Validation d’une methode de dosage des ions fluorures (dosage par electrodes specifiques)

Avec la mise en place des systèmes d’assurance qualité dans les laboratoires, la validation des méthodes d’analyse est aujourd’hui un objectif important. Le laboratoire utilise des méthodes qui fournissent des résultats dans lesquels leurs « clients » peuvent avoir confiance. C’est une conséquence du passage de méthodes d’analyse qualitatives à des méthodes quantitatives. Ainsi, trop souvent on associe l’achat d’un nouvel appareil plus  « performant » à un progrès, sans se soucier si cette performance est réelle au niveau du rendu du résultat. Le laboratoire traduit donc, les besoins du client en terme de performances pour les comparer ensuite avec les caractéristiques estimés de la méthode candidate .

Fluor

Etat naturel du fluor 

Le fluor n’existe pratiquement pas à l’état naturel, du fait de sa grande activité chimique (l’élément le plus électronégatif du tableau périodique), on ne le trouve que sous forme combinée surtout des sels d’acides [2]. Il se trouve souvent sous forme combiné tel que la fluorine (CaF2). De plus, le fluor se trouve également dans les minerais tels que la cryolithe Na3AlF6 et la fuoropatite Ca5F(PO4)3.

Impact sur la santé :
Le fluor apparut dans les années 50 comme un progrès dans le combat contre les caries et la plaque dentaire. Il fut introduit dans la composition des pâtes dentifrices et le réseau de distribution d’eau courante sous forme d’antiseptique (acide hexafluorosilicique). Mais seules des doses réduites permettent une action positive du fluor. L’accumulation à long terme de cette substance engendre des effets néfastes en matière de santé, tel que la destruction de l’émail des dents, le développement de maladie telle que l’ostéoporose, de troubles cardiaques, et même de dégâts génétiques. Les effets toxiques du fluor à haute dose ne sont plus remis en doute quand on sait qu’il entre dans la composition des insecticides et des bactéricides [2] A l’état gazeux, le fluore devient très dangereux. En effet, à des concentrations très élevées il peut entraîner la mort et à faibles concentrations, il provoque des irritations aux yeux et au nez.

L’ion Fluorure F-

Il s’agit d’un atome de fluor (F) qui a gagné un électron pour avoir une couche saturée. En tant qu’halogène, le fluor forme un ion monovalent. Il porte une charge négative : c’est un anion (F- ). Le fluorure est présent à l’état naturel dans le sol, l’eau (douce et salée) et dans divers aliments. Les fluorures sont libérés dans l’environnement sous l’effet de l’altération atmosphérique et de l’activité volcanique. [2] Ils proviennent aussi des fumées rejetées par les industries d’engrais phosphatés, d’aluminium et de produits chimiques. Le fluorure forme un composé binaire avec un autre élément (cation ou radical). L’ion fluorure est un oxydant extrêmement faible, C’est aussi le plus petit anion ce qui explique sa capacité élevée de fixation et de recombinaison à diverses molécules (y compris celles formant les dents et les os) et, en grande partie, sa toxicité. Exemples de fluorures usuels : l’acide fluorhydrique (HF), et le fluorure de sodium (NaF).

Méthodes de dosage des ions fluorures 

Les méthodes de dosage des ions fluorures sont très nombreuses. Elles dépendent de la nature de l’échantillon à analyser et de la teneur en fluor. Les plus cités en littérature, on trouve : dosage par gravimétrie, dosage par volumétrie et le dosage par potentiomètrie….. La plus part de ces méthodes passent par la séparation des fluors avant l’analyse telles que ; hydro pyrolyse ou distillation,

Dosage par gravimétrie
Les méthodes gravimétriques sont des méthodes quantitatives qui sont basées sur la détermination de la masse d’un composé pur auquel l’analyte est apparenté chimiquement. Deux méthodes sont utilisées: les méthodes par volatilisation ou les méthodes par précipitation. La gravimétrie est l’illustration par excellence du Principe de Châtelier. Soit par volatilisation, soit par précipitation, on déplace l’équilibre vers les produits favorisant ainsi une réaction quantitative [3].

Dosage par volumétrie
La volumétrie est une technique de l’analyse quantitative simple Elle consiste à utiliser une solution de concentration connue (appelée titrant) afin de neutraliser une espèce contenue dans la solution inconnue (appelée analyte ou espèce titrée) [4] Les titrages volumétriques les plus répandus sont les titrages acide-base (titrages acidimétriques) : Les titrages base-acide (titrages alcalimétriques) sont aussi possibles. D’autres exemples de titrages sont les titrages d’oxydo-réductions, de complexation et de précipitation.

