[pt] O cabelo humano pode ser utilizado para verificação do estado de saúde do indivíduo. Para tal, são quantificados os elementos essenciais e tóxicos por espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) em uma amostra de cabelo e os resultados comparados com valores de referência. Com essas informações, o médico pode avaliar se há algum tipo de desequilíbrio mineral ou intoxicação. O cachorro pode ser um bom bioindicador de exposição ambiental já que ele compartilha do mesmo ambiente que o ser humano, bebe a mesma água e, em alguns casos, come o mesmo alimento. O pelo canino tem quase a mesma composição que o cabelo humano, variando somente sua taxa de crescimento. Neste trabalho, desenvolveu-se um método para determinação dos elementos essenciais e tóxicos em pelo canino por ICP-MS. Para tanto, foram otimizados os procedimentos de lavagem do pelo, a massa mínima de amostra para garantir a homogeneidade, e o procedimento de decomposição. Verificou-se que as melhores condições foram: lavagem com água, massa de amostra entre 100 e 300 mg, e decomposição com HNO3 e H2O2. Os resultados foram comparados com os obtidos por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES), técnica já bem estabelecida. O método mostrou-se versátil devido a sua capacidade analítica multielementar, com sensibilidade e acurácia adequadas (os valores de recuperação em relação aos valores certificados ficaram entre 80 e 120 por cento) para a amostra de referência. O trabalho apontou a necessidade de novos estudos para estabelecer valores de referência do mineralograma para cães, assim como avaliar a diferença entre raças. / [en] Human hair can be used to check the individual s health status. For this purpose, the essential and toxic elements are quantified in the inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) and compared to a reference table to identify any possible mineral imbalance or intoxication. The dog can be a good bioindicator of environmental exposure since it shares the same environment as the human being, drink the same water and in some cases eat the same food. Canine fur has almost the same composition as human hair, varying only its growth. In this work, a method was developed to determine the essential and toxic elements in canine by ICP-MS. For that, the hair washing procedures were optimized, the minimal sample mass to ensure homogeneity, and the decomposition procedure. It was found that the best conditions were: washing with water, sample mass between 150 and 300 mg, and decomposition with HNO3 and H2O2. The results were compared with those obtained by optical emission spectrometry with inductively coupled plasma (ICP OES), a well-established technique. The method proved to be versatile due to its multi-element analytical capacity, with adequate sensitivity and accuracy (the recovery values in relation to the certified values were between 80 and 120 per cent) for the reference sample. The work indicated the necessity for further studies to established reference values of the mineralogram for dogs, as well evaluated the difference between races.

[pt] Este trabalho foi desenvolvido a partir do projeto aprovado no Edital Meninas e Mulheres nas Ciências Exatas e da Terra, Engenharias e Computação, da Fundação Carlos Chagas de Apoio à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ), que teve como objetivo promover o interesse de jovens mulheres para a pesquisa científica com projetos desenvolvidos em escolas públicas do estado do Rio de Janeiro. O cigarro e o anticoncepcional são temas comuns entre os jovens por isso, foram escolhidos como objeto de estudo deste trabalho. O cigarro apresenta substâncias tóxicas que causam doenças crônico-degenerativas. Por sua vez, os anticoncepcionais atuam nos hormônios que podem desregular os ciclos de elementos essenciais no organismo. Assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar, empregando ferramentas estatísticas, a composição elementar de cabelos de pessoas fumantes e mulheres que tomam anticoncepcionais, comparadas à de pessoas que não usam essas substâncias. As amostras de cabelo foram coletadas de voluntários das 5 escolas e analisadas seguindo a metodologia estabelecida no Labspectro, Laboratório de Espectrometria Atômica, da PUC-Rio, para o mineralograma capilar, que consiste na determinação multielementar por espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). Utilizando o teste Kruskal-Wallis, foram identificadas concentrações significativamente menores (p menor que 0,05) de Na e Mg no grupo dos fumantes, e de Cu nos cabelos de mulheres que tomam anticoncepcionais. Na análise de correlação de Spearman, foram identificadas maiores correlações entre Cu/Pb e Cr/As, para o grupo de fumantes, enquanto correlações entre Co/Se/I para mulheres que tomam anticoncepcional. As análises de componentes principais confirmaram a análise de Spearman, mas não foi possível estabelecer separação dos grupos estudados. Dessa forma, o fumo e o uso de anticoncepcionais interferem nos resultados do mineralograma capilar, sendo necessários mais estudos para avaliar as implicações dessas diferenças à saúde. / [en] This work was developed from the project approved in the Call for Proposals for Girls and Women in the Exact and Earth Sciences, Engineering and Computing,from the Carlos Chagas Foundation for Research Support in the State of Rio de Janeiro (FAPERJ), which aimed to promote young women s interest in scientific research with projects developed in public schools in the state of Rio de Janeiro.Cigarettes and contraceptives are common themes among young people, who oftenend up using them prematurely and were therefore chosen as the subject of this study. Cigarettes contain toxic substances that cause chronic degenerative diseases due to nicotine addiction. In turn, contraceptives act on hormones that can disruptthe cycles of essential elements in the body. The aim of this study was therefore to evaluate, using statistical tools, the elemental composition of the hair of smokers and women who take contraceptives, compared to that of people who do not use these substances. The hair samples were collected from volunteers from the schools participating in the project and analyzed following the methodology established at Labspectro, the Atomic Spectrometry Laboratory at PUC-Rio, for the capillary mineralogram, which consists of multi-elemental determination by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Using the Kruskal Wallis test, significantly lower concentrations (p less than 0.05) of Na and Mg were identified in the group of smokers, and of Cu in the hair of women taking contraceptives. In Spearman s correlation analysis, higher correlations were identified for some toxic elements, such as Cu/Pb and Cr/As, for the group of smokers, while correlations involving Co, Se and I were obtained for women taking contraceptives. Principal component analysis confirmed the results of Spearman s analysis, but it was not possible to establish a clear and distinct separation of the groups studied. Thus, it can be concluded that smoking and the use of contraceptives interfere with the results of the hair mineralogram, and further studies are needed to assess the health implications of these differences.

