MétroPol Silice cristalline M-461

Substances

Informations générales

Propriétés physico-chimiques

Plus d'informations

Principe et informations

Principe de prélèvement et d'analyse

• État physique

  Particules en suspension (liquides ou/et solides)

• Type de prélèvements

  Actif

• Nom du dispositif

  cyclone

• Plus d'informations

  Prélèvement des aérosols par cyclone

• Technique analytique

  GRAVIMETRIE;DIFFRACTION DES RAYONS X

• Détecteur

  DIFFRACTION DES RAYONS X

Domaine d'application

Aucun domaine d'application défini.

Réactifs

• ECHANTILLON DE SILICE POLYCRISTALLIN
• ETALON CERTIFIE
• ETALON SECONDAIRE
• FLUORURE DE CALCIUM
• ISOPROPANOL

Consignes de sécurité pour les manipulations en laboratoire

Méthode de prélèvement

Principe général du prélèvement

Un dispositif de prélèvement :

Dispositif N°1

• Type dispositif

  CASSETTE 25 mm;SELECTEUR DE PARTICULES ALVEOLAIRES (CYCLONES)

• Support ou substrat de collecte

  • MEMBRANE PVC 5 µm

• Préparation du substrat

  Les filtres PVC sont tarés avec repérage des faces (voir informations complémentaires dans les données de validation)

• Commentaires, conseils et consignes

  Ne pas retourner les cyclones tant que le système porte-filtre est solidaire de l'ensemble.

  Les essais de validation ont été réalisés sur 3 cyclones :

  Modèle de cyclone	Dorr-Oliver	Higgins-Dewell	GK 2.69
  Photo
  Débit (L/min)	1,5	2,2	4,2

      

Pompe de prélèvement

• Pompe à débit de 1 à 5 L/min compensant les fortes pertes de charges (sup, à 20 pouces d'eau)

Prélèvement des aérosols par cyclones

Méthode d'analyse

Principe général de l'analyse en laboratoire

Préparation d'analyse

• Nombre d'étapes de préparation

  1

Une étape de préparation :

Étape de préparation N°1

• Autres conditions de préparation

  Détermination gravimétrique des échantillons prélevés

  La détermination gravimétrique de la masse des particules prélevées est réalisée selon la méthode décrite dans la fiche méthodologique "Analyse gravimétrique"

  Traitement des filtres issus de prélèvements sur cyclone et cassette porte-filtre

  La densité des dépôts de posussière est donnée à titre indicatif, il n'est pas souhaitable d'analyser des échantillons dont la quantité de silice cristalline dépasserait le point le plus haut de la gamme d'étalonnage, la masse de silice cristalline du filtre étalon le plus chargé correspondra à la masse au delà de laquelle il faudra réaliser une analyse indirecte.

  Les filtres actifs sur lesquels la densité de dépôt est inférieure à environ 0,6 mg/cm², ceci devant être mis en relation avec l'absorption de la matrice, seront placés directement sur un porte-échantillon de l'appareil à rayons X.

  Si la densité de dépôt de particules sur le filtre est supérieure à environ 0,6 mg/cm², les filtres seront traités comme suit :

  • Placer le filtre dans un tube ouvert, le passer au four à plasma à basse température et calciner selon les recommandations du fabricant.
  • Après calcination verser 10 mL d'isopropanol dans le bécher.
  • Couvrir le bécher avec un verre de montre et passer aux ultrasons pendant au moins 3 minutes. Renouveler l'opération si toutes les particules ne sont pas en suspension.
  • Filtrer la suspension obtenue ainsi que la solution de rinçage (isopropanol) du bécher et du verre de montre sur un filtre en polycarbonate taré.
  • Après l'étape de filtration, le filtre peut-être conditionné 12 h en salle de balance et pesé pour estimer les pertes éventuelles lors de la filtration.
  • Monter ensuite le filtre dans un porte-échantillon de l'appareil à rayons X.
  • Effectuer une correction des effets de matrice en plaçant le filtre en polycarbonate sur un filtre ou support métallique présentant peu de raies X (par exemple une pastille support en aluminium).

   

  Remarque :

        Traiter les échantillons servant de blancs de laboratoire de la même façon.

