Méthode d analyse Détermination du phosphore inorganique total : méthode colorimétrique automatisée avec le molybdate d ammonium

Transcription

1 Centre d expertise en analyse environnementale du Québec MA. 300 P. Ino 1.0 Édition : Révision : (4) Méthode d analyse Détermination du phosphore inorganique total : méthode colorimétrique automatisée avec le molybdate d ammonium

2 Exemple de numérotation : MA As 1.1 Numéro de l'édition Numéro de la méthode Identification du paramètre Méthode d'analyse approuvée 00 - Général 01 - Air ambiant 02 - Rejets atmosphériques 03 - Eau potable, eaux naturelles, etc. 04, 14, 15 - Eaux usées (municipales, industrielles, etc.) 05, 10, 16 - Sols ou sédiments 06 - Tissus végétaux 07 - Tissus animaux 08, 09, 13 - Résidus (déchets, huiles, boues, etc.) 17 - Précipitations acides Propriétés Métaux Matières inorganiques non métalliques Matières organiques Toxicologie Microbiologie Biologie Terrain Agricole Ce document doit être cité de la façon suivante : CENTRE D EXPERTISE EN ANALYSE ENVIRONNEMENTALE DU QUÉBEC. Détermination du phosphore inorganique total : méthode colorimétrique automatisée avec le molybdate d ammonium. MA. 300 P. Ino 1.0, Ministère de l Environnement du Québec, 2004, 14 p.

3 TABLE DES MATIÈRES INTRODUCTION 5 1. DOMAINE D APPLICATION 5 2. PRINCIPE ET THÉORIE 5 3. FIABILITÉ Interférence Limite de détection Limite de quantification Sensibilité Fidélité Justesse Pourcentage de récupération 6 4. PRÉLÈVEMENT ET CONSERVATION 6 5. APPAREILLAGE 7 6. RÉACTIFS ET ÉTALONS 7 7. PROTOCOLE D ANALYSE Préparation de l échantillon Dosage Préparation spéciale de la verrerie CALCUL ET EXPRESSION DES RÉSULTATS CRITÈRES D ACCEPTABILITÉ BIBLIOGRAPHIE 12 Figure 1 Schéma représentant la disposition des tubes pour le dosage du phosphore inorganique 14 MA. 300 P. Ino de 14

4

5 INTRODUCTION Le phosphore inorganique représente la somme des orthophosphates et du phosphore hydrolysable non lié à de la matière organique. Les sources les plus importantes sont les effluents municipaux contenant des détergents, les effluents industriels et les eaux de drainage des terrains traités par des engrais. Cette méthode est basée sur la méthode «Sample preparation-phosphorus» du «Standard Method for the evaluation of water and wastewater». 1. DOMAINE D APPLICATION Cette méthode s applique à la détermination du phosphore inorganique total dans les liquides aqueux et dans les solides. Le domaine d étalonnage se situe entre 0,5 et 5,0 mg/l P pour les solutions étalons. 2. PRINCIPE ET THÉORIE La détermination du phosphore inorganique s effectue en deux étapes. La première consiste en une hydrolyse acide des phosphates présents dans l échantillon. Dans la seconde étape, l ion orthophosphate réagit avec l ion molybdate et l ion antimoine pour former un complexe phosphomolybdate. Ce dernier est réduit avec l acide ascorbique en milieu acide pour provoquer l apparition du bleu de molybdène, dont l absorbance à 660 nm est proportionnelle à la concentration de l ion orthophosphate présent dans l échantillon. 3. FIABILITÉ Les termes suivants sont définis dans le document DR-12-VMC, intitulé «Protocole pour la validation d une méthode d analyse en chimie» INTERFÉRENCE Les arséniates réagissent à des concentrations supérieures à 10 mg/l avec le molybdate d ammonium pour former un complexe bleu et produisant ainsi une interférence positive sur le résultat d analyse. Le chrome hexavalent et les nitrites interfèrent négativement pour des concentrations aussi faibles que 1,0 mg/l. Des concentrations aussi élevées que 50 mg Fe +3 /l, 10 mg Cu/l et 10 mg SiO 2 /l peuvent être tolérées. Des concentrations plus élevées en oxyde de silice causent une interférence positive. MA. 300 P. Ino de 14