Spårelementkoncentrationen i polerprov av kvarts från Bergby-Hamrångeområdet har analyserats genom LA-ICP-MS. Spårelementkoncentrationen i kvarts från enkla pegmatiter och LCT-pegmatiter har analyserats och registrerat koncentrationer för 23 olika isotoper. Koncentrationerna för Al27, Ti49, Li7, Rb85 och B11 hos 84 provpunkter har plottats i tvåaxliga-diagram. Tertiära diagram av Al/10-Li-Ti och Ti-Al/10-Rb*50 har sammanställts och i dessa har fält för LCT-pegmatiter markerats ut baserat på data från Müller m.fl. (2021). I rapporten beskrivs LA-ICP-MS översiktligt för läsare utan tidigare erfarenhet. Syftet med undersökningen var att besvara, 1) Om kvarts i polerproverna från BergbyHamrånge kan klassas som ultraren och 2) Att diskutera spårelementkoncentrationerna och undersöka alternativa användningsområden för kvarts som inte är ultraren. / The trace element concentration in pole samples of quartz from the Bergby-Hamrånge area has been analyzed by LA-ICP-MS. The trace element concentration in quartz from simple pegmatites and LCT-pegmatites has been analyzed and recorded concentrations for 23 different isotopes. Concentrations of Al27, Ti49, Li7, Rb85 and B11 at 84 sample points have been plotted in biaxial graphs. Tertiary diagrams of Al/10-Li-Ti and Ti-Al/10-Rb*50 have been compiled and in these, fields for LCT-pegmatites have been highlighted based on data from Müller et al. (2021). The report demands no previous knowledge of LA-ICP-MS to be understood. The purpose of the investigation was to answer, 1) If quartz samples from Bergby-Hamrånge can be classified as ultrapure quartz and 2) To discuss the trace element concentrations and investigate alternative uses for quartz that is not ultrapure.

La caractérisation de nanomatériaux dans des matrices alimentaires et animales suscite un intérêt scientifique important afin d’évaluer les risques potentiels de l’exposition liés à l’utilisation grandissante des nanomatériaux par plusieurs industries, y compris un certain nombre d’applications agroalimentaires. Un facteur limitant à l’étude et la réglementation des nanomatériaux dans des matrices complexes telle que la nourriture est l’absence de méthodes standardisées pour l’extraction et l’analyse de nanoparticules, tout en évitant l’altération de certaines caractéristiques physicochimiques des nanoparticules. Les travaux présentés dans ce mémoire abordent l’optimisation de plusieurs approches de préparation d’échantillon (hydrolyse enzymatique et alcaline) pour l’extraction de nanoparticules d’Ag préalablement équilibrées dans une matrice de boeuf haché mi-maigre. Les nanoparticules extraites ont été analysées par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif en mode particule unique (SP-ICP-MS) permettant la mesure de leur taille et concentration, mais aussi de la concentration en métal dissous, le tout à de très faibles concentrations (de l’ordre du ng/L). La validation de l’analyse par SP-ICP-MS a été réalisée par évaluation de la répétabilité, de la détermination des limites de détection et par une investigation de l’influence du traitement de données sur l’interprétation des résultats. Les pertes de nanoparticules lors de la préparation des échantillons ont été minimisées par l’identification et l’optimisation de paramètres clés tels que la composition du médium d’extraction, l’utilisation d’ultrasons et de la manipulation de l’échantillon après dégradation de la matrice. Les meilleurs recouvrements ont été obtenus par hydrolyse alcaline de la matrice en utilisant de l’hydroxyde de tetramethylammonium (TMAH), mais les échantillons obtenus étaient moins stables et plus susceptibles aux altérations des propriétés physicochimiques des nanoparticules que pour la dégradation par hydrolyse enzymatique utilisant lipase et pancréatine de porc. / The regulation and characterization of nanomaterials in foods and animal matrices are of great interest due to the potential risks associated with their exposure and the increasing number of instances where they are used within the food industry. One factor limiting the scientifically rigorous regulation of nanoparticles in foods is the lack of standardized procedures for the extraction of nanoparticles (NP) from complex matrices, without alteration of their physico-chemical properties. To this end, two sample preparation approaches (enzymatic- and alkaline-based hydrolyses) were tested and optimized in order to extract 40 nm Ag NP, following their equilibration with a fatty ground beef matrix. Extracted NP were characterized using single particle inductively coupled plasma mass spectrometry (SP-ICP-MS), allowing the determination of NP size and concentrations and also dissolved metal concentrations at trace levels. Validation of the SP-ICP-MS analysis was achieved by an evaluation of the repeatability and accuracy and by a determination of the various detection limits. Finally, we also looked into the influence of data treatment on interpretation of the results. NP losses during the sample preparation were minimized by identifying and optimizing key parameters such as the composition of the extraction media, usage of ultrasonication or the handling of the sample after separation from the undigested matter, among other points. The alkaline approach using TMAH (tetramethylammonium hydroxide) was found to have the highest recoveries, however processed samples were found to be less stable and more prone to alteration of the Ag NP physicochemical characteristics than samples processed using an enzymatic digestion based upon pork pancreatin and lipase.

