Dosage sensible du fer dans l'eau potable, les eaux minérales, les eaux souterraines et l'eau de source à l'aide de tests photométriques rapides
Katrin Schwind, Gunter Decker
La qualité de l'eau potable est réglementée par diverses lignes directrices, notamment la Directive européenne 98/83 du Conseil1,2 et les lignes directrices de l'OMS3. Les principes fondamentaux sous-tendant la définition de ces seuils s'appuient à la fois sur les risques pour la santé et sur des raisons sensorielles et techniques. Le fer, par exemple, ne présente pas de risque pour la santé aux concentrations habituellement rencontrées dans l'eau potable2,3. Cependant, des concentrations en fer supérieures provoquent la formation de produits du type d'hydroxyde de fer, qui peuvent se déposer dans les réseaux de canalisations et colorer l'eau en brun4.
Pour garantir la distribution d'une eau incolore et limpide, chaque pays a défini des seuils pour l'eau potable. Le seuil fixé pour le fer par la Directive de l'UE est de 0,2 mg/l de Fe2, tandis que l'US EPA spécifie 0,3 mg/l de Fe5. Pour prévenir la formation de dépôts de fer dans les réseaux de canalisations d'eau, il est recommandé de ne pas dépasser le seuil de 0,02 mg/l6. Pour garantir le respect des seuils fixés, l'eau potable est, dans de nombreux cas, soumise à une étape de traitement par précipitation du fer. Cette méthode élimine pratiquement tout le fer présent, réduisant sa concentration à la partie inférieure de l'échelle des ppb6.
Méthodes d'analyse
Les méthodes d'analyse hautement sensibles qui permettent de quantifier le fer à l'état de traces incluent la spectroscopie d'absorption atomique à flamme (SAA à flamme, SAAF) et la spectroscopie d'émission optique avec plasma à couplage inductif (ICP/OES). En fonction du volume de l'échantillon, la plage de mesure de la SAAF selon la norme DIN EN ISO 38406-32 s'étend de 0,002 à 0,020 mg/l de Fe. Selon la norme DIN EN ISO 11885, la limite de quantification (LQ) de la méthode par ICP-OES est de 0,002 mg/l de Fe7,8. Dans notre laboratoire, nous atteignons une LQ de 0,0007 mg/l de Fe par ICP-MS selon la méthode Q2 de l'ICH.
Analyse du fer avec les tests analytiques en kit (méthodes photométriques rapides)
Les méthodes photométriques rapides sont une alternative pratique pour obtenir des résultats rapides et sensibles sans avoir besoin d'investir dans des appareils coûteux. Les tests en kit sont généralement caractérisés par leur facilité d'utilisation et la rapidité de leur procédure. Le choix de la méthode dépend de l'application, de la plage de mesure et de l'exactitude requise. Dans le cas du fer, il existe deux méthodes photométriques sensibles.
Le dosage du fer par la méthode à la 1,10-phénanthroline selon les normes APHA 3500-Fe B et DIN 38406-1 permet de mesurer par photométrie des taux pouvant descendre jusqu'à 0,01 mg/l, ce qui suffit amplement pour bon nombre d'échantillons9.
Lorsqu'une LQ plus faible est nécessaire, on peut opter pour la méthode à la triazine. Dans ce cas, tous les ions fer sont réduits en ions fer(II). Ces derniers réagissent dans un milieu tamponné au thioglycolate contenant un dérivé de la triazine pour former un complexe rouge violet, mesuré ensuite par photométrie10. Le spectromètre UV-VIS Prove 600 et une cuvette de 100 mm permettent d'atteindre pour le fer des LQ pouvant aller jusqu'à 0,0025 mg/l. En raison du traitement permettant d'éliminer le fer et de la teneur en fer naturellement basse de la plupart des eaux potables, il est préférable de choisir la méthode à la triazine, plus sensible. Le test du fer Spectroquant® (réf. 114761) possède une plage de mesure globale de 0,0025-5,00 mg/l de Fe. Dans les photomètres Spectroquant®, les méthodes sont pré-programmées ; il n'est donc pas nécessaire de créer une courbe d'étalonnage, particulièrement chronophage.
Préparation des échantillons et performances du dosage avec le test du fer Spectroquant®
Pour commencer, les échantillons doivent être acidifiés à l'aide d'acide nitrique pour stabiliser le fer. Les échantillons contenant de l'acide carbonique doivent aussi être dégazés dans un bain à ultra-sons. Une description détaillée du mode opératoire du dosage est donnée dans l'application "Sensitive Measurement of Iron in Water"11.
