ANALYSE des ANIONS dans l`EAU par CHROMATOGRAPHIE

INSA de ROUEN
Laboratoire de Chimie Analytique
UV - ANA4
ANALYSE des ANIONS dans l’EAU par CHROMATOGRAPHIE IONIQUE
DIONEX DX100
Objectif du travail demandé:
Mise en oeuvre d'une méthode d'analyse qualitative et quantitative des anions courants contenus dans
l'eau de distribution urbaine par chromatographie ionique.
On appelle maintenant " Chromatographie Ionique " une méthode de chromatographie Liquide Haute
Performance réalisée sur des colonnes de résines échangeuses d'ions de haute spécificité et de très
hautes performances. On utilisera le montage dans la configuration "ANIONS", dans les conditions
décrites ci-dessous.
Conditions Chromatographiques:
Colonne:
IonPac AS9
conservée dans CO32- / HCO3- ( 2.0 / 0.75 mM )
capacité : 32 - 35 µeq
dimensions: 250x4 mmID
Nb de plateaux: 14000 par mètre pour SO42pH éluant 2 < pH < 11
( 2 à 13 pour l'échantillon )
précolonne:
AS9-G
suppresseur: système auto-régénérant SRS - ANION
suppression : I
éluant : Carbonate / bicarbonate de Sodium ( 1.8 /1.7 mM )
Débit: 2.0 ml / min
Utiliser 1 boucle de perte de charge
Conductivité de fond : 15 à 20 µS
Vanne d'injection
Colonne de garde
Montage pour l'analyse d'Anions
Colonne
cellule
regen out
eluant in
eluant out
regen in
La colonne est remplie de billes de silice sulfonée de 5 µm de diamètre à la surface desquelles sont
greffées chimiquement des billes de latex porteuses de groupements Ammonium Quaternaire, sur une
épaisseur de l'ordre de 0.1 µm.
SO3SO3SO3-
SO3-
+
+
NR3 NR3
+
NR3
+
NR3
+
NR3
Les éluants recommandés pour ce type de colonne sont, dans un ordre de force éluante décroissante:
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1
* 1) Soude 2.0 à 4.0 mM
* 2) Carbonate - Bicarbonate de Sodium ( Na 2CO3 - NaHCO3 ) - 2.0 mM / 0.75 mM
* 3) Carbonate - Bicarbonate de Sodium ( Na 2CO3 - NaHCO3 ) - 1.8 mM / 1.7 mM
* 4) Borate de Sodium (Na 2B4O7,10 H2O ) - 5 mM
Nous utiliserons l'éluant 3).
Détection:
Unité de Conductance :
G en Siemens (S) = ? -1
Unité de Conductivité:
? en S.cm-1
avec ? = G / k
Le constructeur annonce une mesure de Conductivité en S ( ou µS ) . Il faut entendre en µS.cm-1 et
admettre que la constante de la cellule de mesure vaut k = 1 cm
Rappel:
On mesure donc la conductivité de l'éluant, et il serait pratiquement impossible de distinguer la
conductivité due aux anions analysés (en concentration extrêmement faible), de la conductivité de
fond de l'éluant, sans quelques artifices.
Certains appareils utilisent des colonnes ioniques de suppression,
D'autres ont par la suite utilisé des suppressions chimiques par membranes échangeuses d'ions
(cela reste faisable sur cet appareil).
On préfère maintenant mettre en oeuvre une suppression basée sur le principe de
l'électrodialyse: Suppresseur DIONEX SRS?
évac.
anode
+
évac.
,H O
2
+O 2
Solutés Anions
+ Eluant
+
Na + HCO
3
H+
H++O
2
- 2e-
,H O
2
+
Na ,OH
+ H2
cathode
-
+
Na
+ OH
H2
H++ HCO
3
+ 2e-
CO2 ,H 2 O
+ solutés
,H O
2
,H O
2
membranes échangeuses de c ations
Fonctionnement du suppresseur Anionique
Eluant Bicarbonate de Sodium
Sur la Cathode l'eau est réduite en H2 et OH-. Les cations contenus dans l'éluant ( Na + ) ainsi
que les contre-ions des anions sont déplacés par le champ électrique vers la cathode - (migration ).
Dans le compartiment cathodique, ils donnent avec OH- une solution diluée de base forte qui est
évacuée.