Durch die Untersuchungen der vorliegenden Arbeit ist es erfolgreich gelungen die beiden gram-positiven Mikroorganismen Lysinibacillus sphaericus JG-A12 und Lysinibacillus sphaericus JG-B53 unter geregelten und idealen Kultivierungsbedingungen im Bioreaktor in hinreichenden Biomasseausbeuten zu kultivieren. Aus der Biomasse beider Stämme ist es anschließend gelungen, die primären Zellwandkomponenten bestehend aus Membranlipiden, Peptidoglykan mit sekundären Zellwandpolymeren und S-Layer-Proteinen in reiner Form und in guten Ausbeuten zu extrahieren. Diese Zellwandkomponenten wurden dann unter Verwendung von biochemischer und strukturanalytischer Methoden charakterisiert. Dabei ist es erstmals gelungen, die Membranlipide beider genutzter Mikroorganismen in Bezug auf deren Zusammensetzungen der enthalten hydrophoben Fettsäuren und der hydrophilen phosphathaltigen Kopfgruppen zu charakterisieren. Durch die vergleichend durchgeführten Metallbindungsversuche im Batch-Verfahren konnten Bindungspräferenzen intakter Zellen von Lysinibacillus sphaericus JG-A12 und Lysinibacillus sphaericus JG-B53 und deren isolierten Zellwandkomponenten mit den Metallen As, Au, Cd, Eu, Pb, Pd, Pt bzw. U untersucht werden. Dabei konnten sowohl in den Untersuchungen intakter Zellen und der primären Zellwandbestandteile deutlich höhere Metallsorptionsraten und Metallentfernungseffizienzen für Lysinibacillus sphaericus JG-B53 festgestellt werden als dies bei Lysinibacillus sphaericus JG-A12 nachzuweisen war. Dies macht diesen Stamm für potentielle technische Anwendungen als metallselektives biosorptives Material weitaus interessanter. Die Untersuchungen der Einzelkomponenten in Suspension lieferten jedoch nur begrenzt Informationen zur Interaktion der Metalle mit den Schichten wie sie unter natürlichen Bedingungen in der Zelle vorkommen. Daher wurden unter Verwendung der QCM-D erstmals die primären Zellwandkomponenten beider Mikroorganismen (S-Layer und Peptidoglykan) sowie von Referenzlipiden an Grenzflächen erfolgreich im nanoskaligen Bereich abgeschieden und online verfolgt. Dadurch war es möglich vereinfachte Einzelschichtsysteme der gram-positiven bakteriellen Zellwand nachzubilden. In den Untersuchungen konnten stabile Schichten generiert werden, welche vergleichbar zu dem Schichtsystem vitaler Zellen sind. Zusätzlich konnte bei den Abscheidungen der S-Layer-Proteine SlfB und Slp1 der positive Effekt von Polyelektrolytmodifizierungen auf das Rekristallisationsverhalten, die Schichtstabilität und den Bedeckungsgrad auf der technischen Oberfläche aufgezeigt werden. Zur Untersuchung der Metallinteraktion zellulärer Einzelschichtsysteme wurden in dieser Arbeit exemplarisch nach den erfolgreichen Untersuchungen zur Rekristallisation, die S-Layer-Proteine als erste Interaktionsschicht des Gesamtzellsystems mit der QCM-D untersucht. Diese stabilen und intakten Schichten konnten analog zu den Schichtuntersuchungen der reinen biologischen Komponenten und nach den QCM-D Metallinteraktionsstudien mit den S-Layer Strukturen mittels der Rasterkraftmikroskopie (AFM) untersucht und bildgebend dargestellt werden. In weiteren spektroskopischen Untersuchungen (TRLFS) der Zellwandkomponenten konnten die lumineszierenden Eigenschaften von Europium ausgenutzt werden, um das Metallbindungsverhalten der einzelnen Komponenten als auch des Gesamtsystems der Zellen beider Mikroorganismen zu bestimmen. Somit konnte Europium als spektroskopische Sonde eingesetzt werden um Rückschlüsse die Biomolekül-Metallwechselwirkungen zu ermöglichen. Dabei konnten vor allem mit den beiden oberflächennahen Zellschichten Lösung teilweise sehr starke Metall-Biomolekül-Wechselwirkungen beobachtet werden.

