Le LCSQA-IMT Nord Europe a organisé avec le LCSQA-LNE en 2023 et pour la onzième fois depuis 2003, un exercice de comparaison inter-laboratoires (CIL) pour la mesure des métaux réglementés dans les PM10.
Cette CIL permet de déterminer si les critères de qualité des directives 2004/107/EC et 2008/50/CE modifiées par la directive 2015/1480/CE concernant l’analyse de l’As, Cd, Ni et Pb dans les PM10 sont atteints par les laboratoires d’analyse, d’évaluer la fidélité (répétabilité et reproductibilité) des méthodes de mesures mises en œuvre et d’identifier les principales sources d’incertitudes. Il est important de contrôler la qualité de mesures des différents laboratoires réalisant des analyses de métaux pour les AASQA en France, afin de garantir la justesse et l'homogénéité (absence de biais entre les laboratoires) des résultats obtenus au niveau national.
En 2023, 5 laboratoires indépendants ont participé à cet exercice : Laboratoire Carso (Lyon), Ianesco Chimie (Poitiers), Laboratoire départemental 31 EVA (Launaguet), Micropolluants Technologie (Thionville) et TERA Environnement (Crolles), auxquels s’ajoute l’IMT Nord Europe.
Chaque laboratoire a analysé a minima les 4 métaux réglementés (As, Cd, Ni, Pb) de quatre filtres impactés de particules PM10 et dix filtres vierges en fibre de quartz (issus du même lot) qui leur ont été transmis par le LCSQA-IMT Nord Europe. Il a également été demandé aux laboratoires d’effectuer l’analyse de 10 échantillons de leur matériau de référence certifié (MRC) habituel afin d’estimer les taux de récupération lors de la minéralisation des particules. Deux solutions étalons préparées et certifiées par le LCSQA-LNE ont aussi été analysées par les laboratoires.
Enfin, les laboratoires ont reçu 2 filtres impactés en PM2,5 préparés par le LCSQA-LNE selon 2 niveaux de concentrations pour les éléments réglementés As, Cd, Ni et Pb mais également pour les éléments optionnels V, Mn, Cu, Co.
Tous les participants ont utilisé la méthode décrite dans la norme NF EN 14902: 2005, incluant une attaque en milieu fermé par minéralisateur micro-ondes à l'aide d'un mélange HNO3/H2O2 et une analyse par ICP-MS. En outre, 6 éléments supplémentaires (Co, Cu, Hg, Mn, V, Zn) ont été proposés en option pour l’analyse dans les différents échantillons fournis.
Les résultats obtenus par les différents laboratoires sont globalement satisfaisants et comparables à ceux de la CIL de 2020. Tous les laboratoires détectent l’As, le Cd, et le Pb sur les filtres impactés de PM10 avec 100 % de leurs résultats compris entre les valeurs de Z-scores de -2 et 2. Les principales difficultés au niveau des analyses sur filtres sont identifiées pour le Ni dont la teneur était particulièrement faible lors de cet exercice pour 1 des échantillons.
Les résultats obtenus sur l’Ech 3 (solution synthétique) et l’Ech 4 (solution de minéralisation de filtres) sont satisfaisants avec une reproductibilité inter-laboratoires de 7 % à 8 % pour le Cd, de 12 % à 16 % pour l‘As, de 7 % à 11 % pour le Ni et de 2 % à 4 % pour le Pb quelles que soient les solutions étalons. Les concentrations mesurées ne montrent pas de biais systématiques par rapport à la valeur de référence du LNE.
Il est observé que le Z-scores d’un laboratoire pour la mesure du Pb dans Ech3 et d’un autre laboratoire pour la mesure du Pb dans Ech4 apparaissent dans la zone de surveillance (i.e. intervalle [-2 ; -3]) sans que cela n’affecte la qualité globale de leurs résultats. Par ailleurs, un dernier laboratoire présente un Z-score inférieur à -3 pour la quantification de l’As dans Ech3 qui n’est donc pas satisfaisante. Il est à envisager que la teneur estimée est voisine de la limite de détection pour ce laboratoire.
L’efficacité de minéralisation représente une part importante de l’incertitude de mesure quel que soit l’élément considéré (de 44 à 51%). L’analyse proprement dite, induit une incertitude entre 34 et 41% sur la concentration élémentaire, alors que l’incertitude sur le débit de prélèvement d’air ne représente que 12 à 16% et celle liée à la contamination est peu significative, induisant une incertitude moyenne entre 0 et 6%.
