Détermination du Carbone Organique Total dans les eaux potables

La mesure du carbone organique total dissous (C.O.T.) qui constitue un bon indicateur des contaminations organiques se généralise de plus en plus pour le contrôle de l'eau potable, et tout laisse à penser qu'elle ira en s'intensifiant puisque l’analyse du C.O.T. figure depuis 1980 parmi celles retenues par les commissions européennes. La quantité maximale de C.O.T. admissible dans les eaux potables n’a pas encore été définie, mais de nombreux laboratoires vont être amenés à s’équiper pour effectuer cette analyse. Avant de déterminer les caractéristiques d’un bon analyseur de C.O.T. dans les eaux de consommation, rappelons les exigences analytiques de ce dosage.

DEFINITION DU

PROBLEME ANALYTIQUE

Le principe de l’analyse de C.O.T. est simple ; il s‘agit, à la suite d'une pyrolyse oxydante ou réductrice, de mettre le carbone issu de la matière organique sous une forme titrable et de doser en conséquence le composé formé ; toutefois, l'application de ce dosage est quelquefois délicate, plus particulièrement dans le cas des eaux de consommation.

En effet, les difficultés rencontrées par l’analyste sont les suivantes :

• — les quantités de matières organiques à doser, qu’il s‘agisse d'eau « brute » ou d’eau « finie », sont toujours faibles (quelques mg/litre et au-dessous),
• — par contre, les teneurs en carbone minéral, généralement sans intérêt, apportées par les carbonates minéraux, sont relativement plus élevées, voire très élevées, dans le cas des eaux chargées en calcaire,
• — une des difficultés majeures, et non la moindre, est la détermination précise de la valeur résiduelle de C.O.T. sur un essai à blanc, puisqu’il s’agit d’analyser la matière organique à très faible niveau de concentration. En effet, avec les appareils reposant sur le principe d'une pyrolyse oxydante ou réductrice à haute température (800-900 °C), on utilise un four contenant un tube de quartz ; malheureusement et dans la plupart des cas, la détérioration du tube de quartz (amenée par les éléments minéraux de l’eau) sera responsable d'une valeur de blanc instrumental variable et non négligeable, pouvant atteindre le même ordre de grandeur que la valeur de C.O.T. contenu dans l’échantillon à analyser. On conçoit dans ces conditions que l’analyse est alors difficile et incertaine.

CARACTERISTIQUES NECESSAIRES

A UN ANALYSEUR DU C.O.T. DE L’EAU POTABLE

On voit donc qu’un instrument moderne de détermination de C.O.T. dans les eaux de consommation doit présenter les caractéristiques suivantes :

• — très grande sensibilité doublée d'une bonne précision,
• — bon pouvoir discriminateur vis-à-vis des carbonates minéraux,

• valeur de blanc instrumental très faible, reproductible, et bien inférieure aux valeurs de C.O.T. à doser,
• fonctionnement automatique, simple, avec un temps de réponse rapide,
• excellente fiabilité,
• entretien réduit.

Ainsi que nous le verrons plus loin, il existe maintenant un appareil, l’analyseur DC-80 Dohrmann-Xertex, qui répond à ces critères et convient parfaitement à la détermination du C.O.T. dans les eaux potables ainsi que, bien entendu, dans les eaux polluées plus chargées.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU DC-80

Cet analyseur fonctionne sur le principe d’une oxydation U.V., à basse température, dans un milieu très fortement oxydant. Le CO₂ formé est détecté par infrarouge. D’une manipulation très facile, il utilise une technologie perfectionnée composée des éléments suivants (figure n° 1) :

• un nouveau réacteur d’une très grande efficacité,
• un tube U.V. immergé dans le réacteur,
• un détecteur IR non dispersif, très stable et de grande sensibilité,
• un microprocesseur assurant la gestion de l’analyse et l’exploitation des résultats,
• des organes de lecture avec affichage numérique et impression des résultats en termes de concentration.