Dosage par potentiomètrie
Les méthodes potentiométriques sont toutes basées sur la mesure du potentiel à l’aide d’un système d’électrodes et d’un potentiomètre. Il s’agit d’un vaste domaine de techniques disponibles à l’analyste. Parmi ces techniques, on peut mentionner la détermination du pH et les titrages potentiométriques [5]. La potentiomètrie fait appel à 2 techniques principales :
➢ La mesure directe d’un potentiel à l’électrode indicatrice par rapport à une électrode de référence .on peut ainsi, une fois le système calibré, mesurer directement la concentration d’un échantillon.
➢ La mesure du changement de potentiel d’un système électrochimique pendant l’ajout d’un tirant.

Electrode de fluorure 

L’électrode spécifique aux ions fluorures est une électrode à membrane monocristalline dont la partie active est un monocristal de fluorure de lanthane. Lorsque l’électrode est plongée dans une solution contenant des ions fluorure, il s’établit à sa surface active un potentiel. Ce potentiel est mesuré par rapport à un potentiel de référence constant au moyen d’un ionomètre. L’activité des ions fluorures, correspondant au potentiel mesuré, E°, peut être exprimé par l’équation de Nernst [6] :

E= E° + RT/zF × LnaF-

Avec :
E°= Potentiel standard de l’électrode (V)
R= Constante des gaz parfaits (8,3143 mol-1 K-1)
T= Température (K)
z= Valence (= -1)
F= Constante de faraday (96487 c équiv-1)
aF-= Activité de l’ion fluorure

L’équation montre que les valeurs de potentiels mesurés varient avec la température. Il est donc conseillé de réaliser les mesures dans les mêmes conditions de température.

Interférences :
Le pH de l’échantillon joue un rôle important dans la détermination des ions fluorures, à cause de la formation de l’acide fluoridrique (HF) ou de l’interférence avec les ions hydroxydes (OH- ). Pour cette raison on utilise une solution tampon qui permet de créer une force ionique constante telle qu’elle masque l’effet ionique des ions autres que F- qui pourrait interférer (OH- , H+ , SO42-, K+ …) donc , elle permet de s’affranchir des interférences ioniques. La seule activité ionique variable est donc celle de l’ion F- qui est alors mesurable. Elle sert aussi à ajuster le pH des solutions à mesurer.

La validation de la méthode

Validation et caractérisation d’une méthode 

Valider une méthode, c’est s’assurer qu’elle est apte à répondre aux besoins d’un client. D’où la nécessité de formaliser les besoins du client et de les transcrire sous une forme qui va permettre leur comparaison avec les performances de la méthode. La validation donc, est une étape qui sert à suivre un ensemble d’opérations et processus afin de répondre à des critères dont l’objectif est de déterminer et d’évaluer la fiabilité et l’efficacité de la méthode proposée. Ces critères sont :
✽ Linéarité
✽ La sensibilité.
✽ Le seuil de détection.
✽ Le seuil de quantification.
✽ La justesse.
✽ La fidélité.

Nous proposons des définitions de quelques normes relatives à ces critères :

Validation intra-laboratoire d’une méthode d’analyse. (AFNOR V 03 -110) [8]:
Action de soumettre une méthode d’analyse à une étude statistique intra laboratoire, fondée sur un protocole normalisé et/ou reconnu, et apportant la preuve que dans son domaine d’application, la méthode d’analyse satisfait les critères de performances préétablis.

Domaine d’application de la méthode. (Réf. WELAC Guide Eurachem N°1-1993)
Pour une analyse quantitative, le domaine d’application d’une méthode est déterminé en examinant des échantillons avec des concentrations de substances différentes et en déterminant l’intervalle de concentration pour lequel la fidélité et la justesse peuvent être atteintes.

Linéarité : (NF V 03-110) [9]
Capacité d’une méthode d’analyse, à l’intérieur d’un certain intervalle, à fournir une réponse instrumentale ou des résultats proportionnels à la quantité en analyte à doser dans l’échantillon pour un laboratoire. Cette proportionnalité s’exprime au travers d’une expression mathématique définie à priori. Les limites de linéarité sont les limites expérimentales de concentrations entre lesquelles un modèle d’étalonnage linéaire peut être appliqué avec un niveau de confiance connu (généralement pris égal à 1%).