Les très faibles teneurs analysées lors de cette CIL montrent la capacité des laboratoires à mesurer avec l’incertitude requise, les éléments As, Cd, Ni et Pb (et pour certains également Mn, V, Cu, Zn, Co et Hg) pour des prélèvements hebdomadaires sur un site urbain de fond. Ils démontrent ainsi, la possibilité de réaliser un historique fiable des concentrations ambiantes à des teneurs réalistes.
Les résultats de cette CIL sont présentés dans ce rapport qui a été distribué à l'ensemble des laboratoires participants, et est accessible aux AASQA sur le site LCSQA (rapport LCSQA CIL métaux 2023).
Inter-laboratory comparison for the measurement of As, Cd, Ni and Pb in PM10
In 2023, for the eleventh time since 2003, the LCSQA-IMT Nord Europe and the LCSQA-LNE organized an inter-laboratory comparison (ILC) exercise for the measurement of regulated metals in PM10.
This ILC is be necessary to determine whether the quality criteria of Directives 2004/107/EC and 2008/50/EC, amended by Directive 2015/1480/EC, concerning the analysis of As, Cd, Ni and Pb in PM10 have been met by the analytical laboratories, to assess the precision (repeatability and reproducibility) of the measurement methods used and to identify the main sources of uncertainty. It is important to monitor the quality of the measurements made by the various laboratories carrying out metal analyses for the AASQAs in France, in order to guarantee the accuracy and homogeneity (absence of bias between laboratories) of the results obtained at national level.
In 2023, 5 independent laboratories took part in this exercise : Laboratoire Carso (Lyon), Ianesco Chimie (Poitiers), Laboratoire départemental 31 EVA (Launaguet), Micropolluants Technologie (Thionville) and TERA Environnement (Crolles), plus the IMT Nord Europe laboratory.
Each participant analysed at least the 4 regulated metals (As, Cd, Ni, Pb) in four filters impacted by PM10 particles and ten virgin quartz fiber filters (from the same batch) sent to them by the LCSQA-IMT Nord Europe. The laboratories were also asked to analyse 10 samples of their usual certified reference material (CRM) in order to estimate the recovery rates during mineralization of the particles. Two standard solutions prepared and certified by the LCSQA-LNE were also analysed by the laboratories.
Finally, the laboratories received 2 PM2.5 impacted filters prepared by the LCSQA-LNE at 2 concentration levels for the regulated elements As, Cd, Ni and Pb, as well as for the optional elements V, Mn, Cu and Co.
All the participants used the EN 14902: 2005 method, including a closed environment attack using a microwave oven with a HNO3/H2O2 mixture and an ICP-MS analysis. In addition, 6 additional elements (Co, Cu, Hg, Mn, V, Zn) were offered as options for analysis in the various samples supplied.
The results obtained by the laboratories were generally satisfactory and comparable to those of the 2020 ICL. All the laboratories detected As, Cd and Pb on the PM10 filters, with 100% of their results falling between the Z-scores of -2 and 2. The main difficulties with filter analyses were identified in the case of Ni, the content of which was particularly low in 1 of the samples during this exercise.
The results obtained for Ech 3 (synthetic solution) and Ech 4 (filter mineralization solution) were satisfactory, with inter-laboratory reproducibility of 7% to 8% for Cd, 12% to 16% for As, 7% to 11% for Ni and 2% to 4% for Pb for all standard solutions. The concentrations measured do not show any systematic bias in relation to the LNE reference value.
One laboratory had an absolute Z score in the range [-2 ;-3] for the quantification of As in Ech3 and one for the quantification of Pb in Ech4, but this did not affect the overall quality of their results.
The mineralization efficiency accounts for a significant proportion of the measurement uncertainty, whatever the element considered (from 44 to 51%). The analysis itself gives rise to an uncertainty of between 34 and 41% in the elemental concentration, while the uncertainty in the air sampling rate represents only 12 to 16%, and that associated with contamination is not very significant, giving rise to an average uncertainty of between 0 and 6%.
The very low concentrations analysed during this ICL show the laboratories' ability to measure, with the required uncertainty, the elements As, Cd, Ni and Pb (and for some also Mn, V, Cu, Zn, Co and Hg) for weekly samples at an urban background site. They thus demonstrate the possibility of producing a reliable history of ambient concentrations at realistic levels.
The results of this ICL are presented in this report, which was distributed to all participating laboratories and is available to AASQAs on the LCSQA website (LCSQA CIL metals 2023 report).