Son fonctionnement est décrit ci-après :

Le réactif au persulfate de potassium est amené en continu dans le réacteur à l’aide d’une pompe de faible débit. L’échantillon, préalablement acidifié et décarbonaté par barbotage sous oxygène, est introduit à l’aide d’une seringue ou d’une vanne à boucle dans le flux continu de l’instrument ; le mélange traverse alors le réacteur U.V. dans lequel la matière organique est décomposée rapidement sous l’action simultanée d’une photo-oxydation et des radicaux oxydants formés suivant le schéma :

SO₄²⁻ S₂O₈²⁻ + hν → 2 SO₄⁻ + •OH  
SO₄⁻ + H₂O → SO₄²⁻ + •OH + H⁺  
R + hν → R*  
R* + SO₄⁻ + H₂O → n CO₂ + …  

L’oxydation de la matière organique « excitée » dans ces conditions est particulièrement efficace (tableau n° 1). Le bioxyde de carbone formé est entraîné par le gaz porteur vers le détecteur IR non dispersif. Le microprocesseur linéarise, intègre le signal puis calcule par rapport aux valeurs d’étalonnage en mémoire le résultat qui est affiché et imprimé ; le temps d’analyse est d’environ 3 à 5 minutes. Le microprocesseur décide du temps où l’analyse est terminée ; comme les vitesses d’oxydation de certaines substances organiques sont légèrement variables, un temps maximum est stocké dans les mémoires au-delà duquel un code alerte prévient le manipulateur de toute anomalie.

La mise en route et les étalonnages sont ultrasimples et rapides : il n’y a pas de four à chauffer ni à

TABLEAU N° 1

Rendements de l’oxydation U.V.sur divers standards organiquesNiveau de concentration 100 p.p.m.

(1) Test ASTM D-1906.(2) Sur la base d’une détermination en mode carbone total.

stabiliser, pas de catalyseur à conditionner, pas de débit de gaz à régler. Ces caractéristiques tendent à réduire le blanc instrumental à une valeur parfaitement négligeable, alors que la sensibilité est très grande ; l'étendue de la gamme de mesure va de 150 µg/l à 4 000 mg/l de C.O.T. avec une imprécision de quelques %.

L'analyse au niveau de concentration du mg/l se fait sans difficultés et l'instrument est suffisamment sensible pour l’analyse des eaux potables.

L'instrument est complété par les accessoires suivants :

• — un passeur échantillon automatique de grande capacité (120 tubes) comportant une tête de dégazage préalable des échantillons et un système de rinçage évitant les contaminations entre échantillons,
• — un petit four annexe permettant de déterminer à tout moment, et le cas échéant, le carbone organique purgeable (P.O.C.) dont la mesure précise est particulièrement utile dans le cas d’une pollution occasionnée par des traces de solvants ou d’hydrocarbures non miscibles à l'eau et de forte tension de vapeur),
• — un passeur échantillon pour l’analyse des sédiments et boues.

RÉSULTATS OBTENUS

Les quelques exemples suivants illustrent parfaitement les possibilités du DC-80 pour le dosage du C.O.T. dans les eaux potables ou à très faible niveau de carbone organique.

La figure n° 2 et le tableau n° 2 montrent des séries de mesures effectuées sur une eau désionisée et sur le blanc (prise échantillon par boucle de 4 ml).

Échantillon : 1,0 mg/l KHP Volume : 1 ml Moyenne : 1,27 mg/l Écart type : 0,03 mg/l

TABLEAU N° 2

Série de mesures effectuées sur une eau désionisée et sur le blanc

TABLEAU N°3

Suivi du procédé de fabrication d'une eau de très grande pureté

La figure n° 3 donne un exemple de reproductibilité sur une solution de concentration 1 mg/litre KHP et par une prise échantillon 1 ml.

La figure n° 4 montre les analyses courantes effectuées sur l'eau de ville (prise au robinet du laboratoire) et sur une eau très pure (à noter : valeur de blanc très faible : 0,018 mg/l).

Le tableau n° 3 est un exemple de suivi de procédé de fabrication d'une eau de très grande pureté.

Enfin la figure n° 5 nous donne un exemple de reproductibilité pour une concentration plus importante de 1000 mg/litre et une prise échantillon boucle 40 μl.

Les résultats d’analyse de C.O.T. énoncés ci-dessus ont été obtenus au laboratoire sur des échantillons ponctuels. Nous ajoutons que le dosage du C.O.T. par oxydation U.V., dans les eaux de consommation peut être réalisé également en continu avec un appareillage de type « procédé industriel », basé sur un principe et une technologie similaires.