Analyses d'eau potable par chromatographie ionique en utilisant de l'eau ultra pure

Merina Corpinot Ph.D.¹, Estelle Riche Ph.D.², Beatrice Frocrain¹, Cecilia Devaux¹, Stephane Mabic Ph.D.²

¹R&D, Lab Water Solutions, Merck, Guyancourt, France, ²Marketing, Lab Water Solutions, Merck, Guyancourt, France

L'eau potable est la boisson la plus essentielle à notre santé ; sa qualité est par conséquent strictement réglementée.^1,2 Les ions inorganiques dans l'eau peuvent nuire à la santé (p. ex. les nitrates et les nitrites), tandis que d'autres peuvent influer sur les propriétés organoleptiques de l'eau. Par exemple, les ions chlorures et sulfates peuvent induire un goût perceptible et désagréable.

L'eau est fréquemment traitée avec des produits chimiques pour contrôler les bactéries et éliminer les pathogènes. Ces produits chimiques peuvent générer des sous-produits de désinfection (SPD, ou DBP pour disinfection by-products) nocifs quand ils réagissent avec des molécules organiques naturellement présentes dans l'eau.³ Pour ces raisons, les concentrations en ions et en SPD dans l'eau potable sont hautement surveillées et contrôlées, et les techniques pour les détecter et les quantifier avec exactitude sont en constante évolution.

La chromatographie ionique pour l'analyse de l'eau potable

La chromatographie ionique (IC pour Ion Chromatography) est une technique analytique couramment employée pour analyser des échantillons d'eau à la recherche de contaminants. L'eau purifiée est utilisée dans de nombreuses étapes d'une procédure de chromatographie ionique. Par exemple, pour la préparation des échantillons, des étalons et des blancs, ainsi que des éluants à base d'eau. L'eau est donc un réactif essentiel et doit être de la plus haute qualité pour obtenir des résultats exacts et fiables en IC.

Dans cet article, nous évaluons la pertinence de l'eau ultra pure produite par un système de purification d'eau Milli-Q^® IQ 7000 pour les analyses en IC d'ions inorganiques et de SPD dans l'eau de boisson.

Analyse en IC d'ions dans des échantillons d'eau ultra pure et d'eau potable

Nous avons analysé de l'eau de ville (du robinet) et de l'eau ultra pure fraîchement distribuée par un système Milli-Q^® IQ 7000. Ce système de purification fournit une eau ayant une résistivité de 18,2 MΩ∙cm à 25 °C et une valeur de carbone organique total (COT) inférieure à 5 ppb. Le système est alimenté avec de l'eau pure issue d'un système s'appuyant sur l'électrodésionisation (EDI) Elix^® et équipé d'un filtre final Millipak^® de 0,22 µm.

Les concentrations en ions inorganiques mesurées dans l'eau ultra pure étaient soit non détectables soit inférieures à la limite de détection (LD). Par exemple, les niveaux de nitrates (NO₃^-) dans l'eau ultra pure étaient 140 000 fois inférieurs aux limites les plus basses définies par l'OMS et les organismes de réglementation européens. Cela a été observé alors même que l'eau de ville alimentant la chaîne de purification d'eau contenait de grandes quantités de ces ions (Tableau 1). 

Tableau 1. Concentration des anions et cations dans l'eau de ville (Guyancourt, France) et dans l'eau ultra pure, déterminée par une analyse en IC et comparée aux seuils définis par les organismes réglementaires.

*L'eau de ville a été diluée 1 000 fois avec de l'eau ultra pure avant analyse. L'eau ultra pure a été distribuée par un système Milli-Q^® IQ 7000. EPA, US Environmental Protection Agency ; FDA, US Food and Drug Administration ; LD, limite de détection de la méthode ; LQ, limite de quantification ; MCL, Maximum Contaminant Level (niveau de contaminant maximum) ; –, aucune donnée disponible ; n.d., non détecté ; SOQ, Standards of Quality (normes de qualité) ; OMS, Organisation mondiale de la Santé ; -, pas une préoccupation pour la santé aux seuils rencontrés dans l'eau potable.

