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**Quantité de matière

La notion de métrologie en chimie est récente si on se réfère aux grandeurs physiques. En effet le comité du BIPM qui traite spécifiquement de la métrologie chimique, le Comité Consultatif pour la Quantité de Matière (CCQM), a été créé seulement en 1993. Par ailleurs, la métrologie chimique n'a pas atteint le même niveau de développement dans chacun de ses principaux domaines. En particulier dans le domaine organique et surtout dans celui des analyses biologiques où la question de la traçabilité des mesures et même de la définition du mesurande se pose encore pour de nombreuses analyses de routine.

Les directives européennes et leurs déclinaisons nationales constituent des moteurs puissants pour le développement de références métrologiques. Par exemple la loi sur l'air et l'utilisation rationnelle de l'énergie du 30 décembre 1996 a été déterminante pour la structuration des études à mener en chimie analytique dans le domaine des gaz. De même la directive européenne sur les précurseurs d'ozone (composés organiques volatils) de 2002 oriente de nombreuses activités dans ce domaine. De manière identique, la directive européenne du 23 octobre 2000, qui établit un cadre pour une politique communautaire dans le domaine de l'eau, induit des études visant au développement de références métrologiques dans les domaines de la chimie analytique organique et inorganique.

Quatre sous-domaines, correspondants aux disciplines classiques de la chimie, sont couverts par des activités métrologiques : gaz, inorganique, organique, et électrochimie. Il est important de noter que ces sub-divisions deviennent artificielles car les champs d'application apparaissent comme plus pertinents au regard des enjeux sociétaux où la métrologie chimique joue un rôle considérable : protection du consommateur, qualité de l'environnement et santé par exemple.

Métrologie chimique appliquée aux gaz

Pour des raisons historiques, il s'agit du domaine le plus avancé pour la mise en place d'une chaîne métrologique continue depuis les références métrologiques de plus haut niveau jusque vers les utilisateurs, afin d'assurer et de démontrer la traçabilité des mesures de terrain.

Les principales activités dans ce domaine couvrent la préparation de mélanges gazeux de référence et leur transfert ainsi que les méthodes d'analyse des gaz. Ces activités sont fortement imbriquées puisque dans ce domaine, les compétences métrologiques reposent principalement sur la préparation des étalons de référence ; et l'analyse chimique est alors un outil permettant de vérifier la qualité des mélanges préparés. Néanmoins, le développement de références dans le domaine de l'air intérieur repose plus fortement sur l'acquisition de compétences analytiques. De même, la détermination de la pureté des gaz utilisés dans la fabrication des mélanges gravimétriques exige le développement de nouvelles compétences analytiques.

Principales actions menées par le laboratoire national de métrologie et d'essais:

Installation pour la préparation de mélanges de référence gazeux par méthode dynamique
Installation pour la préparation de mélanges de référence gazeux par méthode dynamique

Chimie analytique inorganique

Ce domaine de la chimie analytique élémentaire présente des besoins importants en termes de traçabilité et d'amélioration des incertitudes, comme par exemple pour les solutions étalons élémentaires commerciales utilisées par les laboratoires pour l’étalonnage de leurs instruments. Un axe majeur dans ce domaine est l'apport des méthodes de référence aux laboratoires d'analyse. Pour cela, le LNE est fortement impliqué dans des études et des développements visant à améliorer la traçabilité des solutions étalons anioniques et à produire des matériaux de référence certifiés (solutions monoélémentaires). Il a par ailleurs initié une collaboration avec les organisateurs d'essais d'aptitude pour assurer la traçabilité de la valeur consensuelle d'un essai interlaboratoire.
La méthode de référence dans le domaine inorganique reste la dilution isotopique, méthode primaire de haute exactitude, mise en oeuvre avec l'ICP-MS (Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry). La validation de cette méthode se poursuit afin de développer les compétences dans les domaines environnemental et agroalimentaire. Les moyens actuels du laboratoire (ICP/MS quadripolaire avec cellule de collisions et ICP à secteur magnétique haute résolution simple collecteur) sont renforcés (couplage avec la chromatographie liquide) pour pouvoir conduire de nouveaux développements dans le domaine de la spéciation des éléments.