A l'anode l'eau est oxydée en O2 + H+. Les H+ formés migrent également vers la cathode au
travers de la membrane échangeuse de cations qui les laisse passer; ils rencontrent alors les anions
faibles HCO3- ou CO32- (ou anions forts OH- si l'éluant est la soude) et ils forment une solution
d'acide très faible (acide carbonique) CO2,H2O très peu conductrice (ou de l'eau - éluant soude). Il
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2
ne restera plus à mesurer que la conductivité due aux anions en solution dans un milieu très peu
conducteur. On pourra alors amplifier sans problèmes.
Les opérations à effectuer seront réalisées dans l'ordre suivant:
1° - Préparation à la mise en route du DIONEX DX100
2° - Mise en route du logiciel d’acquisition et de traitement des données AZUR
3° - Mise en route du DIONEX DX100 et réalisation des injections.
4° - Traitement final des acquisitions
1° - Préparation à la mise en service du DIONEX DX100. (En italique déjà fait par le
technicien)
1-1: Rinçage du réservoir d'éluant à l'eau HQ
1-2: Remplissage du réservoir d'éluant (500 ml)
1-3: Dégazage de l'éluant par barbotage d'Hélium pendant ~ 1/4 h.
1-4: Pressurisation du réservoir.
1-4-1: interrupteur général (face droite ON).
1-4-2: Ouvrir le détendeur à la bouteille d'AZOTE et vérifier que Paval = 7 Bar.
1-4-3:
Eluant Air Pressure
On
15 psi MAX !
Off
Passer l'interrupteur ci-dessus sur ON et s'assurer du réglage du manomètre à 5 psi.
2° - Commandes Générales.
2-1:
Panneau frontal
MPa
25
psi
4000
20
Low ON
Low OFF
PRESSURE
High Limit
3000
30
15
10
2000
5
1000
0
0
µS Fu ll
Scale
RANGE
1.6845 µS
DISPLAY
RECORDER
RELAY
ON
LOCAL
OFF
CONTROL
PUMP
ON
INJECT
OFF
LOAD
Auto-Of fse t
SAMPLE
µS Offset
MPa
Low Limit
Psi
2-2:
Pompe:
Régler d'abord la Sécurité Haute de pression. Pendant que l'indicateur clignote, voir fig 2-1, appuyer
sur PRESSURE - HIGH LIMIT jusqu'à ce que l'afficheur indique 3000 psi. Il n'est pas indispensable
de faire afficher une Sécurité Basse.
ON
0200
Prise Pression
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1
0
OFF
Mettre l’interrupteur de la pompe su ON (voir ci-contre)
Pour aider à l'amorçage de la pompe, ouvrir en le
dévissant de 2 tours le point de prise de pression.
Le débit est réglé à 1,0 mL/min, ne pas modifier.Ne pas
tenir compte du chiffre.
3
On place la sensibilité (RANGE) sur la gamme 30 µS.
Ceci fait, on peut maintenant mettre la pompe en service par PUMP ON au panneau frontal.
Vérifier l'écoulement à l'évacuation. Revisser le point de prise de pression.
Faire tourner environ 1/4 h jusqu'à ce que la conductivité se stabilise vers une valeur de 12
µS ( AutoOFFSET OFF ) .
Quand la valeur de la conductivité se sera stabilisée, mettre l'AUTOOFFSET ON,
l'afficheur doit alors indiquer une valeur proche de ZERO.
3° 3-1:
3-2:
Préparation d'une injection.
Préparer le logiciel AZUR pour l’acquisition puis vérifier que sample est en position load
A l'aide d'une seringue, remplir la boucle d'injection ( vol: 25 µl )
3-3:
ATTENTION!!!
L'injection se fera lorsque après avoir appuyé sur SAMPLE /
LOAD, vous relâcherez ce bouton. Ne faites ceci que lorsque vous serez prêts à démarrer
l'acquisition.
3-4:
Au bout d'au moins une minute, enfoncer à nouveau SAMPLE / INJECT. On repasse sur
SAMPLE / LOAD en vue d'une nouvelle injection. Pour préparer cette injection, rincer soigneusement la
boucle, d'abord à l'eau HQ, puis avec le produit qui doit être injecté.
