Mesure des oxydes d'azote

Les oxydes d'azote notés NOx sont des polluants qui peuvent surtout avoir des impacts en termes d'effet de serre, d'acidification de l'air etc.



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Chimie analytique - Spectroscopie - Mesure physique - Métrologie

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  • La spectrométrie InfraRouge est la mesure de la longueur d'onde et de l'intensité de la lumière InfraRouge... (source : physique-quantique.wikibis)
  • Mesure des oxydes d'azote (NOx) par chimiluminescence • Mesure de l'ozone (O3) par absorption UV • Mesure du monoxyde de carbone (CO) par absorption IR... (source : oramip)
  • 1.1.1.3 Azote L'azote contenu dans les lubrifiants provient pour une faible... et d'oxydes d'azote réduits ensuite en azote dont le volume est mesuré dans ... (source : books.google)

Les oxydes d'azote notés NOx sont des polluants qui peuvent surtout avoir des impacts en termes d'effet de serre, d'acidification de l'air etc... Leur émission ont fortement augmenté depuis 1950 avec le développement massif des transports et des industries. Aujourd'hui, 60% des émissions sont liées aux transports. Les installations de combustion (centrales thermiques, chauffages…) sont aussi responsables d'une forte part des émissions. Les NOx sont aussi l'un des nombreux composés de la fumée de tabac.

Ces composés (NOx) menacent l'environnement, mais présentent aussi des risques non négligeables pour notre santé. Dans le cadre du concept de développement durable, qu'on peut définir comme «un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs» (1987 - Mme Gro Harlem Bruntdland, Premier Ministre norvégien. ) et au vu des menaces représentées par ces oxydes d'azote, il est urgent de savoir contrôler leurs émissions.

C'est pourquoi les législations française et européenne sont de plus en plus sévères et imposent des limites en matière d'exposition, de concentration, de débit et de flux. Le NO n'est soumis à aucune réglementation car il est reconnu comme nettement moins toxique que son produit d'oxydation, le dioxyde d'azote. Ce dernier est ainsi soumis à une réglementation particulièrement stricte (voir annexes).

Il devient par conséquent indispensable de pouvoir apporter des mesures encore plus sûres de ces gaz polluants, et de connaître le degré de fiabilité de résultats obtenus.

Dosage des oxydes d'azote

Présentation

Il existe de nombreuses méthodes de dosage des oxydes d'azote, aux époques d'emploi ainsi qu'aux précisions bien différentes. Voici 3 méthodes représentatives de l'évolution des techniques et leur retentissement sur la précision et la fiabilité des mesures. On peut ainsi étudier, dans leur ordre chronologique de découverte et d'utilisation, les procédés suivants : la colorimétrie, la spectrométrie InfraRouge, et la chimiluminescence.

La colorimétrie

Principe

Il s'agit d'une méthode simple. Elle repose sur le principe de coloration du milieu suite à une réaction entre une solution absorbante et le gaz à étudier. Plus la coloration est importante, plus la concentration du gaz à étudier est importante dans l'échantillon.

Application

En pratique, cela nécessite un piégeage des oxydes d'azote par barbotage de l'air à analyser. Dans le cas des NOx qui nous intéressent, on utilise la «méthode de Saltzman » : on fait barboter l'air à analyser dans une solution dite de Saltzman. Il y a alors formation (lente) d'un colorant rose-violacé.

Cette méthode en fait en particulier une méthode comparative. En effet, pour obtenir des mesures plus précises grâce à une lecture colorimétrique sur un spectrophotomètre, ce qui nous amène à la méthode spectrométrique suivante.

La spectrométrie InfraRouge

Principe

Les molécules organiques absorbent la lumière pour des longueurs d'onde bien précises pour chacune d'entre elles. La longueur d'onde de la lumière utilisée fluctue selon le type de spectroscopie utilisée. On s'intéresse ici à la spectroscopie par absorption InfraRouge.

La spectrométrie InfraRouge est la mesure de la longueur d'onde et de l'intensité de la lumière InfraRouge moyenne absorbée par un échantillon.