6 3.2. LIMITE DE DÉTECTION Les limites de détection pour le phosphore inorganique total dans les liquides et les solides sont de 0,028 mg/l P et de 7 mg/kg P. D une façon pratique, les limites de détection rapportées sont de 0,030 mg/l P pour les liquides et de 10 mg/kg P pour les solides LIMITE DE QUANTIFICATION Les limites de quantification pour le phosphore inorganique total dans les liquides et les solides sont de 0,092 mg/l P et de 25 mg/kg P SENSIBILITÉ Lors de l étalonnage, la pente de la droite obtenue est d environ 0,057 unité d absorbance par mg/l FIDÉLITÉ Réplicabilité La réplicabilité d une série de mesures est de ± 0,01 mg/l P à une concentration de 0,18 mg/l P pour les liquides et de ± mg/kg P pour une concentration de mg/kg P pour les solides Répétabilité La répétabilité d une série de mesures est de ± 0,09 mg/l P à une concentration de 6,83 mg/l P pour les liquides et de ± 400 mg/kg P pour une concentration de mg/kg P pour les solides JUSTESSE Lors d essais, l erreur relative a été de 3,1 % pour les liquides et de 3,6 % pour les solides POURCENTAGE DE RÉCUPÉRATION Lors d essais, le taux de récupération du phosphore inorganique par cette méthode a été de 103 % pour les liquides et de 97 % pour les solides. 4. PRÉLÈVEMENT ET CONSERVATION Prélever un échantillon représentatif dans un contenant de plastique ou de verre. Pour les liquides, préserver l échantillon avec H 2 SO 4 9 N jusqu à un ph inférieur à 2. Pour les échantillons solides, aucun agent de préservation n est ajouté. 6 de 14 MA. 300 P. Ino 1.0

7 Conserver l échantillon à environ 4 C. Le délai de conservation entre le prélèvement et l analyse ne doit pas excéder un mois pour les liquides et six mois pour les solides. 5. APPAREILLAGE 5.1. Agitateur Vortex 5.2. Autoclave 5.3. Système automatisé pour le dosage des phosphates, incluant : échantillonneur; pompe péristaltique; système pour la réaction; colorimètre muni de filtres de longueur d onde de 660 nm et d une cellule de 10 mm; enregistreur Balance dont la sensibilité est de 0,1 mg 6. RÉACTIFS ET ÉTALONS Tous les réactifs commerciaux utilisés sont de qualité A.C.S., à moins d indication contraire. L eau utilisée pour la préparation des réactifs et des solutions étalons est de l eau distillée ou déminéralisée. À moins d'indication contraire, les solutions préparées peuvent êtres conservées indéfiniment à la température ambiante. Elles doivent cependant être refaites si un changement de couleur est noté ou s'il y a formation de précipité Acide sulfurique, H 2 SO 4 (CAS n o ) 6.2. Hydroxyde de sodium, NaOH (CAS n o ) 6.3. Molybdate d ammonium, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 4 H 2 O (CAS n o ) 6.4. Phosphate de potassium monobasique, KH 2 PO 4 (CAS n o ) 6.5. Tartrate de potassium et d antimoine, K(SbO)C 4 O 6 ½ H 2 O (CAS n o ) 6.6. Acide ascorbique (L+) (CAS no ) 6.7. Acide 5-adénylique monohydraté, C 10 H 14 N 5 O 7 P H 2 O (CAS n o ) 6.8. Lauryl sulfate de sodium (L.A.S.), CH 3 (CH 2 ) 10 CH 2 OSO 3 Na (CAS n o ) 6.9. Phénolphtaléine (CAS n o ) MA. 300 P. Ino de 14

8 6.10. Méthanol (CAS n o ) Solution d acide sulfurique 9 N Diluer 250 ml de H 2 SO 4 (cf. 6.1) dans environ 700 ml d eau, laisser refroidir et compléter à ml avec de l eau Solution d acide sulfurique 11 N Ajouter lentement et en refroidissant le mélange 300 ml d acide sulfurique (cf. 6.1) à 600 ml d eau distillée. Refroidir et compléter à 1 litre avec de l eau Solution d hydroxyde de sodium 6 N Dissoudre 240 g de NaOH (cf. 6.2) en refroidissant, dans 700 ml d eau. Refroidir et compléter à 1 litre avec de l eau Solution de lauryl sulfate de sodium (L.A.S.) 10 % (P/V) Dissoudre 10 g de lauryl sulfate de sodium (cf. 6.8) dans environ 80 ml d eau et compléter à 100 ml avec de l eau Solution d acide ascorbique (L+). Dissoudre 10,0 g d acide ascorbique (cf. 6.6) dans 80 ml d eau. Agiter et compléter à 100 ml avec de l eau. Cette solution se conserve une semaine dans une bouteille ambrée à environ 4 C Solution mère du réactif molybdate Dissoudre 4,3 g de molybdate d ammonium (cf. 6.3) et 0,12 g de tartrate de potassium et d antimoine (cf. 6.5) dans environ 800 ml d eau. Ajouter 27 ml de H 2 SO 4 (cf. 6.1) tout en agitant, laisser refroidir et compléter à ml avec de l eau. Cette solution se conserve un mois dans une bouteille ambrée Solution de travail de molybdate-tartrate Prélever 200 ml du réactif molybdate (cf. 6.16) et ajouter 1 ml de la solution de lauryl sulfate de sodium 10 % (P/V) (cf. 6.14). Cette solution se conserve une semaine dans une bouteille ambrée Solution de phénolphtaléine 1 % (P/V) Dissoudre 1,0 g de phénolphtaléine (cf. 6.9) dans 100 ml de méthanol (cf. 6.10). 8 de 14 MA. 300 P. Ino 1.0