Sphalerite is, apart from being the main global source of zinc (Zn), also one of the main source for the critical elements indium (In), gallium (Ga) and germanium (Ge), which can be extracted as by-products during Zn mining. In the westernmost part of the Palaeoproterozoic Bergslagen ore province, Sweden, In-anomalies have been reported from sulphide mineralizations. These In-anomalies can be attributed to either pre-ore formation crustal processes manifested by the local (Svecofennian, c. 1.87-1.89 Ga) syn-volcanic mineralisations, or to epigenetic metasomatic events primarily related to younger (c. 1.80-1.79 Ga) granitoids. In this study, sphalerite samples from 19 different mineralisations in westernmost Bergslagen were examined by both electron probe microanalyzer (EPMA) and laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS), in order to firstly, measure trace element concentrations, and especially those of the critical element In, Ga and Ge, and secondly, to apply this information to gain new information on the trace element inventory and incorporation mechanisms of sphalerite. The dataset also allows for testing the ore-formation process models, not least in cases of elevated In-contents. Utilization of these two analytical methods also provided the opportunity for a direct spot-to-spot comparison of their performance in detecting trace element concentrations in sphalerite. The results verify the In-enrichment of the area, whereas Ga and Ge only follow crustal abundancies. The concentrations of the other trace elements vary significantly, even at a sample scale. The compositional variation shows several patterns between certain elements, suggesting that their incorporation in the sphalerite lattice was allowed via substitution mechanisms (e.g. In3++(Cu+,Ag+)↔2Zn2+; Fe2++Cd2++Mn2+↔3Zn2+; Cu++Mn2++In3+↔3Zn2+). In contrast, some measured high Cd, Ag and Pb concentrations are attributed to nano (or micro) inclusions of primarily galena. Other elements such as As, Sn, Sb, Se, Au, Tl, Ni, Te and Mo yielded, in almost all the samples, concentrations below the detection limit for both analytical methods. Discrimination methods based on trace element concentrations and distribution of the In-enriched mineralizations suggest that the In-anomalies are most likely related to Svecofennian volcanic to subvolcanic hydrothermal processes, forming mineralisations that were later modified during the Svecokarelian orogeny. Finally, the direct comparison of EPMA results to that of LA-ICP-MS, showed the significantly better performance of the latter method in detecting trace-level concentrations, provided that a proper calibration procedure has been followed. / Sulfidmineralet zinkblände är, förutom att vara den huvudsakliga globala källan för zink (Zn), också ett av de viktigaste värdmineralen för de kritiska metallerna indium (In), gallium (Ga) och germanium (Ge), vilka kan utvinnas som viktiga biprodukter vid zinkbrytning. I den västligaste delen av malmprovinsen Bergslagen i Mellansverige har In-anomalier rapporterats från flera mineraliseringar. Dessa lokala In-anrikningar kan tillskrivas antingen processer verksamma innan och under den vulkaniska aktiviteten, eller senare geologiska händelser relaterade till yngre graniter. I denna studie har zinkblände från 19 olika mineraliseringar i västra Bergslagen karakteriserats med två olika system för mikrokemisk analys; elektronmikrosond (EPMA) och laserablativ induktivt kopplad plasma-masspektrometri (LA-ICP-MS). Detta har gjorts för att mäta spårelementhalter, och särskilt då för de kritiska metallerna In, Ga och Ge. Genom att använda dessa två metoder parallellt gavs också möjligheten till direkta jämförelser mellan dem vad gäller deras kapacitet för spårelementanalys av zinkblände. Resultaten verifierar att detta område är anomalt In-anrikat, medan halterna av Ga och Ge är låga och endast följer genomsnittshalterna för kontinental jordskorpa. Halterna av de övriga spårelementen varierar avsevärt, även på individuell provskala, och visar i flera fall systematiska mönster mellan vissa element. Dessa mönster tyder på att deras införlivande i zinkbländestrukturen gått via flera specifika utbytes-(substitutions-)mekanismer (t.ex. In3++ (Cu+, Ag+) ↔2Zn2+; Fe2+ + Cd2++ Mn2+ ↔3Zn2+, Cu++ Mn2++ In3+ ↔3Zn2+). Däremot kan förhöjda halter av Cd, Ag och Pd tillskrivas nano- (eller mikro-) inneslutningar av framförallt blyglans. Andra element, som As, Sn, Sb, Se, Au, TI, Ni, Te och Mo uppvisade halter under detektionsgränserna för båda analysmetoderna i nästan alla undersökta prov. Bildningsmässiga (genetiska) diskrimineringsmetoder baserade på spårelementhalter kombinerat med de geologiska och spatiella relationerna för de In-anrikade mineraliseringarna tyder på att de senare bildades genom svekofenniska vulkanisk-hydrotermala processer och därefter modifierats under svekokarelsk bergskedjebildning. Slutligen, i den direkta jämförelsen av EPMA gentemot LA-ICP-MS, visade den senare metoden signifikant bättre kapacitet för spårämnesanalys, förutsatt att ett korrekt kalibreringsprotokoll har följts.