Les longueurs d'onde d'absorption des NOx sont : 5, 26 µm pour NO et 8, 06 µm pour NO2

Application

Un spectrophotomètre infrarouge est un instrument qui fait passer de la lumière infrarouge à travers une molécule organique. Il produit un spectre contenant un graphe du montant de lumière transmise sur l'axe vertical, comparé à la longueur d'ondes de la radiation infrarouge sur l'axe horizontal. Dans les spectres infrarouges les pics d'absorption correspondent au pourcentage de transmission de la radiation à travers l'échantillon. L'absorption de la radiation abaisse la valeur du pourcentage de transmission.

En pratique, on utilise deux cellules : une cellule de référence dans laquelle est positionnée un gaz de référence, et une cellule dans laquelle est positionnée le gaz à analyser. Le rayonnement infrarouge I est absorbé par le gaz à étudier dans des proportions bien précises : I=I0*exp (-alpha*L*C)

Cette méthode sert à apporter une information à la fois qualitative, mais également quantitative. En effet, il est envisageable de déterminer la nature du gaz reconnu en observant à quelle fréquence les radiations ont été absorbées, mais également quelle est sa concentration. Pour cela il suffit d'étudier l'intensité du rayonnement IR absorbé et en enduire la valeur C de la concentration.

Les sources infrarouges consistent en un solide inerte, chauffé électriquement à une température entre 1 500 °C et 2 200 °C. Le matériau chauffé émet ensuite une radiation infrarouge.

//Image à insérer : schéma de principe///

La chimiluminescence

Principe

La chimiluminescence est un phénomène général utilisé dans de nombreux domaines. C'est le phénomène par lequel certaines molécules portées à un état excité par une réaction chimique retournent à l'état essentiel en restituant une partie de l'énergie sous forme d'émission de lumière. Le phénomène utilisé ici est la chimiluminescence du monoxyde d'azote avec l'ozone. Cette technique, aboutie en 1978, est actuellement la plus employée pour les mesures d'oxydes d'azote (NOx).

On a vu que :

2 (NO) + 2 (O3) (g) -> 2 (NO2) (g) + 2 (O2) (g) +2hv

Il s'agit en fait de placer l'échantillon à étudier en présence d'ozone en excès. Il y a alors émission de lumière ; cette émission est proportionnelle à la concentration en monoxyde d'azote. On peut grâce à un photomultiplicateur (préalablement étalonné) déterminer [NO]. Si l'échantillon contient du dioxyde d'azote il est envisageable de déduire [NO2] par différence.

Remarque : Il est aussi envisageable d'utiliser la réaction de chimiluminescence entre le dioxyde d'azote et le luminol. On se limite ici à l'application de la réaction entre le monoxyde d'azote et l'ozone.

Application

On considère un échantillon à analyser contenant, entre autres, une certaine quantité de monoxyde d'azote et une autre de dioxyde d'azote. On sépare l'échantillon en deux parties homogènes et de même volume.

Le premier volume est envoyé dans une chambre à réaction où il est mélangé à de l'ozone présent en excès. Le rayonnement produit selon le mécanisme rappelé ci-dessus est mesuré par un photomultiplicateur. On en déduit la concentration [NO] de l'échantillon d'origine.

Le second volume est envoyé dans un four à catalyse en molybdène chauffé à haute température. L'ensemble des oxydes d'azote sont alors réduits en NO. Ce volume ne contenant plus que le NO est envoyé dans une autre chambre de réaction où il est mélangé à l'ozone en excès. Le rayonnement émis est désormais proportionnel à la quantité totale d'oxydes d'azote NOx. On connaît ainsi. On détermine [NO2] par soustraction : [NO2] = [NOx] - [NO] //schéma à insérer//

Autres méthodes

Il existe de nombreuses autres moyens de mesure pour les oxydes d'azote. Pour en citer quelques uns on trouve par exemple : les spectrométrie UV, de masse, la chromatographie, des méthodes électrochimiques…etc

Voir aussi

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 11/11/2010.
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