Origine et réactivité des matières organiques dissoutes complexes : une nouvelle approche moléculaire des rapports isotopiques 13C/12C par couplage irm-LC/MS
Résumé
Le couplage chromatographie gazeuse - spectrométrie de masse pour les isotopes stables (GC-irMS) a rendu possible l'identification des δ13C sur les composants individuels des matières organiques complexes, apportant une solution au problème de la représentativité des mesures moyennes effectuées sur la MO totale des sédiments, mélange de composés aux sources et évolutions diagénétiques très différentes. Ce couplage s'est révélé intéressant pour le traçage de composés lipidiques, dits « biomarqueurs » mais, lié aux contraintes de la séparation chromatographique en phase gazeuse, il ne permet pas l'étude des biomolécules polaires de masses moléculaires élevées ou des substances dissoutes complexes des eaux naturelles. Le nouveau couplage d'une chromatographie liquide et d'un spectromètre de masse pour les isotopes stables (irm-LC/MS) récemment mis au point par la société Thermo Electron, s'avère prometteur pour les Géosciences de l'Environnement. Ce dispositif a été testé sur des glycoprotéines extraites de carbonates microbiens, ainsi que sur des substances humiques dissoutes, extraites d'eau de sols et de mangroves. Glycoprotéines des matrices organiques solubles extraites de carbonates microbiens Dans cet exemple, la matière organique a été extraite des grains de carbonate de calcium qui se forment au sein de tapis microbiens colonisant le fond des mares d'eaux saumâtres dans les atolls Polynésiens (« kopara », atoll de Hao). Les valeurs du rapport isotopique du carbone (δ13C) ont été mesurées en mode « Injection globale », sur l'extrait organique total et comparées aux mesures réalisées en ligne avec une séparation par gel filtration (colonne Thermo Biobasic SEC300). Le matériel organique analysé se décompose en 3 fractions montrant des δ13C très distincts : -17,36‰ pour les composés de masses moléculaires élevées, -27,54‰ pour la fraction intermédiaire, -38,46‰ pour les petites molécules. Les caractéristiques isotopiques de chaque fraction individuelle participent à la composition du signal moyen dans le matériel non-fractionné et seul le δ13C de la fraction de masse moléculaire élevée correspond à celui de la matière organique cyanobactérienne (EPS et gaines en cours de dégradation). Les autres fractions correspondraient à des composants issus du phytoplancton et des végétaux terrestres. Leurs proportions relatives, dans la composition globale de la matrice organique intraminérale, et les fluctuations de leur représentation en profondeur du sédiment, expliquent les variations du δ13C global. Substances humiques dissoutes extraites par interaction hydrophobe (XAD8-XAD4) Dans cet exemple, des matières organiques dissoutes (MOD) d'eau de sols hydromorphes (La Châtre, France) et de mangroves (Sepetiba, Brézil), d'abord concentrées et fractionnées en composés hyrophobes acides (XAD8) et hydrophiles acides (XAD4), ont été analysées, comme ci-dessus, en mode « Injection globale » et par couplage gel filtration -irMS. Seule une fraction moléculaire (inférieure à 5KD) a pu être analysée isotopiquement avec ce modèle de colonne (SEC300). On n'observe donc qu'une différence légère entre les valeurs de δ13C des fractions globales et celles des molécules séparées par gel filtration (+1‰ en moyenne). Les fractions plus hydrophiles sont systématiquement enrichies en 13C (+1‰ également) par rapport aux plus hydrophobes. Les résultats attestent l'excellente répétitivité et sensibilité du dispositif de couplage irm-LC/MS. Les quantités de MO utilisées auraient été très insuffisantes pour l'obtention de mesures par un spectromètre de masse, dans sa configuration classique.