Quantification des acides humique et fulvique dans les minerais humates, le DOC, les matériaux humifiés et les produits commerciaux contenant des substances humiques

1. Préparation d’échantillons solides Écraser environ 5 g de l’échantillon à analyser, à l’aide d’un mortier et d’un pilon, de sorte que 100 % de l’échantillon broyé passe à travers un maillage de tamis standard américain n° 200 (c.-à-d. 74 μm) en s’assurant que la poudre est bien mélangée. Déterminez la teneur en humidité de la poudre par gravimétrie. Pesez un bateau de pesage en aluminium et enregistrez la masse (Wwb). Transférer environ 2 g de poudre d’échantillon dans le bateau de pesée et enregistrer la masse (Wws + wb). Placer le bateau de pesée dans un four de séchage pendant 24 h à 102 °C (ne pas dépasser 102 °C). Après 24 h, retirer le bateau de pesage du four de séchage et le placer dans un dessiccateur pour refroidir pendant au moins 1 h. Peser et enregistrer la masse du bateau de pesage et de la poudre d’échantillon séchée (Wds + wb). Déterminer la teneur en humidité à l’aide de la formule 1.1.Formule 1.1 Teneur en humidité de la poudre d’échantillon solide% d’humidité = ((((Wws+wb- Wwb) – (Wds+wb – Wwb))/ (Wws+wb – Wwb)) * 100 2. Procédure d’extraction Échantillons solides Peser environ 2,5 g de la poudre d’échantillon tamisée (Wsamp) dans un bateau de pesage en plastique ou en aluminium et enregistrer le poids à quatre décimales. Chargez l’échantillon dans un cylindre gradué de 1 L et remplissez le cylindre à 1 L avec 0,1 M naOH (4 g NaOH x L-1). Ajouter une barre d’agitation magnétique (p. ex., 5 à 7 cm de longueur) et remuer rapidement (c.-à-d. 300 à 400 tr/min) sur une plaque d’agitation jusqu’à ce que l’échantillon soit bien mélangé. Transférer tout le contenu de la bouteille graduée dans une fiole Erlenmeyer de 1 L, évacuer l’espace de tête de la fiole avec du gaz N2 et couvrir l’ouverture de la fiole avec un couvercle étanche à l’air. Placer la fiole d’Erlenmeyer sur une plaque à remuer et mélanger à 300 – 400 tr /min pendant 16 à 18 h. Échantillons liquides Pour les matériaux liquides, bien mélanger l’échantillon en le agitant pour s’assurer que le liquide d’essai est mélangé de manière homogène. Assurez-vous que tout résidu qui pourrait être tombé au fond du récipient est bien mélangé. Ajouter environ 5 g du liquide d’essai, pesé à 4 décimales (WTL), à un cylindre gradué de 1 L. Remplissez le cylindre gradué avec 0,1 M de NaOH jusqu’à un volume final de 1 L. Ajouter une barre d’agitation magnétique (p. ex., de 5 à 7 cm de longueur) et remuer rapidement (p. ex., 300 à 400 tr/min) sur une plaque d’agitation jusqu’à ce que l’échantillon d’essai soit complètement mélangé. Transférer le mélange dans une fiole d’Erlenmeyer de 1 L, évacuer l’espace de tête avec du gaz N2 et couvrir l’ouverture de la fiole avec un couvercle hermétique. Placer la fiole d’Erlenmeyer sur une plaque à remuer et mélanger à 300 – 400 tr/min pendant 1 h.REMARQUE: Après ce point, la manipulation des échantillons solides et liquides est la même. 3. Élimination des matières non solubles des extraits alcalins À la fin de l’agitation, retirer la fiole de la plaque d’agitation, transférer le mélange dans des tubes centrifuges appropriés et centrifuger tout le volume à 4 921 x g pendant 30 min. Recueillir le surnageant alcalin contenant l’HA et le FA dans une fiole propre de 1 L d’Erlenmeyer contenant une barre d’agitation magnétique. Jetez le matériau insoluble. La filtration à travers de la laine de verre ou du papier filtre qualitatif de 2,5 μm de taille poreuse est recommandée si les particules résiduelles ne sont pas précipitées après centrifugation. 