Synthèse bibliographique sur la faisabilité des sondes spectrophotométriques pour la caractérisation in situ de la matière organique

Bibliography study regarding the feasibility of spectrophotometric probes for organic matter characterisation

Masson, M.

Type de document
Rapport scientifique
Langue
Français
Affiliation de l'auteur
IRSTEA LYON UR MALY FRA
Année
2016
Résumé / Abstract
Afin d’améliorer la qualité de l’évaluation de l’état chimique des eaux, des méthodes alternatives aux méthodes de prélèvement et d’analyses classiques se développent. Parmi ces techniques alternatives, les systèmes spectrophotométriques UV-visible, permettant les mesures in situ et en continu, sont de plus en plus utilisés. Actuellement, les systèmes commerciaux sont utilisés dans différents domaine d’application (production eau potable, traitement des eaux usées, surveillance des eaux de surface) pour mesurer de façon fiable différents paramètres comme les nitrates, la demande chimique en oxygène ou le carbone organique. En plus de quantifier la matière organique (MO), les spectres UV-visible acquis par les spectrophotomètres peuvent contribuer à caractériser qualitativement la MO. Ce type d’informations peut servir pour améliorer ou ajuster les procédés de traitement des eaux usées ou améliorer les connaissances du rôle de la MO dans le devenir et la biodisponibilité des polluants. Ce rapport présente différentes méthodes d’exploitation des spectres UV-visible permettant de caractériser quantitativement et qualitativement la MO : comparaisons directes de spectres, méthodes commerciales de quantification (déconvolution, méthodes chimiométriques), rapports d’absorbance, exploitation des pentes spectrales, caractérisation globale par déconvolution. Ces méthodes permettent d’avoir des informations qualitatives globales sur la nature, l’origine et les caractéristiques physico-chimiques de la MO comme le degré d’aromaticité, le poids moléculaire, le degré d’humification et de maturité. L’utilisation de ces méthodes sur des échantillons bruts avant et après décantation de particules permet de caractériser plus précisément la nature de la MO dissoute, colloïdale et particulaire. Cette synthèse bibliographique montre que les sondes spectrophotométriques UV-visible pourrait permettre de caractériser d’apporter des informations supplémentaires sur la qualité de la MO dans les eaux résiduaires et naturelles. Cependant, une étape est encore nécessaire pour adapter les sondes et les méthodes d’exploitation des spectres afin de transférer l’usage de ces systèmes de la recherche vers l’opérationnel.
In order to improve the chemical status assessment of surface waters, some alternative methods for sampling and laboratory analysis were developed. Among these alternative methods, ultraviolet-visible spectrophotometric techniques are increasingly used as they allow in situ and continuous measurements of several parameters such as nitrate, chemical oxygen demand or organic carbon in different fields (e.g. drinking water production, wastewater treatment, or surface water monitoring). The UV-visible spectra obtained by commercial probes allow the quantification of organic matter (OM) through the estimation of global parameters: dissolved and particulate organic carbon, chemical or biological oxygen demand. Moreover, the shape of the spectra might provide additional information about the quality of the OM. This kind of information can be used to better control wastewater treatment processes or improve knowledge about the role of OM in the transport and bioavailability of pollutants in aquatic systems. This report provides a bibliographical synthesis on several approaches for the interpretation of UV-vis spectra to better characterize the OM: direct comparison of spectra, methods for quantification of global parameters (deconvolution and chemometric), absorbance ratios or spectral slope processing. These different methodologies might be an efficient way of providing global information about the nature, origin and/or physicochemical characteristics (e.g. degree of aromaticity, molecular weight, humification degree) of the OM in wastewaters and natural waters. Applying these approaches on both raw and filtered/settled waters can also provide information about the quality of dissolved colloidal and particulate OM. While these approaches are interesting for scientific studies, there is a gap for its transfers to the water stakeholders. Laboratory tests and field deployments are still required to evaluate the potential of these probes and associated approaches for OM characterization in wastewaters and natural waters.

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