Comment déterminer la concentration en ions chlorure dans des solutions de traitement du fer avec des bandelettes réactives Quantab – Notes de l’Institut canadien de conservation (ICC) 4/4

1. Si une solution contient des particules en suspension, filtrer d’abord la solution à l’aide d’un entonnoir et d’un papier filtre pour empêcher que des particules bloquent l’ouverture à la base de la bandelette. 
2. Dans un cylindre gradué de 10 mL, mettre, à l’aide d’une pipette ou d’un compte-gouttes, 2 mL d’une solution dont la concentration en ions chlorure est connue.
3. Transférer la solution du cylindre gradué dans une éprouvette propre.
4. Insérer une bandelette Quantab dans l’éprouvette et laisser tremper le bas de la bandelette dans le liquide.
5. Laisser le liquide s’infiltrer dans la colonne jusqu’à ce que la bande horizontale au haut de la bandelette passe du jaune au noir; cela indique que le test est terminé.
6. Noter l’heure à laquelle la bande horizontale devient noire.
7. Attendre au moins 2 minutes (mais pas plus de 30 minutes), puis retirer la bandelette Quantab de l’éprouvette.
8. Repérer le point le plus haut de la zone blanche, là où la colonne devient entièrement brune, et noter sa position sur l’échelle numérotée de la bandelette Quantab en arrondissant à l’échelon le plus près (intervalles de 0,2 unité).
9. Consulter le tableau de conversion fourni sur le contenant des bandelettes Quantab. Convertir le résultat obtenu sur l’échelle de la bandelette Quantab en concentration d’ions chlorure (en parties par million). Comme les tableaux de conversion varient d’un lot à l’autre, il faut s’assurer d’utiliser le bon contenant au moment de convertir une mesure.
10. Répéter les étapes 1 à 9 avec les autres solutions dont la concentration en ions chlorure est connue ou inconnue.
11. Dans le cas des solutions dont la concentration en ions chlorure est inconnue, vérifier le pH avec un papier indicateur en utilisant un échantillon de solution distinct. Si le pH est supérieur à 10, la solution doit être neutralisée avec de l’acide nitrique 5 % (v/v), de la façon décrite dans la section Modification des solutions fortement alcalines.
12. Si la bandelette Quantab doit être conservée pour référence ultérieure, éliminer l’excès de liquide en pressant la bandelette entre les doigts sur toute sa longueur de façon à en extraire le plus de liquide possible, puis la laisser sécher. Les bandelettes Quantab ne sont pas réutilisables.

Résultats du test

Les deux types de bandelettes Quantab pour le chlorure fabriquées par Hach sont présentés à la figure 1. Les bandelettes Quantab sont vendues pré-étalonnées, et un tableau de conversion est fourni sur leur contenant (figure 2).

La figure 3 montre un exemple de bandelette Quantab de la plage supérieure dans une éprouvette contenant 2 mL de solution, au début du test.

Lorsque la colonne est saturée, la bande horizontale hydrosensible située dans le haut de la bandelette vire du jaune au noir, ce qui signifie que le test est terminé (figures 4a et 4b).

Une fois le test terminé, la concentration en ions chlorure peut être déterminée en notant la position de la pointe de la zone blanche, comme le montrent la figure 5 (plage inférieure) et la figure 6 (plage supérieure). Cette mesure est utilisée pour déterminer la concentration en ions chlorure d’après le tableau d’étalonnage fourni au dos de la bouteille. Bien que la valeur mesurée dans la solution de 15 ppm, montrée à la figure 5, se situe en deçà de la plage supérieure du tableau, la bandelette indique que des ions chlorure sont présents dans la solution.

Renseignements supplémentaires

Exactitude des bandelettes réactives Quantab

Le fabricant teste chaque lot de bandelettes Quantab et garantit une exactitude de ± 10 % pour la concentration en ions chlorure (Hach, 2014).Cela signifie que, si la concentration mesurée est de 200 ppm d’ions chlorure, la concentration réelle peut varier de 180 à 220 ppm.