4. Précipitation et séparation de l’AH du FF Tout en remuant l’extrait alcalin à 300 – 400 tr/min sur une plaque d’agitation, insérez une sonde de pH dans la partie centrale de la solution (verticalement) et ajoutez conc. HCl goutte à goutte à l’extrait alcalin jusqu’à ce qu’un pH stable de pH 1,0 ± 0,1 soit atteint. Une fois qu’un pH de pH 1 est atteint et reste stable, retirez la sonde de pH de la fiole, récupérez la barre d’agitation, couvrez la fiole d’un couvercle hermétique et laissez la fiole reposer jusqu’à ce que l’AH précipité se soit déposé au fond de la fiole.REMARQUE: Le temps qu’il faut à une AH pour précipiter et abandonner la solution varie en fonction de la source et de la quantité d’AH dans l’échantillon. Il faut généralement 1 à 6 h pour que l’AH précipite complètement et abandonne la solution. Centrifuger l’extrait et précipiter l’AH à 4921 x g pendant 1 h. Après centrifugation, verser le surnageant FF dans un Erlenmeyer propre de 1 L et couvrir avec un couvercle hermétique.REMARQUE: Un temps de centrifugeuse plus long peut être nécessaire afin d’emballer l’AH assez fermement pour permettre la décantation du FF sans inclure aucun des HA précipités. Placer les tubes de la centrifugeuse dans un four de séchage maintenu à 100 °C pendant 24 h. Après séchage, retirez les tubes du four de séchage et placez-les dans un dessiccateur pour les refroidir à température ambiante. Après refroidissement, transférez quantitativement le résidu du tube en le grattant sur les côtés et le fond du tube avec une spatule, transférez-le dans un bateau de pesage goudronné et enregistrez la masse (WEHA). Ce résidu est le « HA extrait ».REMARQUE: Si des tubes centrifuges supérieurs à 50 mL ont été utilisés dans la séparation de HA et FF, il est pratique de transférer l’HA précipité dans des tubes centrifuges de 50 mL résistants à la température pour le processus de séchage. De plus, si un lyophilisateur est disponible, l’AH précipité peut être lyophilisé. La collecte de l’AH à l’état lyophilisé est plus facile car l’HA ne colle pas sur le côté des tubes en plastique et n’a pas besoin d’être mis au rebut. 5. Détermination de la teneur en cendres REMARQUE: La procédure de détermination de la teneur en cendres des échantillons d’HA et d’AF séchés est la même. La procédure utilisant la notation pour HA est affichée. Transférer environ 30 mg de HA séché (WHA) dans un plat en céramique (WCD) propre et pré-pesé qui avait été préalablement séché dans un four de séchage à 100 °C, puis refroidi dans un dessiccateur à température ambiante. Après avoir enregistré la masse combinée de l’HA pondéré et de la vaisselle (WHA+CD), brûlez l’HA dans un four à moufle pendant 2 h à 600°C.REMARQUE: Pour chaque échantillon d’AH, trois répétitions doivent être traitées et la teneur moyenne en cendres doit être utilisée dans le calcul de l’AH pure. Après 2 h, retirer le plat et le contenu du four à moufle et placer dans un dessiccateur pour refroidir. Une fois refroidi, peser le plat avec de la cendre (WASH+CD) et calculer le rapport de cendres (Ashrat) en utilisant la formule 1.2 :Formule 1.2 Ashrat = (WASH+CD – WCD) / (WHA+CD – WCD) 6. Détermination du pourcentage d’HA extrait purifié Déterminer la masse finale de l’HA pur (WPHA) en corrigeant la