Détermination directe de plomb dans des échantillons d eau Version /09/15 - TKI. Sommaire

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1 Détermination directe de plomb dans des échantillons d eau Version /09/15 - TKI Sommaire 1 Principe Résumé de la méthode.2 3 Intérêt de la méthode..2 4 Interférences Matériels Réactifs Procédure Préparation des sources pures de Pb-210 et de Bi-210 pour l'étalonnage des compteurs: Références bibliographiques... 9

2 1 Principe Cette procédure décrit une méthode de séparation et de mesure directe de Pb-210 dans des échantillons d eau (échantillons d eau de boisson, d eau minérale et d eau souterraine limitée en charge saline). 2 Résumé de la méthode Le Pb-210 est concentré et séparé à l aide de la Résine TK101 avant comptage en compteur proportionnel à gaz ou en scintillation liquide. La Résine TK101 est utilisée pour concentrer le plomb en solution dans 1 5 L d échantillons d eau et séparer, par la suite, des éléments provenant de la matrice d'autres émetteurs bêtas. Le plomb stable est utilisé pour contrôler le rendement de la méthode et corriger les résultats afin d'améliorer la précision et la justesse des résultats. 3 Intérêts de cette méthode Cette méthode est rapide et très fiable dans le cadre de la mesure de plomb dans des échantillons d'eau. 4 Interférences 4.1 La présence de strontium élémentaire dans l échantillon, avant traitement, peut entraîner un biais lors de la détermination du rendement par gravimétrie. Si l'on soupçonne la présence naturelle de strontium dans l échantillon, il serait alors nécessaire de déterminer la concentration du plomb élémentaire par des moyens appropriés et d en tenir compte lors du calcul final du rendement de la méthode. 4.2 Le plomb se doit être isolé de la présence d autres isotopes interférents, provenant d éléments divers, afin de permettre la mesure par comptage bêta. 4.3 Un rinçage avec HCl 2M est utilisé pour éliminer efficacement le baryum-140, le strontium/yttrium-90 et de potassium-40 isotopes ainsi que d'autres interférences de la matrice. 2

3 5 Matériels 5.1 Balance analytique sensibilité à 0,0001 g 5.2 Boîte à vide (VBS) 5.3 Réservoirs pour cartouches/colonnes - 20 ml ou similaire 5.4 Détecteur Bêta - Compteur Proportionnel à Gaz (CPG), Compteur à Scintillation Liquide (LSC) ou par effet Cerenkov. 5.5 Coupelles de comptage - à fond plat et bord évasé, diamètre : 50,8 mm, profondeur : 6,4 mm - Seulement pour l option de comptage avec CPG 5.6 Flacons de comptage en scintillation liquide 5.7 Sorbonne 5.8 Filtre 0,45 µm 5.9 Sorbonne 5.10 Plaque chauffante 5.11 Boîtes de Pétri en plastique, 5-1/2 x 1 cm 6 Réactifs 6.1 Sauf précision particulière, toute référence à l eau dans cette méthode est de l eau désionisée 6.2 Acétone 6.3 Acide nitrique (15,7M) - HNO 3 concentré (sp gr 1,42) 6.4 Ethanol - USP, 100% 6.5 Cocktail scintillant (dans le cas d une mesure en scintillation liquide) 6.6 Acide nitrique (15,7M) - acide nitrique concentré 6.7 Acide chlorhydrique (12M) - acide chlorhydrique concentré 6.8 Solution d acide chlorhydrique (2M) - Verser 167 ml d acide chlorhydrique concentré dans 800 ml d eau, puis diluer jusqu à 1 litre avec de l eau 6.9 Solution d acide chlorhydrique (6M) - Verser 500 ml d acide chlorhydrique concentré dans 800 ml d eau, puis diluer jusqu à 1 litre avec de l eau 6.10 Solution d acide nitrique (8M) - Verser 510 ml d acide nitrique concentré (sp gr 1.42) dans 400 ml d eau, puis diluer jusqu à 1 litre avec de l eau 6.11 Solution d acide nitrique (0.01M) - Verser 0,64 ml d acide nitrique concentré (sp gr 1.42) dans 950 ml d eau, puis diluer jusqu à 1 litre avec de l eau 3

