DOSAGE DES CHLORURES ET DES

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1 Fournier Coralie, 19 octobre 010 DOSAGE DES CHLORURES ET DES NITRATES DANS L EAU MINÉRALE PAR CHROMATOGRAPHIE IONIQUE - 1 -

2 Fournier Coralie, 19 octobre Résumé Deux eau minérales sont étudiée. Une de la marque Evian et l autre de la marqe Alpina. Dans le premier échantillon (Evian) nous mesurons un taux de clorure s élevant à 7.45±0.19 mg/l et un taux de nitrate de 4.10±0.04 mg/l. Dans le deuxième échantilllon (Alpina) nous obtenons 11.4±0.9 mg/l de chlorures et 0.66±0.0 mg/l de nitrates.. Introduction Le but de ce travail pratique est, tout d abord, de déterminer le temps de rétention de plusieurs anions (fluorure, chlorure, bromure, nitrate, nitrite, phosphate et sulfate) afin d analyser leur ordre de sortie d après leur propriétés physicochimiques (charge, polarisabilité, etc.), de déduire les divers paramètres de la colonne chromatographique, et, finalement, quantifier les nitrates et les chlorures contenus dans deux différentes eaux minérales.. Méthodologie [1 Analyse qualitative : Tout d abord, deux solutions étalons avec les compositions suivantes ont été préparées : Tableau n 1 : Composition des solutions étalons A et B [1 F - Cl - Br - NO - NO - PO4 - SO4 - Solution A Solution B Ensuite, deux chromatogrammes sont enregistrés pour chaque solution étalon afin d identifier les différents pics. Diverses propriétés de la colonne peuvent ainsi être calculées telles que la porosité, le temps mort, le ph, la conductivité, la sensibilité a ou encore le flux. Pour déterminer cette dernière propriété, un bécher a été taré, rempli d éluent pendant 5 minutes et à nouveau pesé. Analyse quantitative: Une solution standard contenant précisément environ 50 mg/l de chlorure et 0 mg/l de nitrate est préparée. Puis, à partir de cette solution, 5 solutions sont préparées par dilution d un facteur de,, 4, 5 et 10. Pour ces 5 solutions, un chromatogramme est enregistré. Pour les ions nitrates et chlorures, un graphique est ainsi tracé en prenant l aire du pic en fonction de la concentration massique de l anion en question. Finalement, les eaux minérales «Evian» et «Swiss Alpina» sont analysée en enregistrant deux chromatogrammes par eau. - -

3 Fournier Coralie, 19 octobre Résultats Calcul de la conductivité théorique La conductivité théorique k se calcul suivant la relation suivante : k = Σλ c Lors de notre chromatographie, nous observons la réaction suivante : H CO H HCO pka = 6.5 En posant la loi d action de masse, le bilan des charges et le bilan des masses nous pouvons obtenir les concentrations des espèces de la réaction. [ H [ HCO 6.5 Ka = = 10 [ H CO [ H = [ HCO c = [ HCO c = 1. = 4. mm [ H CO Par conséquent nous obtenons les relations suivantes : [ H CO = c [ HCO Les concentrations cherchées sont : - [OH = 10 [ H Ka = c [ H Ka Ka 4 Ka c [ H = - 5 [HCO = M ph = -log[h = 4.7 poh = =.4 10 Finalement la conductivité théorique peut être calculée : k = ( ) ( k = 1.70 ms/m = 17µ S/cm La conductivité mesurée s élève à environs 15.5 µs/cm. Détermination de la porosité La formule de la porosité ε s obtient de la façon suivante : ε = J U = φ A U ε = φ t 0 A L ε = φ t 0 π r L = i M i i 5 M ) ( ) - -

4 Fournier Coralie, 19 octobre 010 En integrant les valeurs pour notre cas, nous obtenons : ε = π = ε = 48.8% Détermination du flux Pendant 5 minutes l éluant (eau) à été recolté dans un bécher préalablement pesé. Après les 5 minutes le bécher est à nouveau pesé et nous mesurons un volume de.49 ml. Ce qui nous permet de déterminer le flux volumique : φ = ml/min Mesures des deux solutions étalons Deux solution étalons (A et B) sont mesurées fois chacune, afin de déterminer les temps de rétentions pour les différents anions contenu dans les solutions. Tableau n : Temps de rétentions mesurés pour les différents anions Anions Etallon A1 Etallon A Etallon B1 Etallon B F Cl NO Br NO PO SO Nous devrions putôt nous attendre à ce que les ions phosphates sortent après les ions sulfates en observant leurs charges respéctives. Mais le ph étant d environs 4 les ions sulfates se trouvent sous la forme HPO4 - ce qui ramène ces ions à la même charge que les ions sulfates. De plus les ions sulfates possèdes de plus nombreuses formes de résonnances possibles, ce qui rend le nuage électronique de cet ion beaucoup plus gros. Par conséquent il y a plus d interaction avec la phase stationnaire ce qui le faire sortir après les ions phosphates. Le nombre de plateau théorique peut être calculé d après la formule suivante : L efficiance peut alors être déterminée par H = L N Les calculs ont été effectués d après la solution étalon A1. N = t r w 1/ - 4 -

