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Capteurs d’analyse GPA-668 Hiver 2010

Capteurs d’analyse GPA-668 Hiver 2010. Mesure de la turbidité. Définition: Expression de la propriété optique des solutions à diffuser ou à absorber la lumière au lieu de la laisser passer. Diffusion de la lumière: Effet Tyndall. Indicateur universel de la qualité de l ’eau:

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Capteurs d’analyse GPA-668 Hiver 2010

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Presentation Transcript

  1. Capteurs d’analyseGPA-668Hiver 2010

  2. Mesure de la turbidité • Définition: • Expression de la propriété optique des solutions à diffuser ou à absorber la lumière au lieu de la laisser passer. • Diffusion de la lumière: • Effet Tyndall. • Indicateur universel de la qualité de l ’eau: • Présence de particules en suspension. Source photo: http://ga2.er.usgs.gov/bacteria/helpturbidity.cfm

  3. Effet Tyndall • Diffusion de la lumière par un milieu trouble (un milieu transparent contenant des particules) • Intensité de la lumièrediffuséevslongueurd’onde de la lumièreincidente. • I = k/l4 • Loi applicable sila dimension des particulesestinférieure à la longueurd’onde. Sinon, la loi de réflexionnormales’applique. NTU :

  4. Unités de mesure • JTU: Jackson Turbidity Unit • 1 JTU = 1 ppm de terre à foulon dans de l’eau pure • FNU: Formazine Nephelometric Unit • TE/F: Trübungseinheiten Formazin • NTU: Nephelometric Turbidity Unit • 1 NTU = 0.02 % de réflexion de la lumière • FTU: Formazine Turbidity Unit 50 NTU 500 NTU 5 NTU NTU :

  5. Produit de référence • Formazine • Toxique - couleur du lait • Standard ISO 7027 contient la recette de la Formazine. NTU/FTU: http://www.optek.com/

  6. Plages de valeurs typiques • Pour l’eau propre: • 0 à 10 000 FNU • Pour l’épuration des eaux: • de 0 à 300 gr/l

  7. Quelques valeurs typiques de turbidité • Eau usée non-traitée • de 70 à 2000 FNU • Eau traitée en sortie station d’épuration • de 4 à 20 FNU • Eau de source • de 0.05 à 10 FNU

  8. Quelques valeurs typiques de turbidité • Eau potable • de 0.05 à 1.5 FNU • Lait • plus de 4000 FNU • Jus d’orange • de 300 à 900 FNU

  9. Quelques valeurs typiques de turbidité • Boue primaire • de 30 à 60 gr/l • Boue activée • de 3 à 7 gr/l • Boue re-circulée • de 6 à 8 gr/l • Boue digérée • de 50 à 80 gr/l

  10. Le turbidimètre • Appareil mesurant le « trouble » d ’une solution contenant des particules non dissoutes. • Basé sur la réflexion de la lumière. http://www.optek.com/

  11. Principe de mesure de la turbidité.

  12. Principe de mesure de la turbidité. • Norme DIN 38404 • Norme ISO 7027 • Lumière: • 860 nm +/- 30 nm • Cônes de réception de 30°. • En laboratoire: L2 • En usine: G/G1

  13. Exemple d’un turbidimètre(Endress + Hausser) • Un des principes utilisés consiste à utiliser un émetteur (1) et deux photodiodes (2) et (3). • Essuie-glace (4)

  14. Exemple d’un turbidimètre(Endress + Hausser) • Le récepteur le plus éloigné est le récepteur de mesure. La courbe du signal lumineux reçu croit de 0 à 4000 NTU, puis décroît. • Pour un même niveau lumineux, deux turbidités possibles...

  15. Exemple d’un turbidimètre(Endress + Hausser) • Le récepteur le plus près permet de distinguer quelle turbidité s’applique.

  16. Effet de la couleur des parois sur la mesure • Erreur de mesure inférieure si parois noires et loin. • Enfoncer le capteur d ’au moins 4 cm dans le milieu à mesurer.

  17. Montage en conduite • Face incliné en direction de la direction d’arrivée du liquide. • Face orientée pour éviter les dépôts.

  18. Montage en conduite • Sonde rétractable pour faciliter la maintenance.

  19. Calibration d’un turbidimètre • Calibrer avec votre boue ou avec la formazine. • 1) préparer trois échantillons • Échantillon original 100 % • Échantillon à 33% • 1 volume original + 2 volumes d ’eau • Échantillon à 10% • 1 Volume original + 9 volumes d ’eau

  20. Calibration d’un turbidimètre • 2) Calibrer l’appareil à 10%, 33% et 100%. • 3) Faire analyser votre échantillon original en laboratoire pour en connaître la turbidité. • Contrôle de plausibilité de l’échantillonnage • Ajustement de l’appareil

  21. Applications • Traitement de l’eau potable • Réglage de la dose d’agent floculent ou de la vitesse de filtration. • Traitement des eaux d’égout • Réglage du taux de boues à enlever. • Industrie alimentaire • Production de vin, spiritueux et jus.

  22. Mesure du pH • Définition du pH: • Unité de mesure logarithmique décrivant le degré d’acidité ou d’alcalinité d’une solution. • « p » est le symbole mathématique d’un logarithme négatif • « H » est le symbole chimique de l’hydrogène. • En version française, pH = potentiel Hydrogène

  23. Mesure du pH • Équation du pH: • C’est le ratio des ions H3O+ et OH-.

  24. Mesure du pH • Valeurs de pH • Si pH<7, il y a + d’ions H3O+ que OH-. • Si pH>7, il y a + d’ions OH- que H3O+. • Si pH=7, il y a équilibre entre les ions H3O+ et OH-.