Interférences

Il pourrait être nécessaire de filtrer l’échantillon s’il contient des solides en suspension. Les solides en suspension peuvent obstruer l’ouverture qui se trouve à la base de la bandelette. Si cela se produit, la bande horizontale qui indique la fin du test, au haut de la colonne, ne deviendra jamais noire. Il est préférable d’utiliser des papiers filtres sans cendre, car ils ne contiennent que des traces d’ions chlorure. Il ne faut jamais utiliser du papier filtre qui contient des ions chlorure provenant d’un procédé de blanchissage. Pour vérifier si le papier filtre contient des ions chlorure, découper un morceau du papier et le placer dans une éprouvette avec une petite quantité d’eau, puis effectuer un test à l’aide des bandelettes réactives Quantab pour le chlorure. 

Les autres ions qui peuvent interférer avec ce test et fausser les résultats sont ceux qui forment aussi un précipité avec le nitrate d’argent, par exemple les iodures et les bromures. Les ions nitrite et nitrate n’ont aucun effet sur le test. Il est possible que la réaction entre le dichromate d’argent et les ions chlorure ne fonctionne pas avec les acides forts et les bases fortes (Hach, 2014).

Le mode d’emploi qui figure sur le contenant de bandelettes Quantab indique de ne jamais plonger la bandelette dans le liquide au point où la bande jaune qui noircit à l’achèvement du test se retrouve immergée. Toutefois, puisque les directives de la présente procédure prescrivent d’effectuer le test dans une éprouvette contenant 2 mL de liquide, ce problème ne se pose pas.

Entreposage des bandelettes réactives Quantab

Les bandelettes Quantab doivent être conservées dans leur contenant d’origine. Le couvercle doit être fermé hermétiquement afin de les protéger contre la lumière et l’humidité. Chaque bouteille contient une petite quantité d’agent desséchant pour garder les bandelettes sèches. Les bouteilles doivent être entreposées à une température inférieure à 30 °C. Les bandelettes Quantab doivent être utilisées avant la date de péremption indiquée sur leur contenant. Celles dont la date de péremption est dépassée peuvent réagir plus lentement et produire des couleurs moins contrastées.

Modification des solutions fortement alcalines

Le fabricant (Hach) indique que les bandelettes réactives Quantab pour le chlorure ne doivent pas être utilisées dans une solution dont le pH est supérieur à 10. À pH élevé, l’hydroxyde d’argent et l’oxyde d’argent peuvent précipiter et éliminer les ions argent qui autrement précipiteraient sous forme de chlorure d’argent. Le pH d’une solution de traitement alcaline type composée d’hydroxyde de sodium à 1 % (p/v) (0,25 M) est d’environ 13,4. Les échantillons de solution de traitement doivent donc être neutralisés pour atteindre un pH inférieur à 10 avant d’être soumis à un essai avec les bandelettes. Les consignes qui suivent expliquent la façon de procéder.

Utiliser un échantillon de 2 mL de solution de traitement. Vérifier le pH à l’aide d’un papier indicateur. Ajouter de l’acide nitrique à 5 % (v/v) jusqu’à ce que le pH soit presque à 7. Il faut environ 0,4 mL d’acide nitrique à 5 % (v/v) pour neutraliser 2 mL d’hydroxyde de sodium à 1 % (p/v).

Si l’on ajoute un volume d’acide nitrique (par exemple, -0,4 mL) au volume initial (par exemple, -2 mL), la concentration en ions chlorure de l’échantillon de base se calcule à partir de la concentration de l’échantillon dilué à l’aide de la formule suivante :

c_initiale = c_mesurée × (v_intial + v_ajouté) / v_initial

où c_initiale est la concentration en ions chlorure de l’échantillon initial, c_mesurée la concentration en ions chlorure de l’échantillon dilué, v_initial le volume initial de l’échantillon et v_ajouté le volume d’acide nitrique ajouté.

Avec la quantité estimative d’acide nitrique indiquée ci-dessus, soit 0,4 mL, alors

(v_intial + v_ajouté) / v_initial

devient

(2 + 0,4)/2 = 1,2

donc

c_initiale = 1,2 c_mesurée

Pour obtenir une valeur plus juste de la concentration initiale en ions chlorure, prendre en note le volume d’acide nitrique ajouté ou mesurer le volume final de la solution neutralisée.