teneur en cendres à l’aide de la formule 1.3 :Formule 1.3 WPHA = WEHA * (1- Ashrat) 7. Détermination de la concentration (%) d’HA pur dans l’échantillon source d’origine Déterminer la concentration d’HA pur à l’aide des formules 1.4 et 1.5 :Formule 1.4: % d’HA pur dans un échantillon solide = (WPHA/Wsamp) * 100Formule 1.5: % d’HA pur dans un échantillon liquide = (WPHA/WTL) * 100 8. Préparation de la colonne pour la purification HFA Préparez une colonne de chromatographie à basse pression remplie de résine polyméthacrylate de méthyle DAX-8. Si la résine n’a pas été utilisée auparavant, trempez la résine dans du méthanol pendant 2 h, puis rincez abondamment avec du H2O désionisé jusqu’à ce que tout le méthanol soit retiré. Enlevez les petites particules de résine qui flottent sur l’eau à ce moment-là. Si la résine a déjà été utilisée, régénérez-la comme décrit à la rubrique 10. Une fois bien rincée, versez la résine dans une colonne de chromatographie sur verre de 5 x 25 cm munie d’un embout avec une fritte de 10 μm pour le support du lit de résine. Laisser 2,5 à 5 cm en haut de la colonne pour une solution sans résine afin de permettre le mélange du FF avant d’entrer dans le lit de résine. Installez la pièce supérieure sur la colonne et pompez le H2O désionisé par le haut de la colonne pour emballer le lit de résine DAX-8 à l’aide d’une pompe péristaltique. 9. Isolement de HFA Une fois le lit de résine emballé, chargez le FF sur la colonne à l’aide d’une pompe péristaltique, sous basse pression, via le haut de la colonne. Utilisez un débit de 35 à 40 mL/min. Il est essentiel que le haut de la résine dans la colonne reste recouvert de solution tout au long de la procédure de chargement et de rinçage pour éviter le séchage de la résine et la canalisation de l’extrait à travers le lit de résine. Une fois que la fraction fulvique a été complètement chargée sur la résine, lavez la résine avec de l’eau désionisée, pour éliminer la « fraction fulvique hydrophile » non adsorbée (HyFF) en la pompant par le haut de la colonne à l’aide de la pompe péristaltique sous basse pression. Utilisez un débit de 35 à 40 mL/min. Rejeter l’effluent contenant de l’HyFF à moins qu’il ne soit utilisé pour l’analyse. Laver la colonne avec du H2O désionisé jusqu’à ce que l’absorbance à 350 nm de l’effluent de la colonne soit égale (p. ex., à moins de 0,015 unité d’absorbance) à celle du H2O désionisé utilisé pour laver la colonne. Utilisez de l’eau désionisée à zéro (c.-à-d. vierge) du spectrophotomètre. Désorbez le HFA par élution inverse en pompant 0,1 M de NaOH via le fond de la colonne à l’aide de la pompe péristaltique. Utilisez un débit de 35 à 40 mL/min. Capturer l’effluent de la pompe (le Na-fulvate dans un récipient propre de taille suffisante (par exemple, 2 L d’Erlenmeyer).REMARQUE: La plupart des HFA s’adsorbent tout en haut du lit de résine DAX-8. La désorption par introduction du NaOH de 0,1 M par le bas de la colonne minimise la quantité de NaOH de 0,1 M nécessaire pour désorber complètement le FA. Tout le HFA a été désorbé lorsque l’absorbance de l’effluent de la colonne est égale à l’absorbance de 0,1 M NaOH influent à 350 nm. Utilisez 0,1 M NaOH comme blanc spectrophotométrique. Ajouter l’effluent prélevé pour vérifier l’absorbance de la solution d’AF désorbée afin de s’assurer que tout l’AF est capturé. 