Les principes fondamentaux du carbone organique total et de la conductivité

Qu’est-ce que le carbone organique total ?

Le carbone organique total (COT) est une mesure analytique qui indique la quantité de carbone présente dans les composés organiques d'un échantillon. Il sert d’indicateur clé de la qualité et de la pureté de l’eau dans les tests pharmaceutiques et environnementaux. Le COT est essentiel, car même une contamination organique minime peut compromettre la qualité du produit et la sécurité des consommateurs. Le COT provient de sources naturelles (les plantes et les animaux) et de matériaux synthétiques (comme les produits de nettoyage, les plastiques et les pesticides). Il est caractérisé par des liaisons carbone-hydrogène qui peuvent être oxydées en CO₂.

Une façon courante de déterminer la quantité de carbone organique dans un échantillon consiste à soustraire les résultats obtenus pour le carbone total (CT) et pour le carbone inorganique (CI) :

Carbone total - carbone inorganique = carbone organique total, ou

CT - CI = COT, où :

• CT (carbone total) : ensemble du carbone présent dans un échantillon, y compris les formes organiques et inorganiques.
• CI (Carbone Inorganique) : carbone présent dans les composés inorganiques (CO₂, HCO₃ - et CO₃²-)
• COT (carbone organique total) : quantité de carbone organique restant après l’élimination du carbone inorganique.

L’USP <643> établit des normes et des procédures pour les tests de COT dans l'eau de qualité pharmaceutique, en spécifiant les exigences technologiques, l’analyse de l’adéquation du système, les paramètres de validation des méthodes et les critères d’acceptation dans le but de garantir la qualité et la pureté de l’eau.

Qu’est-ce que la conductivité ?

La conductivité mesure la capacité d’une substance à conduire un courant électrique, informant ainsi de la présence de produits chimiques inorganiques et de sels. Dans l’analyse de l’eau pharmaceutique, la conductivité est un attribut de qualité essentiel pour détecter la présence d’espèces ioniques et garantir la pureté de l’eau.

Selon l’USP <645>, les niveaux de conductivité doivent être inférieurs à 1,3 μS/cm à 25 °C. Les tests de conductivité détectent à la fois les ions intrinsèques (provenant du CO2 dissous) et les ions extrinsèques (tels que le chlorure et l’ammoniac), qui peuvent nuire aux équipements et à la santé humaine. Les tests sont cruciaux pour surveiller la contamination par le sel et les substances inorganiques.

Qui teste le COT et la conductivité ?

Applications des tests de COT et de conductivité selon les industries :

• Pharmaceutique : validation du nettoyage, eau pour injection (WFI), eau stérile et vapeur propre.
• Microélectronique : surveillance de l’eau extrapure et contrôle des processus.
• Municipalités : qualité de l’eau potable, épuration des eaux usées et gestion des eaux pluviales.
• Agroalimentaire : processus de nettoyage, surveillance des eaux usées, eaux rejetées et homogénéité des produits.
• Pétrole et gaz : évaluation de la contamination de l’eau et surveillance des processus.

Comment mesurez-vous et testez-vous le COT et la conductivité ?

Les tests de COT impliquent deux étapes cruciales : l’oxydation et la détection. Au cours de l’oxydation, les composés organiques de l’échantillon sont convertis en dioxyde de carbone (CO₂) par des méthodes établies, notamment la combustion catalytique à haute température ou l’oxydation UV/persulfate (oxydation chimique par voie humide). Différentes techniques d’oxydation sont sélectionnées en fonction des besoins de l’application, des matrices d’échantillons ou des exigences de test.

C’est lors de la phase de détection que la précision de l’analyse devient cruciale, car la précision de la mesure du CO₂ détermine directement la fiabilité des résultats du COT. Les trois principales méthodes de détection sont les suivantes :

• Infrarouge non dispersif (NDIR) - Mesure le CO₂ par absorption de lumière infrarouge, mais souffre d’interférences de vapeur d’eau qui compromettent la précision
• Conductivité directe - Mesure la conductivité de l’échantillon avant et après l’oxydation, mais est sujette à diverses interférences
• Détection conductométrique de la membrane - Offre une mesure robuste du CO_² tout en minimisant efficacement les interférences, fournissant les résultats les plus fiables

Lorsque l’exactitude et la précision ne sont pas négociables, la technologie conductométrique à membrane permet une évaluation fiable de la qualité de l’eau et un contrôle du processus.

Pour la conductivité, les méthodes de test courantes comprennent des cellules de conductivité à deux électrodes (contactantes), des cellules à quatre électrodes, des capteurs de conductivité toroïdaux (inductifs) et des systèmes de surveillance continue en ligne, les mesures étant généralement effectuées à l’aide de conductimètres qui appliquent une tension CA aux électrodes.

Au cours de l’analyse de l’eau pharmaceutique, les mesures de conductivité sont régies par l’USP <645>, qui décrit les trois étapes du test de conductivité pour garantir que l’eau répond aux exigences strictes en termes de pureté. Ces mesures sont enregistrées avec ou sans compensation de température, conformément aux exigences échelonnées de l’USP <645> afin de fournir une évaluation complète de la qualité de l’eau.

Les tests de COT et de conductivité fournissent des mesures complémentaires de la qualité de l’eau. Le COT détecte la contamination organique tandis que la conductivité mesure les impuretés ioniques et inorganiques, assurant ainsi une évaluation complète de la pureté de l’eau destinée aux applications pharmaceutiques et industrielles.

COT et conductivité avec les instruments d’analyse Sievers

Pour répondre aux divers besoins de ses clients, Veolia propose une grande variété d’analyseurs dans le cadre de son portefeuille Sievers, avec différentes gammes d’analyse et adaptées à des applications spécifiques, permettant des solutions complètes dans de nombreux secteurs. La gamme d’instruments d’analyse Sievers comprend des solutions avancées pour les tests de COT et de conductivité.

Pour les tests de COT et de conductivité, les analyseurs de COT Sievers M500, M9 et M5310 C déploient la technologie conductométrique à membrane pour mesurer à la fois le COT et la conductivité. La technologie Sievers utilise une membrane exclusive perméable au gaz pour filtrer le CO₂ des échantillons et obtenir une eau désionisée ultra-pure. Ce procédé permet une analyse sans interférence d’autres composants. Le transfert de CO₂ crée des changements de conductivité mesurables qui sont corrélés aux niveaux de CI et de CT, ce qui permet aux utilisateurs de calculer les niveaux de COT.

L’analyseur de COT InnovOx de Sievers utilise une technologie innovante d’oxydation en eau supercritique (SCWO), qui combine la chaleur, la pression et des oxydants chimiques pour traiter des échantillons complexes, notamment des huiles, des graisses et d’autres substances difficiles.

La conductivité directe, utilisée par le capteur de COT CheckPoint de Sievers, mesure les échantillons avant et après l’oxydation UV.

Toutes ces méthodes, à l’exception du capteur de COT CheckPoint de Sievers, suivent le principe fondamental de l’oxydation des composés organiques en CO2, en mesurant le CO₂ résultant et en calculant le COT comme la différence entre le carbone total et le carbone inorganique. Cette approche garantit la conformité aux exigences USP <643> tout en fournissant une détection précise et sans interférence.

Veolia s’est imposée comme un leader de l’analyse du COT avec sa gamme d’instruments d'analyse Sievers. Pour en savoir plus sur la mise en œuvre des tests de COT et de conductivité dans vos opérations, consultez notre webinaire à la demande : https://www.watertechnologies.com/lp-ai-online-toc-for-cv-webinar