les aliments biologiques que dans les aliments conventionnels, probablement en raison de l'environnement de culture. Il est important de noter que cette étude ne permet pas de tirer des conclusions générales sur la qualité des aliments (en raison d'un échantillonnage représentatif limité, d'un échantillonnage aléatoire restreint, etc.) ; son objectif est plutôt de mettre en évidence le rôle de l'eau dans la performance de l'analyse des éléments.

Pour permettre une analyse complète des éléments d'intérêt, il est crucial de minimiser les niveaux de contaminants dans l'eau utilisée pour effectuer l'analyse. Nos résultats montrent que l'eau ultra-pure utilisée dans le processus analytique nous a permis d'atteindre des limites de détection (LOD) basses et d'obtenir des résultats fiables.

Analyse élémentaire de l'eau potable en bouteille

De même, des échantillons provenant de deux marques différentes d'eau en bouteille ont été analysés afin de déterminer les teneurs quantitatives en éléments réglementés et non réglementés conformément à la réglementation de l'UE6 (tableau 3). Toutes les concentrations des éléments préoccupants, tels que le Pb, étaient inférieures aux recommandations de l'OMS.

En utilisant une méthode plus sensible (à savoir la « Méthode 2 », dernière colonne du tableau 3), nous avons en outre démontré que les teneurs en éléments de l'eau ultrapure Milli-Q^® sont conformes aux limites de détection (LOD) calculées pour la méthode établie, la Méthode 1, voire inférieures à celles-ci. Ces résultats confirment l'adéquation de l'eau ultrapure Milli-Q^® pour la réalisation d'analyses sensibles.

Conclusion : Le rôle de l'eau ultra-pure dans l'assurance qualité des analyses ICP-MS et ICP-OES

Lors de la réalisation d'analyses multi-éléments, telles que l'ICP-MS ou l'ICP-OES, il est essentiel d'utiliser de l'eau ultra-pure exempte des éléments analysés. L'absence de métaux et d'autres impuretés dans l'eau ultra-pure Milli-Q^® est indispensable, car ceux-ci peuvent influencer les blancs, les étalons et la préparation des échantillons, le nettoyage des instruments et provoquer des interférences pendant l'analyse.

Cette étude a permis d'établir l'adéquation de l'eau ultrapure Milli-Q^® pour l'analyse élémentaire des produits alimentaires et de l'eau potable, essentielle pour garantir la santé des consommateurs et la qualité des produits. Les systèmes d'eau ultrapure Milli-Q^® facilitent les opérations quotidiennes des laboratoires d'essais opérant dans des environnements normalisés, garantissant une qualité d'eau constante pour des résultats analytiques fiables, reproductibles et répétables. De plus, les systèmes de purification de l'eau assurent la traçabilité des données, un aspect critique pour les laboratoires soumis à des audits.

Une gamme de solutions de purification de l'eau est disponible, conçue pour répondre aux besoins des scientifiques travaillant dans des laboratoires d'analyse environnementale et des aliments et boissons.