   

Deux conditions analytiques :

Condition analytique N°1

• Technique analytique

  • GRAVIMETRIE

Condition analytique N°2

• Technique analytique

  • DIFFRACTION DES RAYONS X

• Détecteur

  • DIFFRACTION DES RAYONS X

• Commentaires, conseils ou condition particulières

  Réglage de l'appareil à rayons X
  et paramètres de fonctionnement

  • Régler l'appareil en fonction de ses caractéristiques et des préconisations du constructeur. Déterminer tous les paramètres nécessaires à la répétition de l'essai dans les mêmes conditions et relever les valeurs adoptées.
  • Une analyse qualitative est réalisée sur un spectre de diffraction enregistré sur un domaine angulaire étendu. L'analyse quantitative est effectuée sur les raies correspondant aux distances inter-réticulaires d du quartz (3,34 Å, 4,26 Å, 1,82 Å et 1,54 Å) ; de la cristobalite (4,04 Å, 2,49 Å, 2,47 Å et 2.84 Å) ; et de la tridymite (4,11 Å , 4,33 Å et 3.82 Å).

  Remarques

  -  La seconde raie du quartz présente une intensité d'environ 20 % de la raie principale.

  -  La présence de quartz est fréquente sur les filtres, la cristobalite et la tridymite sont plus rares (respectivement 10 % et moins de 1 % des cas).

  -  Effectuer l'analyse quantitative sur une raie non interférée.

  Interférences

  Elles sont dues à la présence dans l'échantillon de composés dont certaines raies de diffraction coïncident ou sont très proches de celles du quartz ou de la cristobalite (par exemple : silicate de calcium, kaolin, biotite).

Étalonnage et expression des résultats

• Principe d'étalonnage

  externe

• Commentaires

  Préparation des étalons

  Comparaison étalon certifié/étalon secondaire

  • Les étalons sont réalisés à l'aide d'un étalon secondaire raccordé à un étalon de silice certifié. L'intensité des raies augmentant avec la taille des particules, ces étalons doivent être de granulométrie proche pour pouvoir être comparés sinon l'influence de la granulométrie doit être étudiée.
  • Cette étape est réalisée à l'aide du montage ci-dessous dont l'intérêt est de réduire le plus possible la quantité de matière nécessaire, la quantité d'étalon certifié étant toujours très limitée.
  • Les dimensions sont données à titre indicatif.

  

   

  Mode opératoire

  • Repérer les faces des filtres à l'œil nu ou suivant la méthode décrite dans les données de validation, informations complémentaires.
  • Préparer les filtres (neutralisation de l'électricité statique…) et les peser.
  • Placer un dispositif de prélèvement (cyclone et cassette porte-filtre) dans la chambre d'empoussièrement. Relier ce système à une pompe à débit régulé correspondant au cyclone utilisé.
  • Générer de la poussière de silice pour l'étalon certifié puis réaliser une nouvelle génération avec l'étalon secondaire dans les mêmes conditions.
  • Attendre l'homogénéisation de la chambre, puis prélever à des temps définis de façon à obtenir des dépôts de silice de masse croissante.
  • Après prélèvement, nettoyer l'extérieur du dispositif de prélèvement, séparer le cyclone de la cassette et boucher la cassette.

  Remarques

  -  Ces manipulations doivent être réalisées en maintenant l'ensemble en position normale de fonctionnement et en évitant les chocs.

  -  Le cyclone devra être nettoyé par aspiration des poussières à l'aide d'un aspirateur contenant "un filtre absolu" ou tout autre système permettant de limiter l'exposition. Cette étape permet d'éviter une accumulation de particules sur les parois du cyclone qui modifierait ses propriétés.

  • Retirer le filtre de la cassette avec précaution, le conditionner et le peser à nouveau pour avoir la masse exacte de poussière déposée.
  • Analyser en diffraction des rayons X les différents filtres, comparer les résultats obtenus et établir la corrélation entre ces deux étalons (Voir l'étude de comparaison de la cristallinité de matériaux d'étalonnage [4])

   

  Préparation des filtres étalons  (pour filtres actifs peu chargés <0,6 mg/cm²)

  Note : Cette opération est à réaliser pour chaque dispositif de prélèvement de la fraction alvéolaire.