Ions	Eau de ville diluée*	Eau ultra pure	LD / LQ	Directives de l'OMS2	FDA SOQ4 /EPA MCL5	Directive UE1
F- (µg/l)	0,15	< LD	0,02 / 0,06	1 500	Variable/4 000	1 500
Cl- (µg/l)	22,67	n.d.	0,17 / 0,51	–	250 000	250 000
NO2- (µg/l)	< LD	n.d.	0,16 / 0,49	3 000	1 000	500 000
NO3- (µg/l)	34,55	n.d.	0,36 / 1,08	50 000	10 000	50 000
SO42- (µg/l)	52,48	n.d.	0,84 / 2,55	–	250 000	250 000
Na+ (µg/l)	16,56	< LD	0,17 / 0,53	–	–	200 000
K+ (µg/l)	2,52	< LD	0,16 / 0,49	–	–	–
Mg2+ (µg/l)	5,01	< LD	0,06 / 0,18	–	–	–
Ca2+ (µg/l)	106,06	< LD	0,07 / 0,22	–	–	–

La Figure 1 et la Figure 2 montrent les chromatogrammes ioniques d'une eau ultra pure comparés à ceux d'un mélange d'étalons anioniques et cationiques, respectivement.

Figure 1. Chromatogrammes ioniques d'une eau ultra pure provenant d'un système de purification d'eau Milli-Q^® IQ 7000 et d'un mélange d'étalons anioniques. Pic 9 : carbonates

Figure 2. Chromatogrammes ioniques d'une eau ultra pure provenant d'un système Milli-Q^® IQ 7000 et d'un mélange d'étalons cationiques.

Ces résultats démontrent que l'eau ultra pure fraîchement distribuée par un système Milli-Q^® IQ 7000 est bien adaptée à une utilisation en analyse par chromatographie ionique. Cette eau peut être utilisée en toute confiance pour les blancs et pour préparer les échantillons, les étalons et les éluants. L'eau ultra pure provenant de ce système convient également à l'analyse de l'eau potable, car elle contient des niveaux extrêmement faibles d'ions inorganiques.

Méthode expérimentale

Pour les anions inorganiques :

• Instrument : système ICS-3000 Thermo Scientific Dionex™
• Colonnes : concentrateur anionique : IonPac™ UTAC-ULP1, 5 × 23 mm ; colonne de garde : IonPac™ AG19, 2 × 50 mm ; colonne analytique : IonPac™ AS19, 2 × 250 mm
• Éluant : gradient de KOH : 1 à 35 mM de KOH de 0 à 20 min ; 35 mM de 20 à 25 min ; de 35 mM à 1 mM de 25 à 25,1 min ; 1 mM de 25,1 à 30 min
• Générateur d'éluant : EG40 avec cartouche KOH et eau ultra pure provenant d'un système d'alimentation directe de l'IC ICW-3000™ ; Débit : 0,25 ml/min
• Détection : conductivité supprimée ; suppresseur d'éluant : ASRS^® Ultra II 2 mm
• Échantillons et étalons : le volume d'échantillon était de 40 ml (pré-concentré : l'échantillon de 40 ml a été concentré sur une cartouche, et l'échantillon concentré a été injecté sur une colonne après désorption). Des étalons TraceCERT^® ont été utilisés.

Pour les cations inorganiques, la même méthode a été employée, mais avec un gradient de MSA et une colonne analytique CS12A.

Analyse en IC de sous-produits de désinfection dans des échantillons d'eau ultra pure et d'eau potable

Pour préserver la salubrité de l'eau potable, une quantité critique de désinfectant doit être ajoutée afin de tuer les pathogènes tout en réduisant au minimum la production de SPD, à des niveaux inférieurs aux limites acceptables.

L'EPA⁵ et l'OMS² ont établi la concentration maximale de bromates admissible dans l'eau de ville à 10 μg/l. La FDA a adopté ce même seuil réglementaire pour l'eau en bouteille.⁴ En Europe, les eaux minérales naturelles et les eaux de source traitées par ozonation (ont une concentration maximale admissible en bromates de 3 μg/l⁶ ; cette valeur est de 10 µg/l pour l'eau potable.¹ Les niveaux de bromates, de chlorates et de chlorites dans l'eau potable sont couramment déterminés par IC en suivant la méthode EPA 300.1.⁷

Nous avons analysé de l'eau de ville (du robinet) et de l'eau ultra pure fraîchement distribuée par un système Milli-Q^® IQ 7000 équipé d'un filtre final Millipak^®. Les niveaux de bromates, de chlorates et de chlorites dans l'eau ultra pure étaient inférieurs aux seuils fixés par les organismes de réglementation (Tableau 2). Même si certains SPD étaient présents dans l'eau de ville d'alimentation, aucun SPD n'a pas été détecté dans l'eau ultra pure distribuée par le système.

