Brevet FR3138524A1 — publié le 20240202

La présente invention concerne un procédé d’analyse chimique, permettant notamment la détection et la quantification d’une espèce chimique dans une solution liquide (par exemple aqueuse). Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé d’analyse d’une espèce chimique X présente sous deux formes différentes. L’espèce X peut être présente, dans la solution liquide, sous la forme d’un premier composé A et sous la forme d’un deuxième composé B. Le procédé d’analyse selon la présente invention est, à cet égard, adapté pour permettre une analyse discriminatoire du premier composé A et du deuxième composé B sous l’action d’un unique agent réactif. Figure 1 procédé d’analyse chimique en phase gazeuse DOMAINE DE L’INVENTION L’invention se rapporte au domaine des analyses chimiques et plus particulièrement des analyses chimiques en phase gazeuse. Notamment, la présente invention concerne un procédé d’analyse séquentielle d’une espèce chimique présente dans deux composés différents. L’invention est, à cet égard, particulièrement adaptée à la détection et à la mesure de composés azotés susceptibles d’être présents dans les eaux, et notamment les eaux usées. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Le domaine du traitement des eaux, et notamment des eaux usées, est un domaine pour lequel les techniques d’analyses chimiques jouent un rôle primordial. Ces techniques sont, à cet égard, mises en œuvre pour détecter, et le cas échéant quantifier, la présence d’éléments ou d’espèces chimiques dans la solution considérée. En effet, compte tenu de règlementations environnementales toujours plus sévères ou tout simplement pour des raisons de toxicité de certains éléments chimiques, il est nécessaire d’avoir recours à des techniques d’analyse d’une sensibilité et une sélectivité accrue. A cet égard, la détection et la quantification des ions nitrates et des ions nitrites au cours du traitement des eaux est primordiale. En effet, ces deux espèces reconnues pour leur toxicité, tant pour l’environnement que pour l’homme, ne peuvent être présentes, au-delà d’un seuil de concentration réglementaire, dans les eaux traitées au moment de leur rejet dans la nature. La détection de ces deux espèces est aujourd’hui essentiellement mise en œuvre par voie liquide et peut notamment impliquer des techniques de colorimétrie et/ou de potentiométrie. Néanmoins, les eaux usées sont susceptibles d’être colorées, et de présenter une turbidité et une salinité importantes qui peut altérer les performances de ces techniques. Un but de la présente invention est de proposer un procédé d’analyse chimique moins sensible à la turbidité et à la présence d’éléments interférents. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé d’analyse chimique présentant une sensibilité accrue au regard des procédés connus de l’état de la technique. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION La présente invention concerne un procédé d’analyse d’un élément chimique X présent dans une solution liquide S sous la forme d’un premier composé A et d’un deuxième composé B différent du premier composé A, le premier composé A étant susceptible de former un composé G, sous forme gazeuse et qui comprend l’élément chimique X, par réaction avec un réactif R, tandis que le deuxième composé B n’est susceptible de former le composé G, sous forme gazeuse, par réaction avec le réactif R que lorsque la température T est supérieure à une température T1, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) une première étape de conversion qui comprend l’ajout à la solution liquide S du réactif R et le maintien de ladite solution liquide S à une température inférieure à la température T1 de manière à convertir uniquement le premier composé A en composé G sous forme gazeuse ; b) une première étape de mesure spectroscopique de la quantité de composé G formé à l’issue de l’étape a) ; c) une deuxième étape de conversion qui comprend une élévation de température à une température supérieure à la température T1 de manière à convertir, sous l’effet du réactif R, le deuxième composé B en composé G sous