Le seuil détection. (NF V 03-110) [9]
Plus petite concentration ou teneur de l’analyte pouvant être détectée, mais non quantifiée, dans les conditions expérimentales décrites de la méthode. Elle est équivalente à 3 fois l’écart type S calculé à partir des mesures effectuées sur des solutions témoins ou étalons.

Le seuil de quantification. (NF V 03-110) [9]
Plus petite concentration ou teneur de l’analyte pouvant être quantifiée avec une incertitude acceptable, dans les conditions expérimentales décrites de la méthode. Elle est équivalente à 10 fois l’écart type S calculé à partir des mesures effectuées sur des solutions témoins ou des solutions étalons.

La justesse. (NF ISO 5725-1)[10]
Etroitesse d’accord entre la valeur moyenne obtenue à partir d’une large série des résultats d’essais et une valeur de référence acceptée.
• La mesure de la justesse est généralement exprimée en termes de biais.
• La justesse a été également appelée « exactitude de la moyenne » cet usage n’est pas recommandé.

La fidélité. (NF ISO 5525-1) [11]
Etroitesse d’accord entre des résultats d’essai indépendants obtenus sous des conditions stipulées :
• La fidélité dépend uniquement de la distribution des erreurs aléatoires et n’a aucune relation avec la valeur vraie ou spécifiée.
• La mesure de fidélité est exprimée en termes d’infidélité et est calculée à partir de l’écart type des résultats d’essai. Une fidélité moindre est reflétée par un plus grand écart type.Le terme « Résultats d’essai indépendants » signifie des résultats obtenus d’une façon non influencée par un résultat précédent sur le même matériau d’essai ou similaire. Les mesures quantitatives de la fidélité dépendent de façon critique des conditions stipulées. Les conditions de répétabilité sont des ensembles particuliers de conditions extrêmes.

Répétabilité : (NF ISO 5725-1) [10]
Conditions où les résultats d’essai indépendants sont obtenus par la même méthode sur les individus d’essai identiques dans le même laboratoire, par le même opérateur, utilisant le même équipement et pendant un court intervalle de temps.

Reproductibilité : (NF ISO 5725-1) [10]
Conditions où les résultats d’essai sont obtenus par la même méthode sur des individus d’essais identiques dans différents laboratoires, avec différents opérateurs, utilisant des équipements différents.

Table des matières

I. INTRODUCTION GENERALE
II. PRESENTATION DU LABORATOIRE L.Q.E.E
1. Plan de répartition du laboratoire QEE
2. Personnels
PARTIE I. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I. FLUOR
1. Etat naturel du fluor
2. Propriétés physico-chimiques du Fluor
3. Impact sur la santé
II. L’ION FLUORURE F-
1. Méthodes de dosage des ions fluorures
a) Dosage par gravimétrie
b) Dosage par volumétrie
c) Dosage par potentiomètrie
i. Electrode de fluorure
ii. Interférences
iii. . Relation entre activité et concentration
III. LA VALIDATION DE LA METHODE
1. Validation et caractérisation d’une méthode
2. Termes de base
PARTIE II. ETUDE EXPERIMENTALE
1. Principe
2. Objet et domaine d’application
3. Matériels et réactifs
a) Réactifs utilisés
b) Les équipements utilisés
c) La verrerie utilisée
4. Préparation des solutions
a) Solution d’hydroxyde de sodium 10 N
b) Préparation de la solution tampon
c) Préparation de la solution mère étalon de Fluorure à 1 g/L
d) Solution étalon fille à 100 mg/L
5. Prise d’essais
6. Etalonnage de l’électrode spécifique
a) Etablissement de la courbe d’étalonnage (méthode constructeur)
b) Vérification de la courbe d’étalonnage
IV. VALIDATION DE LA METHODE D’ANALYSE
1. Test de linéarité
2. Exactitude
3. Répétabilité
4. Reproductibilité
PARTIE III. VALIDATION DE LA METHODE
I. TEST DE LINEARITE
II. EXACTITUDE
III. REPETABILITE
IV. REPRODUCTIBILITE
V. LIMITE DE DETECTION DE LA METHODE
VI. LIMITE DE QUANTIFICATION DE LA METHODE
VII. ETUDE DE L’INFLUENCE DU PH SUR LE POTENTIEL
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
TABLES DES ILLUSTRATIONS
ANNEXES

Télécharger le rapport complet