L'arsenic est un élément présent dans tous les compartiments de l'environnement, et les produits de la pêche représentent une source majeure d'exposition à l'arsenic par le biais de l'alimentation. Même s'il n'existe pas à ce jour de législation sur les teneurs en arsenic dans les aliments en France, les agences gouvernementales évaluent généralement les risques liés à la présence d'arsenic dans les produits de la pêche en se basant essentiellement sur la concentration totale de l'élément, sans tenir compte des différentes espèces présentes ni de leur bioaccessibilité. Par conséquent, le développement de méthodes d'analyse de spéciation revêt un intérêt particulier dans le cadre de l'évaluation des risques. La première partie de ce mémoire présente des informations générales sur les propriétés de l'arsenic, son occurrence dans les différents compartiments de l'environnement et sa toxicité, ainsi qu'une étude bibliographique des méthodes analytiques existantes pour étudier la spéciation de l'arsenic dans les matrices alimentaires, en particulier les produits de la pêche (extraction et séparation/détection). Les différentes approches pour l'évaluation de sa bioaccessibilité et de celle d'autres éléments traces métalliques d'intérêt sont également présentées. La deuxième partie de ces travaux porte sur la validation d'une méthode d'analyse de spéciation des principales espèces d'arsenic dans les produits la pêche (As(III), MA,DMA, As(V), AsB, TMAO, AsC) par couplage entre la chromatographie d'échange d'ions (IEC) et la spectrométrie de masse à plasma induit (ICP-MS) après extraction assistée par micro-ondes (MAE). L'évaluation des performances analytiques de la méthode, les contrôles qualités internes et externes mis en place et les différentes applications, en particulier les données d'occurrence des différentes espèces d'arsenic dans les produits de la pêche les plus consommés par la population française sont présentés et discutés. Dans la troisième partie, la bioaccessibilité maximale de l'arsenic et d'autres éléments d'intérêt est estimée à l'aide d'une méthode de lixiviation en ligne (impliquant la mesure en temps réel par ICP-MS de la fraction libérée par les différents fluides digestifs artificiels). La combinaison de ce procédé avec la méthode d'analyse de spéciation validée permet ainsi d'estimer la bioaccessibilité des différentes espèces d'arsenic. / Arsenic is an element present in all compartments of the environment, and seafood constitutes a major source of exposure to arsenic through human consumption. Although there is currently no legislation on arsenic in food in France, government agencies generally assess the safety of food items based solely on the total concentration of the element, without taking into account its different species or their bioaccessibility. Therefore, the development of speciation analysis methods is particularly relevant in the context of risk assessment. The first part of this thesis focuses on the properties of arsenic, its occurrence in the different compartments of the environment and its toxicity, and a literature review of existing analytical methods to study the speciation of arsenic in food matrices, especially seafood products (extraction and separation / detection). Different approaches for evaluating its bioaccessibility and that of other trace metals of interest are also presented.The second part of this work concerns the validation of a speciation analysis method for major arsenic species in seafood (As (III), MA, DMA, As (V), AsB, TMAO, AsC) by coupling ion exchange chromatography (IEC) with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) after microwave-assisted extraction (MAE). Evaluation of the analytical performance of the method, internal and external quality controls in place and applications of the method, particularly occurrence data of arsenic species in seafood most consumed by the French population are presented and discussed. In the third part, the maximum bioaccessibility of arsenic and other elements of interest is assessed using a continuous leaching method (involving the real-time measurement by ICP-MS of the fraction released by the different artificial digestive fluids). By coupling this leaching method with the above validated speciation analysis method, the bioaccessibility of different arsenic species is also assessed.

Ces travaux de thèse sur le fractionnement des produits pétrolier a pour but de mieux caractériser certaines espèces métalliques, principalement le Nickel et le Vanadium. Dans un premier temps, ils ont permis de démontrer que les composés contenant du V et Ni présents dans ces matrices complexes sont essentiellement concentrés dans les fractions les plus polaires, à savoir, les résines et les asphaltènes. En ce qui concerne les composés soufrés, on a constaté qu'ils se concentrent dans les fractions résines et les aromatiques. Il a également été constaté que la teneur en composés contenant du V et Ni qui précipite avec les asphaltènes est linéairement lié au paramètre de solubilité du solvant utilisé pour la précipitation. Et pour des solvants aux paramètres de solubilité proche de 16 MPa0.5, le pourcentage d’asphaltènes soluble est augmenté. On conclut que le pourcentage réel des asphaltènes présents dans un brut est égal au pourcentage d'asphaltènes insolubles, plus un pourcentage d’asphaltènes soluble. On a constaté que ces types d’asphaltènes ont une distribution de poids moléculaire similaire à celle des asphaltènes insolubles, et non un poids moléculaire plus faible. En ce qui concerne la distribution des poids moléculaires des composés du V présents dans les échantillons évalués, au moins trois grandes distributions de poids moléculaires ont été identifiées. Il s’agit des composés de « high molecular weight », « medium molecular weight » et « low molecular weight ». Sur ces distributions, nous trouvons que les composés contenant du V, Ni et S sont, dans les asphaltènes, prédominant dans la fraction HMW et sont caractéristiques des composés