Etude des artefacts de prélèvement et de la
distribution gaz-particules des HAP
Résumé
Atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) has been widely studied since several years because of their human health impact. Due to their physico-chemical properties, PAH in the atmosphere are present in particulate and gaseous phase. This gas-particle partitioning has a strong influence on PAH fate (degradation or deposition) and their health impact. So, for their study, a simultaneous samplig in the two atmospheric phases is necessary. In addition, the European Union (directive n°2004/107/CE) has recently decided that PAH should be monitored. Benzo(a)pyrene (BaP) has been chosen as tracer to represent this class of molecule. For both gas-particle partitioning study and for BaP monitoring, samplings are commonly carried out using high volume sampler. Unfortunately, several studies show that this kind of sampler induced sampling artefacts which could disturb the determination of the atmospheric concentrations in the two phases.
The aim of this work is to improve the sampling procedure of PAH by the validation of a denuder sampler previously calibrated under laboratory conditions. In this goal several field campaigns were carried out to compare particulate phase sampling and gas-particle partioning with both conventional and denuder samplers. For concentrations in the particulate phase the results showed significant differences between the two samplers which could be important (up to a factor 10), especially for the most reactive PAH such as BaP. This could be the result of degradations occurring on the filter of the conventional sampler during sampling whereas the filter of the denuder sampler is protected from the oxidants by the denuder tube. The importance of the degradation artefact seems more linked to “the aged of particle” than to the concentrations of oxidant. On the other hand, no relevant differences were observed for the partition study of this kind of semi-volatil coumpounds between the two devices. Finally we conceived and realised an experimental device in order to study the reactivity of PAH occuring in the denuder tube during sampling. The study have been realised for naphthalene with ozone as oxidant.
The aim of this work is to improve the sampling procedure of PAH by the validation of a denuder sampler previously calibrated under laboratory conditions. In this goal several field campaigns were carried out to compare particulate phase sampling and gas-particle partioning with both conventional and denuder samplers. For concentrations in the particulate phase the results showed significant differences between the two samplers which could be important (up to a factor 10), especially for the most reactive PAH such as BaP. This could be the result of degradations occurring on the filter of the conventional sampler during sampling whereas the filter of the denuder sampler is protected from the oxidants by the denuder tube. The importance of the degradation artefact seems more linked to “the aged of particle” than to the concentrations of oxidant. On the other hand, no relevant differences were observed for the partition study of this kind of semi-volatil coumpounds between the two devices. Finally we conceived and realised an experimental device in order to study the reactivity of PAH occuring in the denuder tube during sampling. The study have been realised for naphthalene with ozone as oxidant.
Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans l'atmosphère sont largement étudiés depuis de nombreuses années, en raison de l'impact sanitaire de ces composés sur l'homme. Du fait de leurs propriétés physico-chimiques, les HAP se répartissent dans les phases gazeuses et particulaires. Cette partition gaz-particule influe sur leur devenir (transport et réactivité) et sur leur impact sanitaire. Ceci rend nécessaire le prélèvement simultané dans les deux phases. Par ailleurs le parlement européen (directive fille n°2004/107/CE) a récemment décidé qu'ils devaient faire l'objet d'une surveillance et le benzo(a)pyrène (BaP) a été choisi comme étant représentatif de cette classe de composés. Dans les cas d'une étude gaz-particule des HAP ou d'un suivi réglementaire (du B(a)P en phase particulaire) la mesure est généralement effectuée par préleveur conventionnel haut volume. Or, de nombreux auteurs ont montré que ce type de préleveur engendrait de multiples artefacts.
Ce travail a pour objectif d'améliorer la mesure biphasique des HAP (et plus généralement des composés organiques semivolatils) en validant un tube dénudeur préalablement calibré en laboratoire. Pour cela nous avons réalisé plusieurs campagnes de terrain afin de comparer le préleveur dénudeur au préleveur conventionnel. Les résultats nous ont permis d'observer des différences parfois très importantes entre les préleveurs notamment pour les HAP les plus réactifs (dont le BaP). Ceci semble indiquer une dégradation des HAP particulaires sur le filtre du préleveur conventionnel tandis que le filtre du préleveur dénudeur est protégé des oxydants gazeux par le tube dénudeur. Néanmoins, l'ampleur de cette dégradation n'est pas une fonction linéaire de la quantité d'oxydants. Elle semble être influencé par d'autres paramètres, tels que l'état de "vieillissement" de la particule. Enfin nous avons conçu et réalisé un dispositif expérimental permettant d'étudier la dégradation potentielle des HAP à l'intérieur du tube durant le prélèvement. Cette étude a été réalisée pour le naphtalène avec l'ozone comme oxydant.
Ce travail a pour objectif d'améliorer la mesure biphasique des HAP (et plus généralement des composés organiques semivolatils) en validant un tube dénudeur préalablement calibré en laboratoire. Pour cela nous avons réalisé plusieurs campagnes de terrain afin de comparer le préleveur dénudeur au préleveur conventionnel. Les résultats nous ont permis d'observer des différences parfois très importantes entre les préleveurs notamment pour les HAP les plus réactifs (dont le BaP). Ceci semble indiquer une dégradation des HAP particulaires sur le filtre du préleveur conventionnel tandis que le filtre du préleveur dénudeur est protégé des oxydants gazeux par le tube dénudeur. Néanmoins, l'ampleur de cette dégradation n'est pas une fonction linéaire de la quantité d'oxydants. Elle semble être influencé par d'autres paramètres, tels que l'état de "vieillissement" de la particule. Enfin nous avons conçu et réalisé un dispositif expérimental permettant d'étudier la dégradation potentielle des HAP à l'intérieur du tube durant le prélèvement. Cette étude a été réalisée pour le naphtalène avec l'ozone comme oxydant.
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