TRAVAIL A EFFECTUER:
1°) Préparer à partir des solutions mères, 3 solutions contenant chacune 4 ppm d'un des anions à
analyser, en solution dans l'eau HQ. (50 ml de chaque). = sol. ION1, ION2, ION3.
2°) Préparer 4 étalons à partir des solutions mères fournies:
Les dilutions sont réalisées à l'eau HQ (100mL de chaque)
ion
ETAL1 - conc (ppm)
ETAL2 – conc (ppm)
ETAL3 - conc (ppm)
ETAL4 - conc (ppm)
chlorure
2
5
10
20
nitrate
2
5
10
15
sulfate
1
2
5
10
3°) Préparer deux solutions inconnues (50 mL):
a) INC1 : eau du robinet diluée 1/5 par de l'eau HQ
b) INC2 : eau du robinet diluée 1/2 par de l'eau HQ
Mise en service du programme d’acquisition Datalys AZUR et Injection.
Sur l’ordinateur, lancer le logiciel AZUR. Dans la fenêtre de gauche cliquer sur l’instrument DIONEX.
La fenêtre d’acquisition s’ouvre alors.
- Cliquer sur Acquisition. Entrez le nom du chromatogramme, le volume injecté et le temps
d’acquisition (8 minutes).
- Aller dans la fenêtre signal.
Injection :
En position Load sur le DIONEX faire passer environ 2mL de produit sans mettre de bulles. Laisser la
seringue en place et appuyer sur inject. L’acquisition démarre alors sur AZUR.
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Une fois toutes les acquisitions faites, Nous allons procéder à un traitement automatique
des données.
Ouvrir le premier fichier de la gamme d’étalonnage (plus petite concentration) en cliquant sur la petite
fiole. Mettre en plein écran la fenêtre qui vient de s’ouvrir. Nous allons remplir les informations
nécessaires à une bonne intégration des pics.
- utiliser d’abord l’assistant de largeur de pic PW pour déterminer le plus petit pic souhaité
- utiliser l’assistant de seuil de détection bouton TH prendre une large zone bruitée.
- cliquer sur l’icône intégration à gauche. Dans la fenêtre qui s’affiche, cliquer en haut à
gauche sur ajouter des évènements. Temps : 0 min et événement INT- puis temps : 1.8 et
événement : INT+ (voir l’explication en dessous du tableau). Dépalcer éventuellement ces
évenements.
- Vérifier que vos pics sont bien intégrés.
Nous allons ensuite réaliser une identification automatique pour les pics. Cliquer sur l’icône
Identification (à gauche) et lancer Identification Wizard. Procéder à l’identification manuelle. Donner
la zone de reconnaisance (+/-0.5). Cliquer finalement sur intégrer. L’ordinateur identifie alors les
pics du chromatogramme.
On passe maintenant à la partie quantification. Cliquer sur l’icône Quantification. Lancer
Quantification Wizard. Choisir le mode de quantification : étalonnage externe, le modèle : régression
linéaire, le type de réponse : aire, le nombre de niveaux d’étalonnage (nombre de points de la courbe
d’étalonnage), inclure l’origine, mettre = pour la pondération des points et remplir les concentrations
pour les différents niveaux. On ne quantifiera pas les inconnus.
Aller dans Analysis/Save Process Method.
Nous allons ensuite spécifier à l’ordinateur les fichiers correspondants aux différents niveaux.
Aller dans Tool/Reprocessing. Dans le tableau, entrer les différents fichiers, la méthode de traitement
et le niveau correspondant (pas de niveau pour les inconnus). Il faut mette Add dans la colonne Calib
Upd. Lancer le traitement.
Vérifier chaque chromatogramme (ouvrir les fichiers et vérifier l’intégration et la reconnaissance des
pics). On les retrouve sur fichier, ouvrir, en cliquant sur la petite fiole.
Ouvrir de la même façon chaque courbe d’étalonnage mais en cliquant cette fois sur l’icône courbe
d’étalonnage. Vérifier la linéarité de chaque courbe. Imprimer les courbes d’étalonnage des trois ions.
Si probleme, il faut suprimer les courbes d’étalonnage avant de les retraiter.
Imprimer les chromatogrammes des deux solutions inconnues Pour cela ouvrir les chromatogrammes puis
cliquer sur fichier, imprimer étalonnage externe.
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