Autres méthodes de mesure des ions chlorure

Il existe d’autres façons de mesurer la concentration en ions chlorure dans une solution aqueuse. L’une d’elles, simple mais moins précise, consiste à effectuer un test avec du nitrate d’argent, de la façon décrite dans la Note de l’ICC 4/5 Comment déterminer la concentration en ions chlorure dans les solutions de traitement du fer à l’aide de nitrate d’argent. Cette Note de l’ICC contient également des renseignements supplémentaires au sujet des sels présents dans les objets, notamment leurs sources et les dommages qu’ils peuvent causer, et de la surveillance du dessalement par la conductivité. Une analyse semi-quantitative peut être effectuée à l’aide des bandelettes réactives EM Quant pour les chlorures (Odegaard et al., 2011). Une autre méthode plus précise consiste à effectuer un titrage avec du nitrate d’argent (Selwyn, 2001). D’autres méthodes sont mentionnées et examinées par Wang et al. (2008) et Rimmer et al. (2012).

La réaction entre les bandelettes réactives Quantab et les ions chlorure

Les bandelettes réactives Quantab pour le chlorure sont composées d’une mince languette en plastique sur laquelle est apposée une colonne capillaire imprégnée de dichromate d’argent de couleur brune (Ag₂Cr₂O₇) (Hach, 2014). Lorsque la partie inférieure de la bandelette réactive Quantab est placée dans une solution aqueuse, le liquide pénètre par un petit orifice situé au bas de la bandelette et monte dans la colonne par capillarité.

Le dichromate d’argent est légèrement soluble dans l’eau, alors que le chlorure d’argent (AgCl) est insoluble dans l’eau. Les ions chlorure (Cl^-) présents dans la solution réagissent avec les ions argent (Ag⁺) du dichromate d’argent, ce qui produit un précipité de chlorure d’argent. À mesure que les ions argent sont éliminés de la solution, le dichromate d’argent se dissout pour les remplacer, jusqu’à ce que tout le dichromate d’argent ait été dissous et que tous les ions argent aient été précipités sous forme de chlorure d’argent. La couleur de la colonne passe du brun au blanc là où le chlorure d’argent est précipité. La réaction globale, c’est-à-dire la substitution des ions chlorure de la solution par les ions dichromate (Cr₂O₇^2-) du solide, est exprimée comme suit : 

2Cl^- (aqueux) + Ag₂Cr₂O₇ (solide brun) → 2AgCl (solide blanc) + Cr₂O₇^2- (aqueux)

Définition de « partie par million (ppm) »

La concentration en ions chlorure est souvent exprimée en parties par million (ppm). La partie par million est une unité de concentration définie comme étant le poids d’un soluté (ion ou composé ajouté) divisé par le poids de la solution (après l’ajout de l’ion ou du composé) multiplié par un million (10⁶). Pour les solutions aqueuses diluées, on suppose généralement que l’ajout d’ions ne modifie pas la densité de l’eau; ainsi, la densité de la solution est la même que celle de l’eau pure à la température ambiante (environ 1 g/mL) (Skoog et al., 2014, p. 72). Partant de ce principe, la définition de « partie par million » est simplifiée de la façon suivante : 

Remerciements

Merci tout spécialement à Catherine Machado, à Lucy ‘t Hart et à Meaghan Whalley, anciennes stagiaires à l’ICC, d’avoir contribué à l’élaboration de la présente Note.

Bandelettes réactives Quantab pour le chlorure

Les bandelettes Quantab sont fabriquées par Hach et distribuées par des fournisseurs de produits chimiques tels que Fisher Scientific.  

• Hach (en anglais seulement)
• Fisher Scientific

Solutions étalons de chlorure

Trois solutions étalons de chlorure de marque Orion (0,1 M, 1 000 ppm, 100 ppm) sont fabriquées par Thermo Scientific. Quatorze solutions étalons de chlorure différentes (entre 1 ppm et 100 000 ppm) sont fabriquées par Ricca Chemical. Ces produits sont distribués par des fournisseurs de produits chimiques tels que Fisher Scientific.  

• Thermo Scientific (en anglais seulement)
• Ricca Chemical (en anglais seulement)
• Fisher Scientific