4 6.12 d acide nitrique (0.05M) - Verser 3,2 ml d acide nitrique concentré (sp gr 1.42) dans 900 ml d eau, puis diluer jusqu à 1 litre avec de l eau Acide sulfurique (18M) - acide sulfurique concentré 6.14 Résine TK101 utilisation d une colonne pré-conditionnée 2mL (soit environ 0,7 grammes de résine en vrac), ou utilisation de résine de granulométrie plus fine (de 50 à 100 µm) dans une colonne de taille adaptée. Une cartouche de résine peut également être utilisée. Reportez-vous à méthode VBS01, Instructions d'installation et d'utilisation de la boîte à vide d Eichrom (VBS) 6.15 Solution étalon de Pb Solution d entraîneur au Plomb (Pb) à 10 mg/ml, gravimétrie - Dissoudre 1,6 gramme de Pb(NO 3) 2 dans l eau et compléter à 100 ml avec de l eau Note: Dans le cas de détermination de rendement par spectrométrie, la concentration de la solution de plomb entraineur peut être ajustée afin de réduire les quantités de Pb. 4

5 7 Procédure 7.1 Synopsis Préparation d échantillon Séparation de Pb à l aide de la Résine TK101 Option de comptage de l'échantillon: Mesure en scintillation liquide OU Option de comptage de l'échantillon : Mesure en compteur proportionnel à gaz

6 7.2 Séparation du Plomb à l aide de la Résine TK101: Si la quantité d échantillon à analyser est supérieure à 5 litres, l évaporer jusqu à atteindre un volume d environ 5 litres A l aide d une éprouvette graduée (ou équivalent), déterminer le volume exact de l échantillon et le transvaser dans une bouteille en plastique ou dans une fiole jaugée Filter l échantillon si nécessaire Acidifier l échantillon jusqu à ph 2 avec de l acide nitrique concentré. Note: Autre alternative : l'échantillon peut être chargé sans acidification (ph 8) Dans le cas d une détermination du rendement par gravimétrie, ajouter 1 ml de la solution de plomb entraîneur (10 mg/ml) dans chaque aliquote de l échantillon, ou, dans le cas d une détermination du rendement par spectrométrie, ajouter une quantité suffisante pour le dosage Placer les colonnes ou cartouches sur la boîte à vide. Fixer les réservoirs adéquats Placer un récipient de taille appropriée sous chaque colonne/cartouche Ajouter au moins 5 ml de HNO 3 0,01M à chaque colonne/cartouche pour conditionner ces colonnes/cartouches Ajuster le débit à 10 ml/min Charger chaque échantillon dans chaque colonne/cartouche correspondante et laisser couler Rincer chaque colonne en y versant 15 ml d HNO 3 8M Rincer chaque colonne en y versant 20 ml d HCl 2M Ne pas conserver les éluats issus des étapes de chargement et de rinçage obtenus en sortie de colonne Disposer sous chaque colonne/cartouche, des flacons pour LSC propres Eluer le plomb en versant 20 ml d HCl 6M dans chaque colonne Fermer le flacon et agiter l éluat contenant le Pb pour l homogénéiser. 7.3 Préparation d échantillon pour la mesure Option de mesure en scintillation liquide : Cas de détermination de rendement par spectrométrie (ICP-MS, AAS, ) : Homogénéiser l éluat et prélever une aliquote appropriée de l'échantillon pour la détermination du rendement par spectrométrie Transférer l éluat dans le bécher Evaporer l éluat jusqu à siccité 6

7 Ajouter 5 ml d acide sulfurique concentré et évaporer jusqu à siccité Répétez l opération jusqu'à l obtention d un résidu blanc Re-dissoudre le résidu dans 10 ml d HNO 3 0,01M Ajouter 10 ml de cocktail scintillant (LSC), fermer le flacon et agiter Cas de détermination de rendement par gravimétrie (pour mesure par CSL): Pour chaque échantillon analysé, préparer et nettoyer une coupelle de comptage à l aide d une serviette en papier imbibée d éthanol. Essuyer et laisser sécher la coupelle Peser la (les) coupelle(s) de comptage sur une balance analytique et noter la masse Disposer chaque coupelle de comptage sur une plaque chauffante surmontée d une lampe chauffante Dans chaque coupelle, récupérer et évaporer, par fraction de 3 ml, chaque solution provenant de l étape Attendre que chaque fraction de 3 ml soit évaporée presque à sec avant d ajouter les fractions suivantes Rincer chaque flacon contenant l élution de la colonne avec 2 ml d HNO 3 0,05M. Transférer ces dernières fractions dans les coupelles correspondantes Après évaporation jusqu à siccité, laisser refroidir les coupelles Une nouvelle fois, peser les coupelles et noter la masse Reprendre le résidu dans 4 ml d HNO 3 0,05M, transférer la solution dans le flacon de comptage en scintillation liquide Rincer deux fois la coupelle avec chaque fois 3 ml d HNO 3 0,05M, transférer la solution dans le flacon de comptage en scintillation liquide Ajouter 10 ml cocktail scintillant dans le flacon de comptage en scintillation liquide, fermer le flacon et agiter le mélange Option de mesure au Compteur Proportionnel à Gaz : Note: Les limites de détection obtenues avec le compteur proportionnel à gaz sont plus basses que celles obtenues par scintillation liquide ou par effet Cerenkov Pour chaque échantillon analysé, préparer et nettoyer une coupelle de comptage à l aide d une serviette en papier imbibée d éthanol. Essuyer et laisser sécher la coupelle Peser la (les) coupelle(s) de comptage sur une balance analytique et noter la masse. 7

