Dosage du calcium en sortie de décalcification des jus dans une sucrerie
La fabrication de sucre cristallisé (saccharose) à partir de betteraves nécessite, après extraction et décantation du jus, un chaulage et barbotage de CO2. Du carbonate de calcium insoluble se forme et précipite en entraînant des impuretés dans le fond des cuves. Après décantation et filtration, le surnageant (jus saccharose) doit être décalcifié (élimination du calcium soluble) avant réalisation de la cristallisation du saccharose. En effet, comme la cristallisation du saccharose se réalise en évaporateur, le calcium restant dans les jus se concentre. Si la concentration est trop grande, il précipite et entartre l'installation.
La décalcification est réalisée à froid sur colonne de résine échangeur de cations.
On vérifie régulièrement l'efficacité de la décalcification en mesurant le calcium présent dans l'éluat de sortie. Lorsque les résultats dépassent la concentration maximale tolérée, la colonne est arrêtée et mise en régénération.
1. Partie Pratique
On se propose de doser le calcium d'éluats de sortie de colonne de décalcification aux temps 3h et 20h de fonctionnement depuis la dernière régénération (= essais E3 et E2Q respectivement).
1.1.
Etalonnage d'une solution d'EDTA, sel disodique, environ 0,030 mol/L par pesées de carbonate de calcium pur et anhydre, à pH 13, en présence d'indicateur PR.
- Opérer sur une masse m exactement connue et voisine de 0,21 g de carbonate de calcium (Ar:
100,09).
- Dissoudre dans environ 10 mL d'acide chlorhydrique 1 mol/L.
- Chasser le CO2 en portant à ébullition.
- Refroidir et transvaser quantitativement en fiole jaugée de 100 mL .
- Effectuer le dosage à la burette sur une prise d'essai E = 20,00 mL de solution étalon de calcium.
Ajouter environ 50 mL d'eau distillée bouillie refroidie puis 10 mL de solution de NaOH 1 mol/L de façon à obtenir un pH vers 13.
- Ajouter une pointe de spatule d'indicateur de Patton et Reeder (PR).
- Verser la solution d'EDTA à la burette jusqu'à déplacer complètement l'indicateur PR vers sa forme libre, à la goutte près.
- Manipuler selon un plan à 2 puis éventuellement une troisième mesure. Répétabilité avec un coefficient de variation de 0,5% (écart-type à 0,00015 mol/L).
Calculer la concentration molaire exacte de la solution de complexon.
1.2.
Dosage du calcium des éluats de décalcification, méthode à pH 13, en présence d'indicateur PR
Doser les échantillons E3 et E20 selon le mode opératoire ci-dessous.
Pour obtenir la solution dosante d'EDTA, diluer la solution EDTA # 0,030 mol/L préalablement étalonnée au 1/10 exactement.
Dans une fiole d'Erlenmeyer : - 20,00 mL d'échantillon.
- Environ 30 mL d'eau distilllée bouillie refroidie.
- Environ 6 mL de solution de NaOH 1 mol/L de façon à obtenir un pH vers 13.
-1 pointe de spatule d'indicateur de Patton et Reeder.
- Verser la solution de complexon dosante à l'aide d'une burette. Déplacer complètement l'indicateur PR vers sa forme libre, à la goutte près.
- Manipuler selon un plan à 2 puis éventuellement une troisième mesure. En travaillant avec la même solution dosante d'EDTA, la répétabilité donnée sous la forme d'un écart-type sur les volumes de chute de burette est de 0,06 mL.
Calculer la concentration en calcium de l'échantillon.
Fanny Demay – BTS BioAnalyses & Contrôles 1/2
2. Partie théorique
En fait, il est intéressant de pouvoir doser à la fois le calcium et le magnésium, car les 2 cations sont source d'entartrage. L'exercice suivant présente une méthode qui permet de doser la somme de ces 2 cations.
2.1. Étalonnage d'une solution d'EDTA, sel disodique, environ 0,0030 mol/L par une solution étalon de magnésium, à pH 10, en présence de NET
Voici le mode opératoire de l'étalonnage :
- Réaliser une solution étalon à 1,8298 g/L exactement de MgCI2,6H2O (M = 203,31 g/mol).
- Effectuer le dosage à la burette, en fiole Erlenmeyer, sur une prise d'essai E = 5,00 mL de solution étalon de magnésium. Ajouter environ 40 mL d'eau distillée bouillie puis 3 mL de tampon pH 10.
(Tampon pH 10 = 142 mL de NH3 aqueux à 28% (m/m) plus 17, 5 g de NH4CI qsp 250 mL).
- Ajouter 6 gouttes d'indicateur NET (Noir Eriochrome T);
- Verser la solution d'EDTA à la burette jusqu'à déplacer complètement l'indicateur NET vers sa forme libre, à la goutte près. Conserver cette solution pour les dosages de Ca2+ et Mg2+ à pH 10 avec indicateur NET = solution S.
Questions : Donner la formule littérale de l'étalonnage. Calculer la concentration molaire exacte de la solution de complexon pour une chute de burette de 15,05 mL.
2.2. Dosage du calcium et du magnésium des éluats de décalcification, méthode à pH 10, en présence d'indicateur NET à l'aide d'une solution EDTA étalonnée environ 0,003 mol/L
Voici le mode opératoire du dosage :
- Effectuer le dosage à la burette sur une prise d'essai E = 20,00 mL d'éluat de décalcification. Ajouter environ 1,5 mL de tampon pH 10 et environ 20 mL de solution S .
- Verser la solution d'EDTA à la burette jusqu'à déplacer complètement l'indicateur NET vers sa forme libre, à la goutte près.
Questions : Donner le principe de ce dosage sous forme de schémas légendes (utiliser les données du document de présentation générale de l'EDTA et de la complexométrie). Calculer la concentration molaire en magnésium et calcium d'un échantillon qui conduit à une chute de burette de 2,95 mL.
Comment pourrait on connaître la concentration de chaque composant calcium et magnésium ? Bibliographie :
Données fournies par P. Vanneste.
L. Sigg, Ph. Behra, W. Stumm ; Chimie des milieux aquatiques, 3° Edition, 2000, Dunod.
Daniel C. Marris ; Quantitative chemical analysis, third édition, 1991, Freeman and company.
