Extraction des métaux par digestion acide

1) Introduction de l’échantillon dans le bécher. 2) Ajout de l’acide dans le bécher. 3) Ébullition de l’acide. 4) Atteinte d’une solution acide homogène.

Comme le dit le nom de la méthode, la digestion se fait dans un contenant ouvert, préférablement en verre pour la plupart des acides. Un simple bécher peut suffire comme contenant. Toutefois, si l’utilisation de HF est nécessaire, un autre type de contenant doit être utilisé, car celui-ci dissout le verre selon la réaction suivant : :SiO_2(s) + 6 HF_(aq) → H2[SiF₆]_(aq) + 2 H₂O[10]. Pour cela, l’acide fluorhydrique est manipulé avec précaution et dans des contenants de plastique ou des récipients de polymères fluorisés[10]. De plus, la digestion est dite humide, car elle se fait à l’aide de solution concentrée en acide. La majorité des digestions acides se font en milieux oxydant, soit en ajoutant un agent oxydant ou en utilisant un acide qui est à la fois oxydant[7] - [8] - [9]. L’ajout d’oxydant augmente la pourvoir oxydant de l’acide[11]. L’oxydation lors de la digestion acide est très importante, car elle permet de minéraliser la matière organique en la convertissant sous forme d’eau (H₂O) et de dioxyde de carbone (CO₂)[11]. Afin que la digestion de la matrice organique soit efficace, les acides en question doivent être des acides inorganiques forts et dont le taux de pureté est élevé. L’importance d’utiliser des acides de hautes puretés est due au fait que la méthode se veut d’analyser des éléments souvent présents sous forme de traces. Donc, la présence d’impuretés dans les acides peut facilement fausser les résultats lors de l’analyse. La méthode se veut très simple, l’échantillon est d’abord déposé dans un bécher de verre propre, puis il est mélangé avec un acide oxydant fort, un mélange d’acides ou un mélange d’acides et d’agents oxydants[7] - [8] - [9]. Bien que la digestion est dite dans un récipient ouvert, il peut être nécessaire de déposer un verre de montre sur le montage afin d’éviter la contamination par des poussières ou autres composées volatiles ou en suspension dans l’air. Ensuite, le contenant est déposé sur une plaque chauffante où celle-ci chauffera la solution lentement jusqu’à attendre l’ébullition de la solution[11]. La digestion se réalise alors et la matrice organique est décomposée alors que les métaux sont dissous dans la solution et celle-ci devient alors claire[7]. La digestion se poursuit jusqu’à la quasi complète évaporation de la solution. Lors de la digestion, il peut être important de porter une attention particulière à la possible déposition de l’échantillon sur la paroi du contenant. Il faut alors rincer la paroi avec de l’acide ou de l’eau distillée afin d’éviter toute perte[7]. Le récipient contenant les analytes digérés est refroidi puis ces derniers sont dissous dans une solution diluée de l’acide afin de passer à l’analyse et l’entreposage[7] - [8] - [9]. Il filtration peut être nécessaire si la matrice a laissé des dépôts insolubles après la digestion.

L’avantage d’utiliser la méthode de digestion avec récipient ouvert c’est qu’elle requiert du matériel de faible coût et les échantillons ont moins besoin d’être prétraités en comparaison avec les autres méthodes[7]. Un inconvénient qui est à noter pour la digestion avec contenant ouvert est le haut risque de contamination provenant de l’environnement. De plus, la méthode du contenant ouvert limite la température maximale de la digestion à la température d’ébullition de l’acide utilisé[7]. La digestion à contenant ouvert consomme plusieurs acides qui sont combinés et ces acides peuvent potentiellement introduire des interférences lors de la prise de mesures[9].

Intérieur d'un micro-onde à digestion avec vue sur le carrousel

La méthode conventionnelle utilise des acides forts afin de digérer les matrices organiques et dissoudre les métaux. Toutefois, ces acides sont plus efficaces lors que l’on augmente la température et la pression[12]. Une méthode qui se base sur ce principe et qui permet d’améliorer de beaucoup la digestion est de l’assister par micro-onde. La particularité de cette digestion est qu’elle utilise une source de micro-onde afin de chauffer l’échantillon et que celui-ci est placé dans un contenant qui est fermé[6]. Ceci permet d’avoir un contrôle sur la température et la pression facilement[6]. Cette condition est essentielle afin d’assurer l’efficacité, la reproductibilité et la sécurité qu’implique cette méthode[13].

L’utilisation du four à micro-ondes pour effectuer une digestion acide permet de réduire le temps requis pour effectuer la digestion des métaux et permet aussi de réduire la perte par volatilisation, puisque le contenant utilisé est fermé. De ce fait, les risques de contamination provenant de l’extérieur sont réduits. La digestion par four à micro-ondes nécessite de plus petits volumes d’acides que les autres méthodes[6]. Les micro-ondes à digestion acide sont équipés d’une sonde qui permet de suivre en temps réel les variations de température à l’intérieur des vases à digestion. Cette méthode de digestion permet aussi d’atteindre des températures et des pressions plus élevées qu’à contenant ouvert[6].

Il existe communément 2 types de minéralisateurs par micro-onde:

Dans le premier type, les échantillons additionnés des réactifs sont directement irradiés par la source micro-onde, ce qui implique qu’une certaine homogénéité soit respectée dans l'ensemble des réacteurs disposés dans un carrousel. Ce système à carrousel convient donc particulièrement aux minéralisations de grandes séries d'échantillons de même nature soumis à l'attaque du même mélange acide. Ceci afin d'éviter des niveaux d'absorption d'énergie différents de réacteur en réacteur, ce qui entrainerait des disparités de température et donc de cinétique de réaction avec le risque de digestion incomplète des contenus les plus transparents au rayonnement micro-onde.

Chambre unique de digestion acide

Dans le second type, les échantillons additionnés de réactifs sont placés dans de simples éprouvettes plongeant dans un bain d'eau, le tout dans un grand réacteur unique mis sous pression préalablement. Ici c'est le bain d'eau qui est irradié par la source micro-onde; la chaleur est alors transmise aux milieux réactionnels par conduction assurant un homogénéité de température dans chaque éprouvette. Cette homogénéité permet de minéraliser en même temps des contenus différents (type et masse d'échantillons - mélanges de réactifs).

Pour l’ensemble des digestions par voie humide, l’utilisation de combinaisons d’acides et d’oxydants, souvent de l’acide nitrique, sulfurique, perchlorique et du peroxyde d’hydrogène, sont potentiellement dangereux durant la digestion de matière biologique, par exemple des matières compostables, et peut engendrer des pertes de potassium et de bore[7].