9 6.19. Solution d acide 5-adénylique monohydraté 10 mg/l P Dissoudre 0,118 g d acide 5-adénylique monohydraté (cf. 6.7) dans environ 800 ml d eau, ajouter 1 ml de H 2 SO 4 9 N (cf. 6.11) et jauger à ml avec de l eau Solution étalon de phosphore de mg/l P Dissoudre 4,394 g de KH 2 PO 4 (cf. 6.4) préalablement séché à 105 C dans environ 800 ml d eau, ajouter 1 ml de la solution de H 2 SO 4 9 N (cf. 6.11) et compléter à ml avec du H 2 O. Cette solution se conserve deux ans à 4 C Solutions étalons de phosphore À l aide de dilutions, préparer une série de solutions étalons ayant les concentrations suivantes : Étalon Concentration de phosphore (mg/l P) ,1 5 0,0 Voici un exemple pour la préparation de ces solutions étalons : Solution étalon de phosphore de 100 mg/l P Prélever avec une pipette 5 ml de la solution étalon de phosphore de mg/l (cf. 6.20) dans environ 25 ml H 2 O, ajouter 0,25 ml de la solution de H 2 SO 4 9 N (cf. 6.11) et compléter à 50 ml avec de l eau. Cette solution se conserve six mois à 4 C. Solutions étalons de phosphore de 0, 0,1, 1, 3 et 5 mg/l P Dans une série de fioles jaugées de 100 ml, introduire, à l aide de pipettes, 0, 0,1, 1, 3 et 5 ml de la solution étalon de phosphore de 100 mg/l P dans environ 70 ml d eau, ajouter 0,5 ml H 2 SO 4 9 N (cf. 6.11) et compléter au trait de jauge avec de l eau. Ces solutions se conservent six mois à 4 C. MA. 300 P. Ino de 14

10 7. PROTOCOLE D ANALYSE Pour toute série d échantillons, les recommandations des «Lignes directrices concernant l application des contrôles de la qualité en physico-chimie», DR-12-SCA-01, sont suivies afin de s assurer d une fréquence d insertion adéquate en ce qui concerne les éléments de contrôle et d assurance de la qualité (blanc, matériaux de référence, duplicata, etc.). Tous ces éléments d assurance et de contrôle de la qualité suivent les mêmes étapes du protocole analytique que les échantillons PRÉPARATION DE L ÉCHANTILLON NOTE Les solutions étalons et le témoin sont traités de la même façon que les échantillons, y compris la digestion dans l autoclave. - Pour les échantillons solides, homogénéiser l échantillon non séché avec une spatule afin d avoir un échantillon représentatif. Peser environ 0,050 g équivalent sec d échantillon de matrice humide dans un tube de 20 x 150 mm et ajouter 10 ml d eau. NOTE Déterminer le pourcentage d humidité sur une autre portion de l échantillon. Pour les échantillons liquides, verser 10 ml d échantillon, préalablement homogénéisé, dans un tube de 20 x 150 mm. NOTE Pour chaque série d échantillons digérés à l autoclave, inclure un tube contenant 10 ml de la solution d acide 5-adénylique monohydraté de 10 mg/l (cf. 6.19) afin de s assurer qu il n y ait pas hydrolyse du phosphore organique. Dans chacun des tubes, ajouter une goutte de la solution de phénolphtaléine 1 % (cf. 6.18) et agiter. Ajouter goutte à goutte avec une pipette Pasteur la solution de NaOH 6 N (cf. 6.13) jusqu à l obtention d une teinte rosée. Ajouter goutte à goutte, tout en agitant, la solution d acide sulfurique 11 N (cf. 6.12) jusqu à disparition de la teinte rosée, puis ajouter 10 gouttes supplémentaires de la solution d acide sulfurique. Mettre un morceau de papier indicateur de pression sur le support à tubes avant la digestion. Effectuer la digestion à l autoclave pendant 30 minutes à environ 121 C. Abaisser la pression lentement et laisser refroidir les tubes à la température de la pièce. Filtrer si nécessaire avec un filtre de porosité de 0,8 µm. NOTE Si une dilution est nécessaire, utiliser un blanc ayant le même protocole de digestion. 10 de 14 MA. 300 P. Ino 1.0