forme gazeuse ; d) une deuxième étape de mesure spectroscopique de la quantité de composé G formé à l’issue de l’étape c). Selon un mode de mise en œuvre, l’élément chimique X est dans un premier état d’oxydation dans le premier composé A, et dans un deuxième état d’oxydation, différent du premier état d’oxydation, dans le deuxième composé B. Selon un mode de mise en œuvre, l’élément chimique X comprend de l’azote. Selon un mode de mise en œuvre, le premier composé A comprend un ion nitrite, le deuxième composé B comprend un ion nitrate, et le composé G comprend du monoxyde d’azote. Selon un mode de mise en œuvre, le réactif R comprend du chlorure de vanadium et de l’acide chlorhydrique. Selon un mode de mise en œuvre, la température T1 est supérieure à 35°C, avantageusement supérieure à 40°C, encore plus avantageusement supérieure à 90°C. Selon un mode de mise en œuvre, ledit procédé d’analyse est mis en œuvre au moyen d’une ampoule dans laquelle la première étape a) de conversion et la deuxième étape b) de conversion sont mises en œuvre, ladite ampoule étant en communication fluidique avec une cellule de circulation et coopérant avec des moyens de mesure de spectroscopie ultraviolette. Selon un mode de mise en œuvre, l’élévation de température de l’étape c) est mise en œuvre au moyen d’un système permettant la chauffe du liquide présent dans l’ampoule. Selon un mode de mise en œuvre, l’étape a) est précédée d’une séquence permettant de mesurer la quantité d’ions ammonium susceptible d’être présents dans la solution liquide S. Selon un mode de mise en œuvre, la séquence comprend d’une part une étape de conversion des ions ammonium en ammoniac sous forme gazeuse au moyen d’une espèce basique, et une étape de mesure spectroscopique de la quantité d’ammoniac gazeux formé lors de l’étape de conversion. Selon un mode de mise en œuvre, ledit procédé comprend en outre l’exécution d’une étape a1) intercalée entre l’étape a) et l’étape b) qui comprend un refroidissement du composé G formé au cours de l’étape a). Selon un mode de mise en œuvre, ledit procédé comprend en outre l’exécution d’une étape c1) intercalée entre l’étape c) et l’étape d) qui comprend un refroidissement du composé G formé au cours de l’étape c). D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en référence à la figure annexée sur laquelle : La est une représentation schématique d’un dispositif d’analyse susceptible de mettre en œuvre le procédé d’analyse selon la présente invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION La présente invention concerne un procédé d’analyse chimique, permettant notamment la détection et la quantification d’une espèce chimique dans une solution liquide (par exemple aqueuse). Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé d’analyse d’une espèce chimique X présente sous deux formes différentes. L’espèce X peut être présente, dans la solution liquide, sous la forme d’un premier composé A et sous la forme d’un deuxième composé B. Le procédé d’analyse selon la présente invention est, à cet égard, adapté pour permettre une analyse discriminatoire du premier composé A et du deuxième composé B sous l’action d’un unique agent réactif. Ainsi, l’invention concerne un procédé d’analyse d’un élément chimique X présent dans une solution liquide S sous la forme d’un premier composé A et d’un deuxième composé B différent du premier composé A, le premier composé A étant susceptible de former un composé G, sous forme gazeuse et qui comprend l’élément chimique X, par réaction avec un réactif R, tandis que le deuxième composé B n'est susceptible de former le composé G, sous forme gazeuse, par réaction avec le réactif R que lorsque la température T est supérieure à une températureT1. De ce qui précède, il doit être compris que le premier composé A peut être converti en composé G, par réaction avec le réactif R, quelle que soit la température, tandis que le deuxième composé B peut être converti en G, par réaction avec le réactif R, uniquement lorsque la température est supérieure à la température T1. En d’autres termes, l’invention forme le composé gazeux G sélectivement à partir du