8 Disposer chaque coupelle de comptage sur une plaque chauffante surmontée d une lampe chauffante Dans chaque coupelle, récupérer et évaporer, par fraction de 3 ml, chaque solution provenant de l étape Attendre que chaque fraction de 3 ml soit évaporée presque à sec avant d ajouter les fractions suivantes Rincer chaque flacon d élution de la colonne avec 2 ml d HNO3 0,05M. Transférer ces dernières fractions dans les coupelles correspondantes Après évaporation jusqu à siccité, laisser refroidir les coupelles Une nouvelle fois, peser les coupelles et noter la masse Couvrir les coupelles avec une feuille d'aluminium Stocker les échantillons pendant au moins 5 jours avant la mesure Compter les échantillons pendant un temps suffisant afin d obtenir à la fois une statistique de comptage désirée et une valeur faible de limite de détection. Note: Autre alternative : le Pb peut être précipité sous forme de PbSO 4 et filtré en utilisant un filtre préalablement pesé. Le filtre est ensuite séché et pesé, la masse est enregistrée. 8

9 8 Préparation des sources pures de Pb-210 et de Bi-210 pour étalonner les compteurs: 8.1 Mettre, dans un petit bécher, un volume approprié de la solution étalon de Pb-210 (en équilibre avec le Bi-210), ajouter 1 ml de la solution de plomb entraineur et évaporer jusqu à siccité la solution résultante. 8.2 Redissoudre le résidu avec 5 ml d HNO 3 8M 8.3 Placer un bécher sous chaque colonne. 8.4 Conditionner chaque colonne de Résine TK101 en y versant 5 ml d HNO 3 8M. Laisser couler. 8.5 Placer un bécher ou un flacon, propre et correctement identifié, sous chaque colonne (fraction Bi-210). 8.6 Transférer la solution contenant le résidu dans la colonne de Résine TK101 appropriée, soit en versant directement l échantillon, soit en utilisant une pipette plastique. Laisser couler. 8.7 Rincer le bécher avec 5 ml d HNO 3 8M. Introduire cette solution dans les colonnes de la Résine TK101 et laisser couler. 8.8 Répéter l étape Verser 5 ml d HNO 3 8M dans chaque colonne de résine TK101 et laisser couler Remplacer le bécher ou le flacon S assurer qu un bécher ou qu un flacon propre se trouve sous chaque colonne (fraction Pb-210) Eluer le plomb 210 en versant 20 ml d HCl 6M Préparer, de façon appropriée, la solution étalon obtenue en vue d une utilisation comme étalon de mesurage (par évaporation sur coupelle,...). 9 Références bibliographiques (1) Banavali, A.D., et al., Strontium-89/90 Analysis by Eichrom Column Chemistry and Cerenkov Counting, 38th Annual Conference on Bioassay, Analytical and Environmental Radiochemistry. Santa Fe, NM, November, (2) Nelson, D.M, Purification of Strontium in Water before Strontium-89/Strontium-90 Measurement, DOE Methods Compendium, RP500. (3) Jake Surman, Jackie Pates, Hao Zhang and Steffen Happel: Development of a new resin for the rapid determination of strontium-90 in environmental waters, oral presentation at the INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ENVIRONMENTAL RADIOACTIVITY, PLYMOUTH (UK), 4-5 September, 2012 (4) J.J.Surman, J.M.Pates, H.Zhang, S.Happel: Development and characterization of a new Sr selective resin for the rapid determination of 90Sr in environmental water samples, Talanta, 129 (2014)