11 7.2. DOSAGE Le dosage est fait en utilisant un analyseur de phosphates (voir figure 1). Démarrer la pompe et faire circuler de l eau dans le système pendant quelques minutes. Par la suite, faire aspirer les réactifs pendant environ 30 minutes afin d équilibrer le système. La ligne de base est ajustée et l amplitude maximale est ajustée avec la solution étalon de 5 mg/l P. Lorsque le signal obtenu est stable, introduire les solutions étalons et les échantillons. Lorsque les analyses sont terminées, faire aspirer de l eau dans les tubes pendant quelques minutes. Fermer le système et détendre les tubes PRÉPARATION SPÉCIALE DE LA VERRERIE Aucune attention autre que le lavage et le séchage de la verrerie n est nécessaire pour la détermination du phosphore inorganique total. 8. CALCUL ET EXPRESSION DES RÉSULTATS Le phosphore inorganique est calculé par un système automatisé. Pour les solides : Les résultats sont exprimés en mg/kg dans l échantillon selon l équation suivante : où A 10 F C = B H C : concentration du phosphore inorganique total dans l échantillon (mg/kg P); A : concentration du phosphore inorganique total dosée (mg/l); 10 : volume final avant le dosage (ml); F : facteur de dilution; B : poids de l échantillon humide (g); H : pourcentage d humidité (%). MA. 300 P. Ino de 14

12 Pour les liquides : Les résultats sont exprimés en mg/l dans l échantillon selon l équation suivante : où C = A F C : concentration du phosphore inorganique total dans l échantillon (mg/l P); A : concentration du phosphore inorganique total dosée (mg/l); F : facteur de dilution. 9. CRITÈRES D ACCEPTABILITÉ Les termes utilisés dans cette section sont définis au document DR-12-SCA-01 et sont appliqués comme suit : Pour les matériaux de référence et les matériaux de référence certifiés, les critères sont définis par le responsable désigné. Les résultats des duplicata et des replica ne doivent pas varier de plus de 0,09 mg/l P pour les liquides et de 30 mg/kg P pour les solides si la concentration de phosphore inorganique total est inférieure à 10 fois la limite de quantification de la méthode et de 10 % si la concentration est supérieure à 10 fois la limite de quantification. Les ajouts dosés doivent permettre un recouvrement entre 80 % et 120 % pour les liquides et entre 50 % et 150 % pour les solides. Le blanc de méthode analytique ne doit pas avoir une concentration supérieure à la solution étalon ayant la concentration la plus faible. La concentration de phosphore inorganique obtenu à partir d un échantillon contenant 10 mg/l P d acide 5-adénylique monohydraté ne doit pas être supérieure à 1,4 mg/l P. Les résultats des étalons de vérification ne doivent pas varier de plus de 15 %. 10. BIBLIOGRAPHIE AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION AND WATER POLLUTION CONTROL FEDERATION, Standard Methods for the Examination of water and wastewater, 20th Edition, CENTRE D EXPERTISE EN ANALYSE ENVIRONNEMENTALE DU QUÉBE, Lignes directrices concernant l application des contrôles de la qualité en physico-chimie, DR-12-SCA-01, Ministère de l Environnement du Québec, Édition courante. 12 de 14 MA. 300 P. Ino 1.0

13 CENTRE D EXPERTISE EN ANALYSE ENVIRONNEMENTALE DU QUÉBEC, Protocole pour la validation d une méthode d analyse en chimie, DR-12-VMC, Ministère de l Environnement du Québec, Édition courante. TRAACS 800 METHOD, Industrial Method No T, Bran + Lubbe, MA. 300 P. Ino de 14

14 Figure 1 Schéma représentant la disposition des tubes pour le dosage du phosphore inorganique 14 de 14 MA. 300 P. Ino 1.0