  Les filtres étalons sont préparés par génération de l'étalon secondaire selon le montage ci-dessous. Ce montage, contrairement au précédent, nécessite une quantité d'étalon secondaire supérieure.
  Il permet de mieux contrôler la concentration de poussière et d'effectuer plus de 8 prélèvements au lieu de 4.

  Les dimensions sont données à titre indicatif.

  

  Mode opératoire

  Il est similaire à celui utilisé pour raccorder l'étalon secondaire à l'étalon certifié.

  • Repérer les faces des filtres.
  • Préparer et peser les filtres.
  • Placer un dispositif de prélèvement dans la chambre d'empoussièrement. Relier ce système à une pompe à débit régulé correspondant au cyclone utilisé.
  • Placer également un cyclone seul et le relier à un compteur de particules (COP). L'indication donnée servira :

  -  à repérer l'homogénéité dans la chambre,

  -  à maintenir une concentration constante en modifiant la vitesse d'ascension du piston suivant l'indication du COP.

  • Générer de la poussière de silice.
  • Attendre l'homogénéisation de la chambre, puis prélever à des temps définis de façon à obtenir des dépôts de silice de masse croissante de 0 à 1,5 mg, en maintenant la concentration constante dans la chambre.
  • Après prélèvement, nettoyer l'extérieur du dispositif de prélèvement, séparer le cyclone de la cassette et boucher la cassette pour éviter toute pollution avant la seconde pesée.
  • Au laboratoire, retirer le filtre de la cassette avec précaution, le conditionner et le peser à nouveau pour avoir la masse exacte de poussière déposée.

  Ces filtres seront ensuite analysés en diffraction des rayons X.

   

  Préparation des filtres étalons (pour filtres actifs trop chargés > 0,6 mg/cm²)

  La gamme de chargement à réaliser est de 0 à 100% de SiO₂ dans la matrice CaF₂ pour un chargement global identique de l'ordre de 5 mg, sur des filtres en polycarbonate de diamètre 25 mm et de porosité 0,4 µm.

  • Peser des masses de silice cristalline alvéolaire croissantes de 0 à 5 mg, en utilisant une silice cristalline certifiée,et ajouter une masse de fluorure de calcium pour obtenir une masse globale constante d'environ 5 mg. 
  • Disposer l’ensemble dans un bécher avec 10 mL d'isopropanol.
  • Couvrir le bécher avec un verre de montre et passer aux ultrasons pendant au moins 3 minutes. Renouveler l'opération si toutes les particules ne sont pas en suspension.
  • Filtrer la suspension obtenue ainsi que la solution de rinçage (isopropanol) du bécher et du verre de montre sur un filtre polycarbonate taré.
  • Conditionner le filtre et le peser. Tenir compte des éventuelles pertes pour déterminer la masse réelle de silice cristalline.
  • Monter ensuite le filtre dans un porte-échantillon de l'appareil à rayons X.
  • Effectuer une correction des effets de matrice en plaçant le filtre en polycarbonate sur un filtre ou support métallique présentant peu de raies X (par exemple une pastille support en aluminium pur- Cf données de validation - compléments).

   

  Étalonnage

  Analyser au moins 10 filtres étalons et plusieurs blancs de laboratoire. Etablir la relation entre l'intensité des raies de diffraction et la masse de matière présente sur le filtre.

  Tracer les courbes d'étalonnage.

  Remarque
  L'étalonnage est fait régulièrement, en fonction du viellissement, à l'occasion du changement de tube de rayons X. La dérive du tube est corrigée à l'aide d'un échantillon de silicium polycristallin ou autre, qui est analysé au moment de l'étalonnage et au moment du mesurage.

   

  Dosage

  Mesurer l'intensité des raies des échantillons (nombre de coups enregistrés diminué du bruit de fond). Pour chaque variété de silice, les raies sont explorées dans le sens des intensités relatives décroissantes. Si le nombre de coups comptés sur une raie n'est pas statistiquement différent du bruit de fond, les autres raies ne seront pas examinées.

   

• Calcul de la quantité de substance sur le dispositif

  

• Calcul de la concentration atmosphérique

Bibliographie

Historique

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