Développement, optimisation et validation de méthodes d’analyse sensibles et spécifiques pour la spéciation chimique des espèces oxydantes issues de la chloration de l’eau de mer
Institution:
Institut polytechnique de ParisDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Chlorination of seawater is widely used in several industrial fields (desalinization, maritime transport, coastal energy plants, swimming pools, aquaculture…) in order to reduce pathogens’ development and/or biofouling. Chlorine reacts with constituents of seawater to form a variety of oxidants species such as free bromine, monochloramine, inorganic bromamines and organic N-haloamines. Those oxidants present different treatment efficiencies and ecotoxicological properties.This PhD work aims at developing sensitive and specific methods for the chemical speciation of those species in order to evaluate the environmental impact of chlorination.Three approaches were developed and compared: colorimetric, chromatographic and membrane introduction coupled with mass spectrometry (MIMS) approaches.MIMS analyses revealed adsorption of some analytes onto the source walls followed by surface-catalyzed decomposition hindering the sensitivity and specificity of the instrument. An innovative method based on derivatization using deuterated 2,6-dimethylphenol and selective quenching by bromocresol purple prior to analysis by gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS) was developed. This method allows, for the first time, to distinguish bromamines from free bromine and to reach very low detection levels. Finally, three complementary colorimetric methods (indophenol, phenol red and bromocresol purple) were studied in details to determine their applicability.After validation, the selected methods (GC-MS, phenol red and bromocresol purple) were applied to the analysis of seawater samples chlorinated in laboratory.
Abstract FR:
La chloration de l’eau de mer est pratiquée dans de nombreux domaines industriels (désalinisation, transport maritime, industrie électrique, piscines, aquaculture…) afin de limiter le développement d’organismes pathogènes et/ou l’encrassement biologique. Le chlore réagit avec des constituants de l’eau de mer pour former une variété d’espèces oxydantes telles que le brome libre, la monochloramine, les bromamines inorganiques et les N-haloamines organiques. Ces oxydants possèdent des efficacités de traitement et des propriétés écotoxicologiques différentes.Ce travail de thèse vise le développement de méthodes d’analyse sensibles et spécifiques pour la spéciation chimique de ces espèces, dans le but d’évaluer l’impact environnemental de la chloration.Trois approches analytiques ont été mises en œuvre et comparées : approches colorimétrique, chromatographique et par introduction membranaire couplée à la spectrométrie de masse (MIMS). Les analyses par MIMS ont mis en avant un phénomène d’adsorption-décomposition surfacique des analytes, compromettant la sensibilité et la spécificité de l’instrumentation employée. Une méthode innovante basée sur la dérivation par le 2,6-diméthylphénol deutéré, la neutralisation sélective par le violet de bromocrésol et l’analyse par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS) a été développée. Cette méthode permet pour la première fois de distinguer les bromamines du brome libre et d’atteindre des seuils de sensibilité très bas. Enfin, trois méthodes colorimétriques complémentaires (indophénol, rouge de phénol et violet de bromocrésol) ont été étudiées en détail afin d’évaluer leurs applicabilité.Après validation, les méthodes retenues (GC/MS, rouge de phénol et violet de bromocrésol) ont été appliquées à l’analyse d’échantillons d’eau de mer chlorés en laboratoire.