5 Fournier Coralie, 19 octobre 010 Tableau n : Nombre de plateau et efficience Anions N H [cm F E-0 Cl E-0 NO E-0 Br E-0 NO E-0 PO E-0 SO E-0 Courbes de calibrage pour les ions chlorures et les ions nitrates Graphique n 1 et : Courbes de calibrage Le coefficient b correspond à la sensitivité qui peut être comparée à la sensitivité théorique qui se calcul de la façon suivante : a i = λ i λ H V loop M i φ Les résultats obtenus sont répertorié dans le tableau suivant. Tableau n 4 : Sensitivités expérimentales et théoriques a théorique [Sm s/g a expérimentale [Sm s/g Anions Cl -.14E-0 1.4E-0 NO - 1.1E E

6 Fournier Coralie, 19 octobre 010 Détermination des concentrations des ions chlorures et nitrates dans deux échantillons d eau La concentration des ions chlorures et nitrates dans les échantillons sont déterminées à partir des courbes de calibrages obtenues précédemment, d après la relation : concentration = Aire pente L erreur sur l aire et la pente sont fournies par Igor, la calcul général d erreur sur la concentration est donné par la formule suivante : σ c = c σ A A σ b b Ce qui nous permet d obtenir les résultats suivants : Pour l échantillon d eau Evian chlorures : c=7.45±0.19 mg/l nitrates : c=4.10±0.04 mg/l Pour l échantillon d eau Alpina chlorures : c=11.4±0.9 mg/l nitrates : c=0.66±0.0 mg/l 5. Discussion Les valeurs des concentrations de chlorures et de nitrates ont été relevée sur les étiquettes des bouteilles d eau analysées, elles sont relativement proche des concentrations mesurée lors de cette expériences. Tableau n 5 : Comparaison des concentrations théoriques et expérimentales Evian Alpina théorique [mg/l expérimentale [mg/l théorique [mg/l expérimentale [mg/l Anions Cl NO On peut donc estimer, à la vue de ces résultats, que l expérience a relativement bien fonctioné. Le pic négatif observé sur les chrommatogrammes correspond au temps mort. C est à dire le temps de sortie de l éluent. Nous pourrions imaginer augmenter la sensilbilité de la méthode en modifiant les phases stationnaires et mobiles rendant leur propriétés plus proche de celles des ions à analysé. Il est aussi possible de mesuré avec la chromatographie ionique des ions positifs, pour ce faire il suffirait de modifier la colonne en la chargeant négativement, de modifié le comportement des phases stationnaire et mobile. Un des anions relativement important ne peut pas être mesuré par la chromatographie ionque, il s agit des ion scarbonates (CO - ), afin de pouvoir analyser ces anions nous pourrions utilisé une méthode gravimétrique par titration

7 Fournier Coralie, 19 octobre 010 Pour conclure l analyse des échantillons d eau, nous devrions effectuer d autres mesures analytiques telle que l absorption atomique afin de pouvoir affirmer les concentration des différents ions contennu dans l eau minérale. 6. Conclusion La chromatographie ionique est une méthode simple aussi bien qualitative que quantitative. En effet, chaque anion ayant un temps de rétention unique, il est aisé détecter la présence, même faible, d anions dans un échantillon. Elle permet donc aussi, avec la préparation au préalable d une courbe de calibration (A = f(w)), de quantifier précisément ces anions. En revanche, la présence du suppresseur entre la colonne et le détecteur empêche la détection et le dosage des carbonates, ce qui peut être un inconvénient car il s agit d un anion abondant dans l eau de nos régions. Cependant, comme il précipite facilement, cet anion peut aisément être quantifié par gravimétrie par exemple. 7. Annexes Chromatogrammes Cahier de laboratoire 8. Bibliographie [1 Protocole, Travaux pratiques de chimie analytique ème année, Fluorescence, M. Borkovec, 010. [ Travaux pratiques de chimie analytique ème année, Brief Review of Error Analysis and Calibration Methods, M. Borkovec,