10. Dé-ashing HFA par protonation Passer la solution de Na-fulvate, à plusieurs reprises, par alimentation par gravité, à travers une résine échangeuse H+ de cations forts (Table des matériaux) contenue dans une colonne de 5 × 50 cm, avec de la fritte de verre pour retenir la résine, jusqu’à ce que la conductivité électrique de l’effluent soit <120 μS / cm, mesurée avec un conductimètre électrique. Avant chaque passage, la résine échangeuse H+ nécessite une remise à neuf comme décrit à la section 11. Pour vous assurer que tout le FA est retiré de la résine après le passage final, lavez la résine avec de l’eau désionisée jusqu’à ce que l’absorbance de l’effluent à 350 nm soit la même (p. ex., dans les 0,015 unité d’absorbance) que l’eau désionisée utilisée pour laver la colonne. Utilisez du H2O désionisé comme blanc spectrophotométrique. Ajouter le lavage et toutes les portions d’effluents prises pour vérifier l’absorbance de la solution d’AF purifiée. Pour aider à éliminer tout LE FA, la résine peut être agitée (par exemple, à l’aide d’une longue tige de verre ou de plastique) plusieurs fois. Concentrer le FA sur un volume d’environ 15 ± 2 mL à l’aide d’un évaporateur rotatif à 55 °C. Transférer complètement le concentré de FA de 15 mL dans un tube de centrifugeuse en plastique de 50 mL et sécher à 60±3 °C à séchage constant dans un four de séchage. La lyophilisation est une alternative au séchage au four. Après séchage, transférer le tube dans un dessiccateur pour refroidir. Retirez le FA du tube en grattant les côtés et le fond du tube avec une spatule et pesez le FA collecté sur du papier de pesage pré-taré. Ce matériau est le « FA extrait » (WEFA). Déterminer le rapport de cendres (ASHrat) de l’AF extrait comme décrit à l’étape 6 pour l’AH et calculer le rapport de cendres à l’aide de la formule 1.2. Déterminer le poids de l’AF extrait sans cendres (WPFA) à l’aide de la formule 1.3, en remplaçant le WEFA par le poids de WEHA. Enfin, déterminez le % de FA pur dans l’échantillon à l’aide de la formule 1.4 remplaçant WPFA par WPHA. 11. Régénération de la résine DAX-8 Régénérer la résine DAX-8 en pompant 0,1 M HCl (8,33 mL de HCl concentré/1000 mL de volume final désionisé H2O) à un débit de 35 à 40 mL/min à travers le fond de la colonne jusqu’à ce que le pH de l’effluent soit égal au pH de l’influent. Utilisez la pompe péristaltique pour pomper tous les réactifs à travers la colonne DAX-8 pendant la régénération. Rincez la colonne avec de l’eau DI en la pompant dans le haut de la colonne jusqu’à ce que le pH de l’effluent soit égal au pH de l’influent (c.-à-d. eau DI). 12. Régénération de la résine échangeuse de CIV Régénérez la résine échangeuse de cations H+ dans un processus par lots en versant la résine dans un grand bécher (par exemple, un bécher en plastique de 4 L), rincez plusieurs fois en recouvrant la résine de DI H2O, en mélangeant puis en versant de l’eau. Couvrir la résine avec 1 M HCl (83,3 mL de HCl concentré/1000 mL de volume final d’eau DI). Laisser reposer pendant au moins 2 h en remuant occasionnellement (par exemple, une fois toutes les 30 minutes). Retirez l’excès d’acide de la résine en versant l’acide et en recouvrant la résine d’eau DI. Remuer vigoureusement avec une tige d’agitation pendant 15 s, puis laisser tomber la résine au fond de la fiole, puis verser l’eau. Répétez le processus jusqu’à ce que la conductivité électrique de l’eau de rinçage soit ≤ 0,7 μS/cm. Chargez la résine régénérée dans la colonne. Couvrir avec du H2O désionisé pour s’assurer que la résine reste humide entre les utilisations.