Comparaison entre la méthode par ICP-MS et le test du fer Spectroquant®
La teneur en fer de cinq eaux minérales différentes a été déterminée avec le test en kit Spectroquant® et par ICP-MS. Tous les échantillons se situaient en-dessous de la LQ de la méthode correspondante (0,0007 mg/l pour l'ICP-MS, et 0,0025 mg/l pour le test en kit Spectroquant®).
Les cinq échantillons ont été enrichis en fer à trois niveaux de concentration différents par la méthode des ajouts dosés, et les taux de récupération correspondants ont été déterminés par photométrie. Les résultats sont présentés dans le Tableau 1 et la Figure 1.
Les concentrations de fer ajoutées pour l'enrichissement ont été récupérées avec exactitude. Les taux de récupération dans les échantillons enrichis allaient de 89 % à 99 % sur l'ensemble des expériences, pour un taux de récupération moyen de 95 %.
Figure 1.Résultats des ajouts dosés.
Il est possible d'atteindre une exactitude encore plus élevée avec une courbe d'étalonnage personnalisée. Le Tableau 2 montre les performances de la méthode pré-programmée pour la réf. 114761, déterminées conformément aux normes DIN 38402 A51 et ISO 8466-1, par rapport à une courbe d'étalonnage préparée manuellement pour la plage de mesure allant de 0,0005 à 0,0100 mg/l de Fe avec le test en kit photométrique. La courbe d'étalonnage est présentée à la Figure 2.
À 4,35 %, le coefficient de variation de la courbe d'étalonnage personnalisée est 3,3 fois plus élevé que celui de la méthode pré-programmée. Cela est dû au fait qu'à ces concentrations plus faibles, les écarts ont un effet relatif plus important sur l'étalonnage personnalisé. Dans l'absolu, la procédure d'étalonnage personnalisée donne des erreurs considérablement plus basses, comme le montrent les valeurs de l'écart-type et de l'intervalle de confiance de la méthode pour P = 95 %, qui sont 13 à 14 fois plus faibles que celles de la méthode pré-programmée.
Dans le cas des ajouts dosés, recourir à cet étalonnage personnalisé a permis d'améliorer encore le taux de récupération, qui a fini à une valeur moyenne de 101 %. Les valeurs individuelles se situaient entre 95 % et 106 % (Tableau 3).
Figure 2.Courbe d'étalonnage pour la plage de mesure allant de 0,0005 – 0,0100 mg/l de Fe.
Comme la teneur en fer des eaux minérales est très faible, les expériences ont également été réalisées sur des échantillons d'eau souterraine et d'eau de source, dont la concentration en fer est naturellement plus élevée du fait de l'absence de traitement. Les mesures ont été effectuées avec la méthode pré-programmée. Ici encore, les résultats ont été vérifiés à l'aide d'une analyse de référence basée sur une méthode ICP-MS. Le Tableau 4 compare les résultats obtenus avec les deux méthodes.
Les résultats obtenus avec le test du fer Spectroquant® concordent avec ceux de la méthode par ICP-MS. Du fait de la teneur en fer particulièrement élevée de l'échantillon d'eau souterraine de Bensheim (2,7 mg/l de Fe), la procédure définie n'a pas été suivie et une cuvette de 10 mm a été utilisée. Le taux de récupération s'est révélé être de 100 %. Ces résultats montrent que même les concentrations en fer très élevées peuvent être dosées avec précision à l'aide du test du fer.
Dans le cas des échantillons d'eau de source faiblement concentrés en fer, les résultats de la mesure différaient seulement d'une valeur maximale de 0,0008 mg/l. Même les concentrations en fer inférieures à la LQ de la méthode photométrique ont été confirmées par les mesures par ICP-MS.
Résumé
Le test du fer Spectroquant® constitue une bonne alternative à l'ICP ou la SAA lorsqu'il s'agit de déterminer la teneur en fer d'une eau potable, d'une eau minérale, d'une eau souterraine ou d'une eau de source. La méthode donne des résultats comparables à ceux obtenus avec la méthode basée sur l'ICP-MS et est facile à mettre en œuvre. Pour tous les laboratoires pour lesquels l'achat d'un système ICP-OES ou ICP-MS n'est pas pertinent en termes de coût, le test du fer Spectroquant® (réf. 114761) offre une alternative rapide, sensible et précise pour le dosage du fer dans l'eau potable, l'eau minérale, les eaux souterraines et l'eau de source.
Produits chimiques, échantillons et instruments utilisés :
Toutes les mesures ont été réalisées avec un spectrophotomètre Prove 600. Le système de référence était un système HR-ICP-MS Thermo Fisher Scientific (méthode appliquée sur le modèle Element 2).
Pour en savoir plus sur la gamme Spectroquant® dédiée à l'analyse spectrophotométrique, rendez-vous sur SigmaAldrich.com/spectroquant.
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