Principales actions menées par le laboratoire national de métrologie et d'essais:

Développement de la dilution isotopique

  • étude de l'influence de la correction de biais en masse en dilution isotopique sur les incertitudes de mesure

Spéciation par couplage chromatographie liquide et ICP/MS

  • mise en place des techniques permettant l'analyse par dilution isotopique de composés organométalliques et de différentes formes redox des métaux dans des matrices environnementales et agroalimentaires (mercure et sélénium)

Développement de la chromatographie ionique

  • évaluation de l'exactitude des solutions anioniques commerciales (anions concernés : Br-, Cl-, NO3-, SO42-, PO43-)

Développement de partenariats avec les organisateurs d'essais d'aptitude (AGLAE, BIPEA et AFSSA, ...)

  • fourniture de valeurs de référence et fabrication de matériaux de référence certifiés

Spectromètre de masse à secteur magnétique avec ionisation d'un plasma par couplage inductif (Axiom)
Spectromètre de masse à secteur magnétique avec ionisation d'un plasma par couplage inductif (ICP/MS)

Chimie analytique organique

Il s'agit du domaine le plus récent dans lequel le LNE s'est engagé. Là encore, non seulement les besoins en termes de traçabilité et de niveau d'incertitudes sont évidents, mais ils couvrent un nombre de composés très vaste auquel il est impossible de répondre dans leur totalité. Le LNE a récemment renforcé son potentiel technique par la mise en place d'un système de chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (HPLC/MS-MS). L'objectif principal est le développement des méthodes primaires d'analyse de pesticides dans des matrices environnementales et agroalimentaires par dilution isotopique. Ces méthodes de haute exactitude permettent d’assigner une valeur de référence à des matériaux. Le laboratoire produit actuellement de tels matériaux de référence certifiés pour un nombre important de pesticides dans des matrices environnementales. Ces matériaux, mis à la disposition des laboratoires d’analyse des eaux permettent d’étalonner les instruments et de valider les protocoles analytiques. Récemment, le LNE a orienté de nouvelles études dans le domaine biomédical avec le développement de méthodes primaires pour l'analyse de l'hémoglobine glyquée et du glucose, indicateurs essentiels pour le traitement du diabète.

Principales actions menées par le laboratoire national de métrologie et d'essais:

Métrologie organique par dilution isotopique

  • poursuite du développement de nouvelles méthodes en dilution isotopique (GC/MS) pour les biphényls polychlorés (PCB) et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans des matrices environnementales
  • analyse des pesticides dans les eaux par HPLC/MS-MS
  • Analyse des pesticides dans des matrices agro-alimentaires (céréales, biscuits..) par HPLC/MS-MS
  • Fiabilité des analyses médicales. Démonstration et application au dosage du glucose et de l'hémoglobine glyquée

chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem
Chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem

Electro-chimie

La mesure du pH et de la conductivité est très importante dans le contrôle des procédés industriels. Pour assurer la fiabilité des mesures, il est nécessaire de bâtir en France une structure métrologique pour les mesures de pH permettant le raccordement des mesures effectuées par les laboratoires, mais aussi pour le raccordement des appareils de mesure de pH in situ. Pour la conductivité, les études visent à répondre aux demandes industrielles en proposant des possibilités de raccordement dans le domaine des très faibles conductivités. Mais on observe aussi depuis quelques années une très nette augmentation de la demande de prestations d'étalonnage de conductimètres, de la part d'industriels de différents secteurs. Pour cela le LNE a développé deux bancs primaires pour les mesures de conductivité dans différentes gammes.

Principales actions menées par le laboratoire national de métrologie et d'essais:

Développement de références en pH-métrie

  • certification de matériaux primaires solides (pH 7 et 10) ;
  • construction et validation de bancs secondaires;
  • vérification des solutions étalons commerciales
  • évaluation des instruments de mesure in situ
  • développement de références dans des milieux spécifiques (environnement, santé)

Développement de références en conductimétrie

  • validation du banc de mesure de conductivité électrique basé sur la cellule de Jones
  • mise en oeuvre de la cellule de Van der Pauw dans le domaine des très faibles conductivités (inférieures à 10-3 S.m-1)

Banc primaire de mesure du pH
Banc primaire de mesure du pH

Cellule van der pauw
Cellule van der pauw