nanoagrégés. En ce qui concerne les composés de type MMW, ils ont été observés dans une plus grande proportion dans les maltènes. Il est à noter la présence de composés de type HMW avec les maltènes, ce qui pour les raisons exposées ci-dessus, peut être considérée comme une preuve incontournable de la présence d’asphaltènes soluble dans les maltènes. A propos des méthodes de séparation développées, il a été possible de séparer les différentes distributions de poids moléculaires initialement identifiées chez les maltènes et les asphaltènes. Pour les maltènes, il a été possible d’extraire les différents composés contenant du V et Ni en fonction de leur poids moléculaire HMW, LMW et MMW. Cette extraction a été réalisé en utilisant des extractions liquide-liquide des maltènes dissous dans de l'heptane avec de l’ACN pour extraire les composés à bas poids moléculaire, suivie par une extraction avec du DMF pour extraire des composés MMW. La fraction restante des maltènes est composés surtout de composés HMW.Pour les asphaltènes, 11 solvants ont été évalués pour l'extraction des composés contenant du V et du Ni. Le profil des composés extraits a permis de séparer jusqu'à 4 distributions différentes de poids moléculaire avec du ACN, de l’acétone et du DMF utilisés séquentiellement. En ce qui concerne les composés de HMW, la fraction insoluble après extraction au DMF a un poids moléculaire plus élevé que la fraction soluble. Pour l'influence de la concentration sur la présence des composés contenant du Ni et V de HMW, il a été démontré que même dilué 40.000 fois, une solution asphaltènes (à 25 mg / L) contient toujours des composés de HMW et donc des nanoaggregat d’asphaltènes. Quant à la caractérisation des fractions extraite, seule la fraction correspondant aux poids moléculaires faibles (LMW) a été étudiée. La détermination de la distribution du poids moléculaire par spectrométrie de masse FT ICR MS et la comparaison du chromatogramme par GPC ICP MS suggère que ces composés contenant du V et du Ni présent dans la fraction LMW sont des métalloporphyrines libre avec des structures brutes assez simples. Ces travaux vont permettre d’ouvrir la voie à une caractérisation plus approfondie des différentes fractions obtenus et ainsi de permettre une meilleure connaissance des pétroles lourds. / This PhD work were mainly dedicated to the fractionation of crude oil and petroleum products in order to better caracterize metals compounds (mainly V and Ni) in these complex matrices. It was determined that V and Ni compounds present in the crude oils and residues are concentrated mainly in their more polar fractions, that is to say, resins and asphaltenes. Concerning sulfur compounds, it was found that they are concentrate in the resins and aromatics fractions. All these results were similar to reported in the literature.It was also found the content of V and Ni compounds that precipitate together with the asphaltenes depends linearly of solubility parameter of solvent used for the precipitation of asphaltenes, so, for solvents with solubility parameters close to 16 MPa0.5, the percentage of asphaltene soluble increases. So it can be concluded the true percentage of asphaltenes present in the crude oil is equal to the percentage of insoluble asphaltenes plus the percentage of soluble asphaltenes. For this type of asphaltenes, it was found that they have a molecular weight distribution very similar to insoluble asphaltenes, and not a lower molecular weight, as originally thought (Speight and Mitchell, 1973).With respect to the distribution of molecular weights for the V compounds present in the samples evaluated, at least three molecular weight distributions were identified. Those were identified as compounds with high molecular weight (HMW), medium molecular weight (MMW) and low molecular weight (LMW) following the nomenclature previously reported in the literature. (Desprez et al., 2014).On these distributions, we has found that compounds of V, Ni and S with HMW predominate in the asphaltenes, which is characteristic of nanoaggregate compounds. With respect to the compounds with MMW, these were observed in a greater proportion in maltenes. It should be noted the presence of compounds with HMW in all maltenes evaluated, which for the reasons discussed above, can be considered an unavoidable evidence of the presence of soluble asphaltenes.With respect to the separation/extraction methods developed, it was possible to separate the different distributions of molecular weights initially identified in maltenes and asphaltenes. In the case of maltenes, for the first time in the literature it was possible to extract the various compounds of V and Ni present in these according to their molecular weight. For the separation in maltenes, liquid-liquid extractions on maltene dissolved in heptane were developed. So, with ACN, it has been possible to extract LMW compounds, while extractions with DMF allowed extracting MMW compounds, staying in the remaining maltene mostly compounds with HMW.For the asphaltene extraction, 11 solvents were evaluated. The study of profile obtained to each extract and remanent, allowed to pose a separation scheme that enabled to get up to 4 different molecular weight distributions. These were obtained with ACN, Acetone and DMF used sequentially. It is important to mention it was found that the insoluble fraction gotten with DMF had the highest molecular weight, even in comparison with the HMW asphaltenes soluble in DMF.With respect to the influence of the concentration on the aggregated compounds, it was found that this does not influence on the presence of compounds with HMW. Nanogregate were found in a solution of asphaltenes diluted 40,000 times (25 mg / L).Regarding the characterization of the extracted fractions, only the fraction corresponding to low molecular weights was studied. Determination of the molecular weight distribution by mass spectrometry and comparison of the GPC ICP MS chromatogram with a porphyrin standards, suggests that