  25. Mesure du pH • Équations chimiques : • 1) Augmentation du nombre d’ions H3O+ • 2) Augmentation du nombre d’ions OH-, ce qui implique une diminution du nombre d’ions H3O+

  26. Mesure du pH • Acide acétique (moins que 1% des molécules se décomposent) :

  27. Wikipedia Mesure du pH

  28. Définitions: • Nombre d ’Avogadro • Nombre de molécules contenues dans la molécule-gramme d’une substance. • NA=6.022169x1023 mol-1

  29. Définitions: • Concentration: • unité de concentration en mols / Litre. • Exemple: • NaCl à 0.5 mol/Litre Ajouter de l’eau pour obtenir un volume total de 1 Litre 29,25 grammes de NaCl 23+35.5=58.5

  30. Définitions: • Molarité: • unité de concentration en mols / kg. • Exemple: • NaCl à 0.5 mol/kg Ajouter de 1000 grammes d’eau 29,25 grammes de NaCl

  31. Définitions: • % masse: • unité de concentration en % de la masse totale. • Exemple: • NaCl à 10 % Ajouter de 900 grammes d’eau 100 grammes de NaCl

  32. Exemple #1: • Calculer la quantité de sel (NaCl) requis pour obtenir une concentration de 1 mol/L ? • Masse molaire du Na : M1 = 0.023 kg/mol • Masse molaire du Cl : M2 = 0.035 kg/mol • M = M1 + M2 = 0.058 kg/mol

  33. Exemple #1: • Il faut utiliser 0.058 kg de sel pour en avoir 1 mol. • On ajoute ensuite de l’eau, jusqu’à ce que le volume total soit de 1 litre.

  34. Exemple #2: • Calculer la quantité de sel (NaCl) requis pour obtenir une molarité de 0.75 mol/L ? • On sait (de l’exemple #1) que M = M1 + M2 = 0.058 kg/mol • 0.75 mol correspond à 0.0435 kg .

  35. Exemple #2: • Il faut utiliser 0.0435 kg de sel pour en avoir 0.75 mol. • On ajoute ensuite de 1 kilogramme d’eau.

  36. Principes de mesure • Indicateurs colorés • Erreur de précision de ±0.2 à ±2 (pH) • Le plus courant: • Teinture de tournesol • Rougit si acide / Bleuit si base • Gamme de pH = 6 à 8

  37. Principes de mesure • Électrodes de verre • Deux électrodes  pile • 1 - a sensing part of electrode, a bulb made from specific glass2 - sometimes electrode contain small amount of AgCl precipitate inside the glass electrode3 - internal solution, usually 0.1M HCl for pH electrodes or 0.1M MeCl for pMe electrodes4 - internal electrode, usually silver chloride electrode or calomel electrode5 - body of electrode, made from non-conductive glass or plastics.6 - reference electrode, usually the same type as 47 - junction with studied solution, usually made from ceramics or capillary with asbestos or quartz fiber.

  38. Principe de mesure • Électrode de verre hydratée: • Échange d’ions H30+ provoque l’apparition d’un potentiel électrique.

  39. Principe de mesure • Électrode de verre hydratée: • Échange d’ions H30+ provoque l’apparition d’un potentiel électrique.

  40. Électrodes

  41. E1: • potentiel entre le couple AgCl et l’électrolyte. • E2: • potentiel entre l’électrolyte et l’intérieur de la membrane de verre. • E3: • potentiel d’asymétrie • E4: • potentiel à l’extérieur de la membrane de verre / solution à mesurer

  42. E6: • potentiel de diffusion • E7: • Potentiel entre l ’électrolyte et le couple Ag/AgCl. • E1, E2, E3, E6 et E7 doivent rester constants.

  43. Principe de mesure: • Équation de Nernst:

  44. Principe de mesure: • Équation de Nernst: • R = constante molaire des gaz = 8.31441 J/mol/°K • T = Température en °K • n = nombre de charges gagnées ou perdues • F = constante de Faraday = 9.648456 X 104 C/mol

  45. Effet de la température:

  46. Les contraintes sur la mesure du pH • Encrassement (neutralisation à la charge) • Ce qui implique un entretient et une calibration fréquente. • Température • Cassure ou rayure • Dessèchement

  47. Les contraintes sur la mesure du pH (électrode de verre) • Dépôts: • Chaux, Gypse, Boues, Graisse, Protéines • Mécaniques: • Chocs, Vibrations, Particules • Chimiques • HF, Benzène, Acétone, Alcools, Acide sulfurique, Concentrés de KOH et de NaOH

  48. Les contraintes sur la mesure du pH (élément de référence) • Pollution du diaphragme • Sulfate, Cyanites, Milieu réducteur. • Blocage du diaphragme • Dépôts, Graisses, Protéines, Organismes • Réduction • Isolation, Humidité, Connecteurs, Câbles, Erreurs de câblage

  49. Mesure du potentiel Redox(couples oxydoréducteurs) • Le potentiel d’oxydoréduction permet de classer une solution aqueuse entre deux catégories: • Oxydante (présence d’oxygène); • Perte d’électrons. • Réductrice (manque d’oxygène). • Gain d’électrons.

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