premier composé A ou à partir du deuxième composé B. Cette sélection intervient par un choix de température approprié. Ainsi, le procédé comprend les étapes suivantes : a) une première étape de conversion qui comprend l’ajout à la solution liquide S du réactif R et le maintien de ladite solution liquide S à une température inférieure à la température T1 de manière à convertir uniquement le premier composé A en composé G sous forme gazeuse ; b) une première étape de mesure spectroscopique de la quantité de composé G formé à l’issue de l’étape a) ; c) une deuxième étape de conversion qui comprend une élévation de température à une température supérieure à la température T1 de manière à convertir, sous l’effet du réactif R, le deuxième composé B en composé G sous forme gazeuse ; d) une deuxième étape de mesure spectroscopique de la quantité de composé G formé à l’issue de l’étape c). A cet égard, la présente invention peut notamment être mise en œuvre au moyen d’un dispositif d’analyse 10 représenté à la . Le dispositif d’analyse 10 comprend au moins une ampoule 20 de forme généralement allongée selon une direction verticale. La suite de l’énoncé définit des termes qualifiés de « haut », « haute », ou « bas », « basse ». Ces qualificatifs sont définis par rapport à la direction verticale. Il est entendu que s’il était question de définir une direction horizontale les termes « gauche » et « droite » auraient remplacé les termes « haut » et « bas ». L’ampoule 20 est pourvue sur une première partie basse 20a de moyens d’injection d’un échantillon liquide (par exemple un échantillon liquide prélevé dans une solution liquide à analyser). Les moyens d’injection peuvent notamment comprendre une entrée d’injection 21 par laquelle transite l’échantillon liquide pour son injection dans la partie basse de l’ampoule 20. L’ampoule 20 peut également comprendre dans sa première partie basse 20a une sortie de purge 21b. L’ampoule 20 comprend également dans sa première partie haute 20b (opposée à la partie basse) une sortie 22. Le dispositif d’analyse 10 comprend par ailleurs une cellule de circulation 30 également de forme allongée selon la direction verticale. La cellule de circulation 30 est par ailleurs terminée selon chacune de ces deux extrémités dites respectivement extrémité basse 31a et extrémité haute 31b, par deux fenêtres, dites respectivement, fenêtre basse 32a et fenêtre haute 32b. La fenêtre haute 32b et la fenêtre basse 32a présentent des propriétés optiques adaptées à la mise en œuvre d’une mesure par spectroscopie optique qui sera évoquée dans la suite de l’énoncé. Notamment ces deux fenêtres 32a et 32b sont transparentes dans une gamme de longueurs d’onde optiques prédéterminée. Par exemple, dès lors qu’il s’agit de mettre en œuvre le dispositif d’analyse pour des mesures par spectroscopie optique dans un domaine ultra-violet (ci-après « UV »), lesdites fenêtres 32a et 32b considérées sont transparentes dans ledit domaine UV. La première partie basse 20a de l’ampoule 20 est reliée fluidiquement, par un canal fluidique bas 40a, à une deuxième partie basse 30a de la cellule de circulation 30, tandis que la première partie haute 20b de l’ampoule 20 est reliée fluidiquement, par un canal fluidique haut 40b, à une deuxième partie haute 30b de la cellule de circulation 30. Le canal fluidique bas 40a peut comprendre une pompe 50 configurée pour permettre l’extraction d’un gaz de la cellule de circulation 30 vers l’ampoule 20. Le canal fluidique haut 40b peut comprendre une vanne trois voies 51 permettant la passage d’un gaz de la sortie 22 vers la deuxième partie haute 30b, soit l’injection d’air via un canal 52 dans la partie haute de la cellule de circulation 30 par exemple pour purger cette dernière. Par surcroit, le dispositif d’analyse 10 comprend une source lumineuse 60 ainsi qu’un spectrographe 61. Notamment, la source lumineuse 60 et le spectrographe 61 sont agencés pour mesurer l’absorption du rayonnement lumineux susceptible d’être émis par ladite source par un gaz circulant dans la cellule de circulation 30. A cet égard, la source lumineuse 60 peut être en vis-à-vis de la fenêtre