La combinaison de technologies constituant la chaîne de purification d'eau (composée d'un système à base de technologie EDI Elix^® alimentant un système Milli-Q^® IQ 7000) élimine efficacement les niveaux de SPD à l'état de traces pour produire de l'eau ultra pure qui convient aux analyses d'eau potable par IC.

Tableau 2 : Quantification des SPD (sous-produits de désinfection) dans de l'eau de ville (Guyancourt, France) et dans de l'eau ultra pure, déterminée par une analyse en IC et comparée aux seuils des organismes réglementaires pour l'eau de boisson (potable). Les échantillons ont été testés par un laboratoire accrédité indépendant. L'eau ultra pure était fournie par un système de purification d'eau Milli-Q^® IQ 7000. EPA, US Environmental Protection Agency ; FDA, US Food and Drug Administration ; LQ, limite de quantification ; MCL, Maximum Contaminant Level (niveau de contaminant maximum) ; –, aucune donnée disponible ; SOQ, Standards of Quality (normes de qualité) ; OMS, Organisation mondiale de la Santé.

SPD	Eau de ville	Eau ultra pure	LQ	Directives de l'OMS3	FDA SOQ4 / EPA MCL5	Directive UE1
Bromates (µg/l)	1	< LQ	1	10	10	10
Chlorates (µg/l)	35	< LQ	10	700	–	250
Chlorites (µg/l)	< LQ	< LQ	10	700	1 000	250

Méthode expérimentale

Les analyses ont été effectuées par un laboratoire accrédité (COFRAC) indépendant.

• Chlorites et chlorates : selon la norme NF EN ISO 10304-4
• Bromates : selon la norme NF EN ISO 15061
• Éluant : carbonate/bicarbonate
• Colonne : Metrohm Metrosep A supp 7 – 250/4,0, 45 °C, détection de conductivité supprimée

Pertinence de l'eau ultra pure produite par un système de purification d'eau Milli-Q^® pour les analyses d'eau potable en IC

Cette étude démontre que l'eau ultra pure fraîchement produite par un système de purification d'eau Milli-Q^® IQ 7000 est adéquate pour les tâches effectuées dans le cadre d'une analyse d'eau potable en IC. Elle convient tout particulièrement à la préparation des éluants, des échantillons et des étalons, ainsi qu'à une utilisation comme blanc. Même si l'eau de ville alimentant le système contient les ions à mesurer, ces contaminants sont éliminés par la combinaison de technologies présentes dans la chaîne de purification d'eau. 

Un système d'eau ultra pure Milli-Q^® IQ 7000 peut être alimenté par un système d'eau pure Milli-Q^® IX, qui inclut la technologie d'EDI Elix^®. Un système d'eau pure et ultra pure Milli-Q^® IQ 7003/05/10/15 distribue également une eau ultra pure adéquate pour une analyse en IC en utilisant de l'eau de ville (du robinet) comme eau d'alimentation.

Références bibliographiques

1. Communities Official Journal of the European. Directive (EU) 2020/2184 of the European Parliament and of the Council of 16 December 2020 on the quality of water intended for human consumption. 2020 . Available from: https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2020/2184/oj

2. Guidelines for drinking-water quality: fourth edition incorporating first addendum. [Internet]. World Health Organization. . Available from: https://www.who.int/publications/i/item/9789241549950

3. Gilchrist ES, Healy DA, Morris VN, Glennon JD. 2016. A review of oxyhalide disinfection by-products determination in water by ion chromatography and ion chromatography-mass spectrometry. Analytica Chimica Acta. 94212-22. https://doi.org/10.1016/j.aca.2016.09.006

4. CFR - Code of Federal Regulations Title 21. Available from: https://www.accessdata.fda.gov/scripts/cdrh/cfdocs/cfcfr/CFRSearch.cfm?fr=165.110&SearchTerm=bottled%20water

5. National Primary Drinking Water Regulations | US EPA.. Available from: http://www.epa.gov/ground-water-and-drinking-water/national-primary-drinking-water-regulations

6. COMMISSION DIRECTIVE 2003/40/EC of 16 May 2003 establishing the list, concentration limits and labelling requirements for the constituents of natural mineral waters and the conditions for using ozone-enriched air for the treatment of natural mineral water.. Available from: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32003L0040&from=FR

7. Pfaff JD, Hautman DP, Munch DJ. 1999, 1-40. Method 300.1: Determination of inorganic anions in drinking water by ion chromatography. . [Internet]. Cincinnati, OH: Stand Methods. Available from: https://www.epa.gov/esam/epa-method-3001-revision-10-determination-inorganic-anions-drinking-water-ion-chromatography