these V and Ni compounds present in LMW fraction has a structures quite simple. A deeper characterization will be presented in later work. / Se determinó que los compuestos de V y Ni presentes en los crudos y residuos evaluados se concentran principalmente en su fracciones más polares, es decir, resinas y asfaltenos. Con respecto a los compuestos de azufre, se encontró que los mismos se concentran en las resinas y aromáticos. Todos estos resultados fueron similares a lo reportado en la literatura. Igualmente se encontró que el contenido de compuestos de V y Ni que precipitan junto con los asfaltenos depende linealmente del parámetro de solubilidad del solvente usado para la precipitación de los asfaltenos, así para solventes con parámetros de solubilidad cercanos a 16 MPa0.5, el porcentaje de se asfalteno soluble incrementa, por lo que se puede concluir que el porcentaje verdadero de asfaltenos presente en el crudo es igual al porcentaje de asfaltenos insoluble más el porcentaje de asfaltenos solubles. Sobre este tipo de asfaltenos, se encontró que los mismos poseen una distribución de pesos moleculares muy similar a la de los asfaltenos insolubles, y no un peso molecular mucho menor, como se pensaba en un principio. Con respecto a la distribución de pesos moleculares para los compuestos de V presentes en las muestras evaluadas, se identificaron al menos tres grandes distribuciones de pesos moleculares. Las mismas se identificaron como compuestos con alto peso molecular o high molecular weight (HMW en inglés), medio peso molecular o medium molecular weight (MMW en inglés) y bajo peso molecular o low molecular weight (LMW por sus siglas en inglés) siguiendo la nomenclatura reportada previamente en la literatura. Sobre estas distribuciones, encontramos que en los asfaltenos predominan compuestos de V, Ni y S con HMW, el cual es característicos de compuestos agregados. Con respecto a los compuestos con MMW, estos fueron observados en mayor proporción en los maltenos. Es de hacer notar la presencia de compuestos con HMW en todos los maltenos evaluados, la cual por las razones antes expuestas, puede ser considerada una evidencia ineludible de la presencia de asfaltenos solubles. Con respecto a los métodos de separación desarrollados, fue posible la separación de las diferentes distribuciones de pesos moleculares inicialmente identificadas en los maltenos y asfaltenos. En el caso de los maltenos, por primera vez en la literatura fue posible separar los diversos compuestos de V y Ni en función de su peso molecular en HMW, MMW y LMW. La separación si hizo empleando extracciones líquido-líquido a maltenos disueltos en heptano con acetonitrilo para la extracción de compuestos con LMW, seguido de extracciones con dimetilformamida para la extracción de compuestos con MMW, quedando en el malteno remanente de la extracción, mayoritariamente compuestos con HMW. Para los asfaltenos, se evaluaron hasta 11 solventes en la extracción de compuestos de V y Ni. El perfil de los compuestos extraídos, permitió separar hasta 4 distribuciones de pesos moleculares diferentes con ACN, acetona y DMF usados secuencialmente. Con respecto a los compuestos con HMW, se encontró que la fracción insoluble con DMF presenta un mayor peso molecular que los asfaltenos con HMW solubles en estos. Con respecto a la influencia de la concentración en la determinación de compuestos con HMW la caracterización de los compuestos de V y Ni, los mismos fueron determinados aun en una solución de asfaltenos diluida 40.000 veces (25 mg/L). En lo referente a la caracterización de las fracciones separadas, solo fue estudiada inicialmente la fracción correspondiente a bajos pesos moleculares. En la misma, la determinación de la distribución de pesos moleculares por espectrometría de masa y la comparación en el cromatograma por GPC-ICP MS de estándares porfirínicos, sugiere que estos compuestos de V y Ni con LMW son metaloporfirinas simples presentes en el crudo con estructuras bastantes sencillas. Una caracterización más profunda será presentada en trabajo posteriores para esta y las demás fracciones.

Les spéléothèmes (concrétions carbonatées se formant dans les zones karstiques) sont des archives paleo-climatiques reconnues, dont l’intérêt majeur est de pouvoir être datées précisément par la méthode Uranium-Thorium. En revanche, les traceurs traditionnellement utilisés pour reconstruire les climats passés à partir de ces objets géologiques ne sont pas directement quantifiables en termes de paramètres climatiques comme la température moyenne, ou la quantité de précipitation. Les variations des concentrations en éléments traces contenus dans les spéléothèmes ont pu être relié dans certains sites aux changements climatiques passés, mais des doutes existent sur la robustesse de leur signal au sein d’une même grotte et entre différents sites.Nous nous sommes appliqués à déterminer les variations au cours des 50 000 dernières années de plusieurs catégories d’éléments (alcalino-terreux, uranium, et terres rares) dans des stalagmites de deux grottes situées dans le sud de la France (les grottes de Villars en Dordogne et de Chauvet en Ardèche), par spectrométrie ICP-MS. Les spéléothèmes sélectionnés ont déjà été datés et ont enregistré les variations paleo-environnementales à travers les isotopes stables de la calcite. Trois périodes d’étude caractérisées par des changements particuliers sont étudiées: le stade isotopique 3 de la dernière période glaciaire (~50-30 ka), la dernière déglaciation (~20-10 ka) et la fin de l’Holocène (~2-0 ka).Le signal des variations des alcalino-terreux à Villars pendant le stade isotopique 3 est significatif et robuste. La variabilité du strontium notamment, qui provient de processus hydrologiques intra-karst, suit les événements climatiques rapides enregistrés dans l’hémisphère Nord. D’autre part, le comportement de nombreux éléments traces pendant la déglaciation est similaire entre les grottes de Villars et de Chauvet. Enfin, des changements du couvert végétal sont