basse 32a tandis que le spectrographe 61 peut être disposé en vis-à-vis de la fenêtre haute 32b. La source lumineuse 60 peut être configurée pour émettre un rayonnement lumineux UV. Le spectrographe 61 peut comprendre une fente, un réseau de diffraction destiné à disperser en longueur d’onde un rayonnement lumineux et le réorienté vers un moyen de détection, par exemple une barrette CMOS. Le dispositif d’analyse 10 peut également comprendre des moyens de chauffage 70 configurés pour permettre une élévation de température d’un liquide présent dans la première partie basse 20a de l’ampoule 20. L’élément de chauffage 70 peut comprendre une lampe chauffante, ou encore une résistance électrique. Le procédé selon la présente invention peut être mis en œuvre au moyen du dispositif d’analyse 10 décrit ci-avant. Néanmoins, et quand bien même il sera uniquement fait référence à ce dispositif d’analyse dans la suite de la description, l’invention ne doit pas être limitée à ce seul aspect. Ainsi, le procédé d’analyse selon la présente invention permet notamment la détection et/ou la quantification d’un élément chimique X présent dans au moins deux composés différents dits, respectivement, premier composé A et deuxième composé B. A titre d’exemple, et sans toutefois limiter l’invention à ce seul aspect, l’élément chimique X peut être dans un premier état d’oxydation dans le premier composé A, et dans un deuxième état d’oxydation, différent du premier état d’oxydation, dans le deuxième composé B. Ainsi, l’élément chimique X peut comprendre de l’élément azote (N) tandis que le premier composé A et le deuxième composé B peuvent comprendre, respectivement, l’ion nitrite (NO 2 - ) et l’ion nitrate (NO 3 - ). Selon la présente invention, le premier composé A est susceptible de former un composé G, sous forme gazeuse et qui comprend l’élément chimique X, par réaction avec un réactif R. De manière équivalente, le deuxième composé B est susceptible de former le composé G, sous forme gazeuse, par réaction avec le réactif R uniquement lorsque la température T est supérieure à une température T1. Ainsi, de manière avantageuse, et dès lors que le premier composé A comprend l’ion nitrite et que le deuxième composé B comprend l’ion nitrate, le réactif R peut comprendre une combinaison de trichlorure de vanadium (VCl 3 ) et d’acide chlorhydrique (HCl). A cet égard, le trichlorure de vanadium ainsi que l’acide chlorhydrique peuvent être en solution aqueuse selon des proportions molaires bien déterminées. Notamment, le rapport molaire du trichlorure de vanadium sur l’acide chlorhydrique peut être compris entre 10% et 40%, par exemple être égal à 25%. Le réactif R comprenant le trichlorure de vanadium et l’acide chlorhydrique réagit chimiquement avec les ions nitrite (NO 2 - ) pour former du monoxyde d’azote (NO) notamment à température ambiante (la température ambiante étant comprise par exemple entre 15°C et 28°C, avantageusement comprise entre 18°C et 22°C). De manière équivalente, le réactif R comprenant le trichlorure de vanadium et l’acide chlorhydrique réagit chimiquement avec les ions nitrate (NO 3 - ) pour former du monoxyde d’azote (NO) dès lors que la température est supérieure à la température prédéterminée T1. Dans le présent exemple, la température T1 peut être égale à 90°C. Ainsi, les principes présentés ci-avant sont avantageusement mis en œuvre pour la détection et/ou le dosage de l’élément chimique X dans le premier composé A d’une part puis dans le deuxième composé B d’autres part. A cet égard, le procédé d’analyse peut comprendre une étape de prélèvement d’un échantillon liquide (dit également « solution liquide S ») dans un réservoir comprenant un liquide. Ce réservoir peut notamment contenir des eaux usées et pour lesquelles on souhaite déterminer la teneur en élément azote. La solution liquide peut être analysée dans le dispositif d’analyse de la . Plus particulièrement, la solution liquide est mélangée avec le réactif R, et est maintenue à une température inférieure à la température prédéterminée dans la première partie basse 20a de l’ampoule 20 afin d’exécuter une première étape de