GAZ ANALYSE DES

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Méthodes d'analyse gazométrique

Méthodes d'analyse manuelles

Chromatographie en phase gazeuse

La méthode d'analyse par condensation et vaporisation fractionnées et volumétrie, dérivant de la méthode de Lebeau et utilisée pour l'analyse des gaz de raffinerie dans l'appareil de Podbielniak, a cédé la place à la chromatographie en phase gazeuse. Celle-ci a connu un grand développement en gazométrie ; aux catharomètres (cf. infra, Méthodes physiques) employés initialement sont venus s'ajouter de nombreux autres détecteurs : détecteurs à flamme, à ionisation, à décharge dans un gaz sous basse pression, détecteurs électrochimiques comme les osmopiles (microcoulométriques ou soniques), et les balances à gaz.

L'utilisation fréquente de couplages chromatographie-spectroscopie infrarouge et chromato-spectrométrie de masse facilite l'identification des constituants de mélanges complexes (gaz de carbonisation de la houille), notamment lorsqu'ils ne sont présents qu'à l'état de traces.

Analyse par absorption (ou combustion) et volumétrie

Un volume de V1 du gaz G exactement mesuré est agité avec un réactif spécifique du constituant C à doser ; après dissolution complète de celui-ci, on mesure le volume du gaz résiduel, V2 ; la concentration du constituant C dans le gaz G est donnée par (V1 − V2)/V1.

La méthode sur la cuve à mercure, qui exige une cuve avec plusieurs litres de mercure et des manipulations assez délicates, n'est plus pratiquée que dans les laboratoires de recherche ; par contre, la burette de Bunte et l'appareil d'Orsat sont encore d'un usage courant dans l'industrie, notamment pour le contrôle des appareils automatiques.

La burette de Bunte étant remplie d'eau et le robinet R étant placé dans une position convenable (II), on aspire, en abaissant le flacon D, un certain volume de gaz à analyser (ampoule M ou conduite de gaz) dans la burette et on mesure son volume sous la pression atmosphérique ; on introduit ensuite quelques millilitres du réactif contenu dans B, et on agite gaz et réactif ; on mesure alors le volume résiduel.

Burette de Bunte

Dessin : Burette de Bunte

Burette de Bunte. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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En présence de gaz solubles dans l'eau, on doit utiliser du mercure comme liquide de garde, ou bien employer une burette dont on connaît exactement le volume entre les deux robinets ; la burette étant remplie d'air, on déplace celui-ci par le gaz à analyser et, après une purge suffisante, on introduit le réactif, on agite puis on mesure le volume de gaz restant sous la pression atmosphérique.

L'appareil d'Orsat comporte une burette de Bunte A que l'on peut mettre en relation, d'une part, avec le gaz à analyser par R et G, d'autre part, avec plusieurs laboratoires L1, L2, L3 contenant divers réactifs (par exemple, solutions de potasse pour CO2, de pyrogallol pour O2 et cuivreuse ammoniacale pour CO).

Appareil d'Orsat

Dessin : Appareil d'Orsat

Appareil d'Orsat. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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On mesure un certain volume de gaz dans la burette, on l'envoie dans le laboratoire convenable où il est en contact avec le réactif susceptible d'absorber le constituant que l'on désire doser, puis on mesure le volume du gaz résiduel.

Dans le cas des gaz tels que H2 ou CH4, pour lesquels il n'existe pas de réactifs absorbants, on procède à un dosage par combustion et volumétrie, en adjoignant à l'appareil d'Orsat un petit four comportant un tube rempli d'oxyde de cuivre sur lequel on fait passer le gaz. La combustion de l'hydrogène s'accompagne d'une contraction qui permet de déterminer le volume de ce gaz dans le mélange :

Dans le cas du méthane, il y a aussi contraction mais, simultanément, formation de dioxyde de carbone, que l'on absorbe par la potasse :
En présence d'un mélange H2 + CH4, la détermination du dioxyde de carbone formé et de la contraction permet de connaître les volumes respectifs de méthane et d'hydrogène présents dans le gaz.

Analyse par absorption et colorimétrie

Divers dosages industriels consistent à faire circuler, dans un volume déterminé d'un réactif coloré adéquat, le gaz à analyser, jusqu'à disparition de la coloration. C'est ainsi qu'on peut doser le dioxyde de soufre SO2 en utilisant une solution d'iode :

Ce mode d'analyse a pris un grand développement en hygiène industrielle avec l'emploi des tubes de gels imprégnés. Grâce à une préparation spéciale, le gel de silice imprégné d'un réactif coloré convenable change de coloration sur une longueur d'autant plus grande que la teneur du constituant à doser est plus forte, à la condition de faire traverser le tube par un volume déterminé du gaz à analyser, et cela en un temps donné, donc à vitesse linéaire constante. On réalise cela grâce à une pompe appropriée.

Tubes à gel imprégné

Dessin : Tubes à gel imprégné

Tubes à gel imprégné. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Plus de cent tubes différents (Dräger par exemple) permettent de déterminer des teneurs de l'air en gaz toxiques de quelques millionièmes à quelques millièmes.

On peut également opérer par absorption et dosage par titrimétrie, spectrophotométrie, fluorométrie, néphélométrie, potentiométrie, conductimétrie ou ampérométrie.

Spectrométrie de masse

La méthode d'analyse par spectrométrie de masse, décrite par ailleurs, permet d'opérer, sur quelques millièmes de millilitres (et même moins), l'analyse de gaz contenant de quinze à vingt constituants.

Méthodes d'analyse semi-continues (ou séquentielles) à l'aide d'appareils automatiques

Divers dispositifs d'introduction automatique des échantillons, comme les vannes d'échantillonnage, rotatives ou à piston, à commande pneumatique ou électromagnétique, rendent possible l'emploi de la chromatographie.

Le dosage du dioxyde de carbone CO2 dans les fumées a donné lieu à la mise au point de plusieurs analyseurs fonctionnant par absorption et volumétrie. Grâce à un moteur qui entraîne le mouvement du mercure dans un mesureur, on provoque par la chute de celui-ci l'aspiration d'un volume déterminé de gaz qu'on refoule ensuite dans un absorbeur à potasse. Le gaz carbonique étant absorbé, on détermine le volume de gaz résiduel d'après le niveau de la potasse, celui-ci étant matérialisé par un flotteur mis en relation avec un système d'enregistrement. Le cycle se répète quarante fois par heure.

Divers appareils opérant une séparation par absorption et un dosage par titrimétrie permettent, en effectuant des prélèvements continus de l'air et un dosage séquentiel, de déterminer la teneur en dioxyde de soufre SO2 de l'air. Le réactif dans lequel barbote l'air est maintenu à un pH constant par des injections de borate de sodium, opérées par une pompe doseuse dont le moteur est commandé par un pH-mètre régulateur thermostaté dont l'électrode de référence plonge dans la solution ; l'arbre de cette pompe est muni d'une came contacteur à cinq bossages et chaque fermeture du contacteur, qui correspond à l'injection d'un certain volume de borate, et donc à une certaine quantité de dioxyde de soufre absorbé, est enregistrée par un compteu [...]

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  • : ingénieur de l'École supérieure de physique et chimie industrielles, professeur honoraire de l'université de Paris-XI

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Pour citer l’article

Henri GUÉRIN, « GAZ ANALYSE DES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/analyse-des-gaz/