Étude spectrophotométrique de la réactivité de la matière organique

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Étude spectrophotométrique de la réactivité de la

matière organique

Noémie Janot, Gregory Korshin, Pascal Reiller, Marc Benedetti

To cite this version:

Noémie Janot, Gregory Korshin, Pascal Reiller, Marc Benedetti. Étude spectrophotométrique de la

réactivité de la matière organique. Matières Organiques et Environnement. Congrès national RESMO,

Jan 2009, Sainte-Maxime, France. �hal-02536163�

0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 190 240 290 340 390 440 490 a b so rb a n ce wavelength (nm) 10.96 9.95 9.04 8.15 6.97 6.01 5.06 4.15 3.47

N. Janot

1,2

_{, G.V. Korshin}

3

_{, P. Reiller}

1

_{, M.F. Benedetti}

2

janot@ipgp.jussieu.fr

1 : CEA/DEN/DANS/DPC/SECR, Laboratoire de Spéciation des Radionucléides et des Molécules, Centre CEA de Saclay 2 : Laboratoire de Géochimie des Eaux, Université Paris-Diderot Paris 7 – IPGP

3 : Department of Civil and Environmental Engineering, University of Washington, Seattle, WA 98195-2700 United States

Les interactions entre la matière organique naturelle et les minéraux modifient la mobilité et la biodisponibilité des éléments traces. De façon à pouvoir prévoir leur comportement, il est nécessaire de mieux caractériser les modifications de surface et la réactivité de la matière organique, que ce soit les fractions adsorbées et celles restant en solution.

Acquisition des données

Contexte

ResMO – Sainte-Maxime 2009

Étude spectrophotométrique de la réactivité de la matière organique

Acide humique Aldrich purifié à 5 mg/L DOC



5 mg/L DOC



0.08M NaClO4



pH 3 à 11

Acquisition des spectres UV-Vis : 190 à 700 nm

Technique permettant l’étude de matière organique à faible

concentration (proche milieux naturels)

Quantification de la déprotonation

Mise en parallèle avec les résultats obtenus en potentiométrie

Objectifs

Comparaison avec potentiométrie

(

(

)

(

)

)

1

)

(

_ref cell

pH

A

pH

A

DOC

l

pH

A

_{λ λ}

−

_λ

⋅

=

∆

Apparition de caractéristiques absentes des spectres originels, associées aux différentes fonctionnalités, en fonction du pH de référence choisi

Modélisation par NICA-Donnan

2

    + −     + = 1 2 1 2 ~ ~ ~ ~ ) (pH Asp Asp Asp Asp A

1. Titrage acido-basique

2. Calcul du spectre d’absorption différentielle

1

Titrage potentiométrique d’acide humique

Solution concentrée (1g/L)

5 -5 PAHA, proton titration

lcellla longueur de la cuve (en cm)

DOC la concentration en carbone organique(en mg/L)

Aλ(pH) et Aλ(pHref) les absorbances à longueur d’onde donnée, mesurées respectivement au pH voulu et à un pH de référence

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 190 240 290 340 390 440 490 540 590 D O C n o rm a li z e d d if fe re n ti a l a b s o rb a n c e ( /c m / g L ) Wavelength (nm) 11 9.9 9 8.6 8.2 Zone phénolique pHref = 7.5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 190 240 290 340 390 440 490 540 590 D O C n o rm al iz ed d if fe ren ti a l ab so rb an c e (/ cm / g L ) Wavelength (nm) 5.5 5.1 4.2 Zone carboxylique pHref = 3.5 y = -0,9087x - 0,0026 R² = 0,9769 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 1 2 3 4 5 Q p o te n ti o ( e q / k g ) Qspectro (/cm /g L) pHref = 3.5

Conclusions et Perspectives

Comparaison avec une solution d’acide humique après adsorption sur une surface minérale (oxyde d’aluminium)

Comparaison avec d’autres types de substances humiques :

acides fulviques (1), fraction hydrophobe de la matière organique du bassin versant du Rio Negro (3, figure ci-contre)

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

     + ⋅ + + ⋅ −       ⋅ + + ⋅ + = 2 2 2 1 1 1 2 2 2 1 1 1 ) ~ ( 1 ) ~ ( 1 ) ~ ( 1 ) ~ ( 1 ) ( m ref sp m ref sp m sp m sp sp H K A H K A H K A H K A pH A Solution concentrée (1g/L)

Groupes carboxyliques Groupes phénoliques

log 3.53 7.15 m 0.73 0.37 Qpot 2.59 1.90 Qsp 1.19 3.32 0 1 2 3 4 -4 -3 -2 -1 0 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5 10,5 Q ( e q /k g ) pH data m odel
Titrage spectrophotométrique

Solution diluée (5mg/L DOC)

Calcul de l’équivalent charge Asp(/cm /g L)

=moyenne des valeurs entre 220 et 500 nm

Correspondance entre les méthodes

Linéarité de la relation entre la quantité de sites obtenue en potentiométrie, et la densité de sites réactifs observée en spectrophotométrie.

En spectrophotométrie, les groupes phénoliques sont beaucoup plus exprimés que les groupes carboxyliques, contrairement aux résultats potentiométriques

REFERENCES

1. Dryer, D.J. et al ; Environ. Sci. Technol. 2008, 42, 6644-6649. 2. Kinniburgh, D.G. Colloids Surf. A 1999, 151, 147-166. 3. Korshin G.V. et al ; Environ. Sci. Technol. Submitted

Validité de la méthode à faibles concentrations en matière organique

Existence d’une fonction de transfert entre les résultats obtenus par potentiométrie et spectro-photométrie 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 4 5 6 7 8 9 10 11 A sp (2 2 0 :5 0 0 ) (/ c m / g L ) pH data pHref = 3.5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 4 5 6 7 8 9 10 11 A s p ( / cm / g L ) pH data model carb phen 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 220 320 420 520 D O C -n o rm a li z e d d if fe re n ti a l a b s o rb a n c e ( c m -1·g -1·L ) Wavelentgh (nm) 3.1 4.1 6.0 7.0 8.1 9.0 10.2 11.0

Utilisation des paramètres ( , m) déterminés par potentiométrie, de manière à déterminer les maximums d’absorption pour les deux types de groupes fonctionnels

K~

K~

Calcul de la charge Qpot(eq/kg)

Paramètres NICA-Donnan pour le proton Constantes médianes d’affinité 1, 2

Paramètres d’hétérogénéité m1, m2