conversion a). Notamment, au cours de la première étape de conversion a), le premier composé A réagit avec le réactif R pour former le composé G sous forme gazeuse, tandis que, dans la mesure où la température reste inférieure à la température prédéterminée T1, le deuxième composé B reste inerte. Le composé G formé au cours de l’étape a) est ensuite conduit, par exemple au moyen d’un gaz drainant, dans la cellule de circulation et dans laquelle une première étape de mesure spectroscopique b) de la quantité de composé G formé à l’issue de l’étape a). La mesure spectroscopique met notamment en œuvre une illumination, avec la source lumineuse 60, du composé G sous forme gazeuse, et une détection lumineuse d’un spectre d’absorption au moyen du spectrographe 61. L’étape b) est suivie d’une deuxième étape de conversion c). La deuxième étape de conversion c) comprend une élévation de température à une température supérieure à la température prédéterminée T1. Cette élévation de température de la solution liquide dans la première partie basse peut notamment mettre en œuvre les moyens de chauffage 70. Dès lors que la température dépasse la température prédéterminée T1, le deuxième composé B présent dans la solution liquide réagit avec le réactif R pour former le composé G sous forme gazeuse. Suit la mise en œuvre d’une étape d) de mesure spectroscopique selon des termes équivalents, voire identiques, à l’étape b), afin de détecter le composé G formé sous forme gazeuse au cours de l’étape c). Ainsi, et selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le procédé d’analyse selon la présente invention permet de discriminer, d’une part, l’azote présent sous forme de nitrite, et d’autre part, l’azote présent sous forme de nitrate. Par ailleurs, il est entendu que les étapes b) et d) qui permettent de déterminer les quantités de monoxyde d’azote formées respectivement au cours des étapes a) et c) peuvent mettre en œuvre des courbes de calibration et/ou des processus d’étalonnage qui sont connus de l’homme du métier et qui ne sont donc pas décrit dans la présente description. Ces déterminations peuvent impliquer des traitement mathématiques tels que des régression ou encore traitement par analyse de Fourier (par exemple des calculs de transformé de Fourier Rapide : FFT). Notamment, l’étape a) permet de convertir un premier composé A fait de nitrite en monoxyde d’azote, puis par exécution de l’étape b), de détecter le monoxyde d’azote formé au cours de l’étape a) et le cas échéant en déduire la quantité. De manière équivalente, l’étape c) permet de convertir un deuxième composé B fait de nitrate en monoxyde d’azote, puis par exécution de l’étape d), de détecter le monoxyde d’azote formé au cours de l’étape c) et le cas échéant en déduire la quantité. De manière avantageuse, une purge de la cellule de circulation peut être exécutée entre les étapes b) et c) afin d’éliminer toute trace de monoxyde d’azote formé au cours de l’étape a). Toujours de manière avantageuse, l’étape a) est précédée d’une séquence permettant de mesurer la quantité d’ions ammonium susceptible d’être présents dans la solution liquide S. A cet égard, la séquence comprend d’une part une étape de conversion des ions ammonium en ammoniac sous forme gazeuse au moyen d’une espèce basique (par exemple du NaOH ou du KOH), et une étape de mesure spectroscopique de la quantité d’ammoniac gazeux formé lors de l’étape de conversion. Ainsi, le procédé selon la présente invention, permet de mesurer de manière séquentielle la quantité d’ions nitrite d’une part, et la quantité d’ions nitrates d’autre part, présents dans une solution liquide. Notamment, cette mesure est effectuée en phase gazeuse et reste donc insensible aux problèmes relatifs à une éventuelle turbidité de la solution liquide. Le procédé d’analyse selon la présente invention est avantageusement mis en œuvre pour la mesure de l’azote total dans une solution liquide. De manière avantageuse, le procédé comprend en outre l’exécution d’une étape a1) intercalée entre l’étape a) et l’étape b) qui comprend un refroidissement du composé G formé au cours de l’étape a). Toujours de manière avantageuse, le procédé comprend en outre l’exécution d’une étape c1) intercalée entre l’étape c) et l’étape d) qui comprend un refroidissement du composé G formé au cours de l’étape c). Ces deux étapes a1) et c1) permettent de limiter la condensation dans la cellule de circulation. Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l’invention tel que défini par les revendications. Procédé d’analyse d’un élément chimique X présent dans une solution liquide S sous la forme d’un premier composé A et d’un deuxième composé B différent du premier composé A, le premier composé A étant susceptible de former un composé G, sous forme gazeuse et qui comprend l’élément chimique X, par réaction avec un réactif R, tandis que le deuxième composé B n’est susceptible de former le composé G, sous forme gazeuse, par réaction avec le réactif R que lorsque la température T est supérieure à une température T1, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) une première étape de conversion qui comprend l’ajout à la solution liquide S du réactif G et le maintien de ladite solution liquide S à une température inférieure à la température T1 de manière à convertir uniquement le premier composé A en composé G sous forme gazeuse ; b) une première étape de mesure spectroscopique de la quantité de composé G formé à l’issue de l’étape a) ; c) une deuxième étape de conversion qui comprend une élévation de température à une température supérieure à la température T1 de manière à convertir, sous l’effet du réactif R, le deuxième composé B en composé G sous forme gazeuse ; d) une deuxième étape de mesure spectroscopique de la quantité de composé G formé à l’issue de l’étape c). Procédé d’analyse selon la revendication 1, dans lequel l’élément chimique X est dans un premier état d’oxydation dans le premier composé A, et dans un deuxième état d’oxydation, différent du premier état d’oxydation, dans le deuxième composé B. Procédé d’analyse selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’élément chimique X comprend de l’azote. Procédé d’analyse selon la revendication 3, dans lequel le premier composé A comprend un ion nitrite, le deuxième composé B comprend un ion nitrate, et le composé G comprend du monoxyde d’azote. Procédé d’analyse selon la revendication 4, dans lequel le réactif R comprend du chlorure de vanadium et de l’acide chlorhydrique. Procédé d’analyse selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la température T1 est supérieure à 35°C, avantageusement supérieure à 40°C, encore plus avantageusement supérieure à 90°C. Procédé d’analyse selon l’une des revendication 4 à 6, dans lequel ledit procédé d’analyse est mis en œuvre au moyen d’une ampoule dans laquelle la première étape a) de conversion et la deuxième étape c) de conversion sont mises en œuvre, ladite ampoule étant en communication fluidique avec une cellule de circulation et coopérant avec des moyens de mesure de spectroscopie ultraviolette. Procédé d’analyse selon la revendication 7, dans lequel l’élévation de température de l’étape c) est mise en œuvre au moyen d’un moyen de chauffage coopérant avec l’ampoule. Procédé d’analyse selon l’une des revendications 4 à 8, dans lequel l’étape a) est précédée d’une séquence permettant de mesurer la quantité d’ions ammonium susceptible d’être présent dans la solution liquide S. Procédé d’analyse selon la revendication 9, dans lequel la séquence comprend d’une part une étape de conversion des ions ammonium en ammoniac sous forme gazeuse au moyen d’une espèce basique, et une étape de mesure spectroscopique de la quantité d’ammoniac gazeux formé lors de l’étape de conversion. Procédé d’analyse selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel ledit procédé comprend en outre l’exécution d’une étape a1) intercalée entre l’étape a) et l’étape b) qui comprend un refroidissement du composé G formé au cours de l’étape a). Procédé d’analyse selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel ledit procédé comprend en outre l’exécution d’une étape c1) intercalée entre l’étape c) et l’étape d) qui comprend un refroidissement du composé G formé au cours de l’étape c).