probablement à l’origine des changements synchrones enregistrés par les éléments traces et les isotopes stables de la calcite au cours des deux derniers millénaires à Villars.Par ailleurs, l’étude des coefficients de partition des alcalino-terreux, de l’uranium et des terres rares dans des conditions variées montre l’importante de la variabilité inter-site de leur partitionnement. / Calcareous deposits forming within caves, also known as speleothems, have become acknowledged paleoclimatic archives. One of their main interests is that they can be absolutely dated by Uranium-Thorium methods. However, traditionally used speleothem climatic proxies cannot be directly translated into environmental variables such as the mean annual temperature or the amount of annual rainfall. In some contexts, the variations of trace element concentrations in speleothem calcite could be linked to past climatic changes, but the robustness of trace element signals between speleothems of the same or nearby caves is still questionable.We determined by ICP-MS the concentrations of several families of chemical elements (alkaline-earth metals, uranium, rare-earth elements) in stalagmites from two caves located in Southern France (Villars cave in Dordogne and Chauvet Cave in Ardèche) spanning the last 50,000 years. The selected speleothems had already been dated and their stable isotope profiles had proven to record paleoenvironmental fluctuations occurring during three separate periods: the Marine Isotopic Stage 3 or MIS 3 (~50-30 ka), the Last Deglaciation (~20-10 ka), and the end of the Holocene (~2-0 ka).Variations of alkaline-earth metals recorded in two stalagmites from Villars Cave during MIS 3 are significant and robust. Notably, Sr concentrations follow the rapid climatic changes recorded in the Northern Hemisphere. Furthermore, several trace elements behave similarly during the Last Deglaciation in the Villars and the Chauvet Cave. Finally, changes of the vegetation cover above the cave are likely to have caused the synchronous fluctuations of the trace element and stable isotope contents that happened during the last two thousand years in Villars speleothems.Lastly, the partition coefficients of alkaline-earth metals, uranium and rare-earth elements were measured in different sites and conditions and proved to be very site-dependent.

A amostragem ambiental por esfregaço ou swipe samples é uma metodologia que vem sendo empregada rotineiramente pela Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA) para verificar se os Estados signatários do Acordo de Salvaguardas estão realizando atividades nucleares não declaradas. A análise dessas amostras ambientais é complementar aos procedimentos de salvaguardas convencionais para a verificação das informações cedidas pelos Estados. Neste trabalho, foi descrita uma metodologia que visa a fortalecer os processos de salvaguarda nuclear e da ciência forense nuclear no país. A proposta é estudar e avaliar a técnica de ablação à laser acoplada a um espectrômetro de massa de alta resolução com fonte de plasma indutivamente acoplado (LA-HR-ICP-MS Laser Ablation High Resolution Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry), como técnica alternativa para a análise das amostras de esfregaço. Adicionalmente, foram empregadas outras técnicas complementares (atividade radioativa, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva) com o intuito de garantir maior segurança ao processo de inspeção de salvaguardas e investigações forenses nucleares. A precisão, medida através do desvio padrão relativo (DPR),dos resultados obtidos para as razões isotópicas 234U/238U, 235U/238U e 236U/238U do padrão analisado (CRM -125A) para a medida do fator de discriminação de massa foram, respectivamente, 1,3 %, 0,2 % e 7,6 %. Já as incertezas percentuais (u %), que também contemplam o DPR das medições, variaram de 3,5 % a 29,8 % para as medições da razão isotópica 235U/238U e de 16,6 % a 42,9 % para a razão isotópica 234U/238U. Esses valores mostraram-se compatíveis com outros estudos que utilizaram a mesma técnica para análise de amostras reais coletadas em uma instalação nuclear. As amostras coletadas apresentaram nível de enriquecimento que variou de (2,3 ± 0,7) % (amostra 3 corredor de acesso à instalação) a (17,3 ± 2,8) % (amostra 18 bancada de recuperação de UF4). A partir da coleta de amostras nesses diversos pontos, desde a entrada da instalação até a bancada em que se manuseia o urânio enriquecido, foi possível detectar diversos níveis de enriquecimento no isótopo 235U. / Environmental sampling performed by means of swipe samples is a methodology frequently employed by International Atomic Energy Agency (IAEA) to verify if the signatory States of the Safeguards Agreements are conducing unauthorized activities. Swipe samples analysis is complementary to the Safeguards ordinary procedures used to verify the information given by the States. In this work it was described a methodology intending to strengthen the nuclear safeguards and nuclear forensics procedures. The proposal is to study and evaluate the laser ablation high resolution inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-HR-ICP-MS) technique as an alternative to analyze the real-life swipe samples. The precision achieved through the standard(CRM -125A)measurements, represented by the relative standard deviation (RSD), was respectively 1.3 %, 0.2 % e 7.6 %for the 234U/238U, 235U/238U e 236U/238Uisotopes ratios. The percent uncertainties (u %), which covers the RSD, ranged from 3.5 % to 29.8 % to the 235U/238U measurements and from 16.6 % to 42.9 % to the 234U/238U isotope ratio. These results were compatible with former studies performed by the LA-HR-ICP-MS that analyzed real-life swipe samples collected at a nuclear facility. Swipe samples collected from several points of the nuclear facility presented enrichment level ranging from (2.3 ± 0.7) % (sample 3) to (17.3 ± 2.8) % (sample18). They also allowed detecting different enrichment levels within the facility.