1.8: Oxygène dissous dans les eaux de surface

1. échantillon dissous à mesure de l’oxygène

1. Sur le site de collecte de l’eau, utilisez une pipette calibrée pour ajouter le sulfate de manganèse 2 mL pour une bouteille BOD clair 300 mL rempli avec l’échantillon d’eau. Veillez à ne pas introduire d’oxygène dans l’échantillon en insérant l’embout de la pipette sous la surface de l’échantillon et de distribution soigneusement sulfate de manganèse. Ceci évitera de créer des bulles jusqu'à ce que l’échantillon est « fixée » et empêche le changement de la concentration en oxygène dissous.
2. En utilisant la même technique, ajouter 2 mL de réactif d’iodure alcalin-azoture.
3. Immédiatement, insérer le bouchon, en inclinant la bouteille légèrement et rapidement poussant le bouchon en place donc aucuns bulles d’air ne sont emprisonnées dans la bouteille.
4. Soigneusement inverser plusieurs fois (sans créer de bulles d’air) pour mélanger. Un floccule (floc) formeront une agrégation précipité du matériau avec un aspect nuageux (Figure 1).
5. Attendez que le floc dans la solution a réglé. Encore une fois, retourner le flacon plusieurs fois et attendre que le floc est retombée. L’échantillon est fixé maintenant pour empêcher un changement dans la teneur en oxygène dissous et peut être transporté vers le laboratoire et stockée pendant 8 h, si nécessaire, dans un état de frais et sombre.
6. Si Ranger, échantillons devraient être scellés à l’aide d’une petite quantité d’eau désionisée jeté autour du bouchon, et le bouchon doit être enroulé dans du papier d’aluminium, fixé avec un élastique.
7. Pipeter 2 mL d’acide sulfurique concentré dans l’échantillon en tenant l’extrémité de la pipette juste au-dessus de la surface de l’échantillon. Il faut inverser soigneusement plusieurs fois de dissoudre le floc (Figure 2).
8. Dans une fiole de verre et à l’aide d’une pipette calibrée, titrer 200 mL d’échantillon d’eau avec 0,025 que n standardisé de thiosulfate de sodium, tourbillonnant et mélanger en continu jusqu'à une forme de couleur paille pâle (Figure 3).
9. Ajouter 2 mL de solution indicatrice d’amidon avec un compte-gouttes et agiter pour mélanger. Une fois la fécule indicateur est ajouté, la solution sera vire au bleue (Figure 4).
10. Poursuivre le titrage, en ajoutant une goutte à la fois jusqu'à ce qu’une goutte se dissipe le bleu, causant le point de terminaison incolore. N’oubliez pas d’ajouter chaque goutte de solution titrante soigneusement et mélanger uniformément chaque goutte avant d’ajouter le suivant. Maintenant l’échantillon contre une feuille blanche de papier peut aider à améliorer la visualisation du point de terminaison.
11. La concentration de DO est équivalente au volume (mL) de solution titrante utilisé. Chaque millilitre de thiosulfate de sodium ajouté à l’eau échantillon est égal à 1 mg/L dissous d’oxygène.

La figure 1. Un échantillon après que le réactif iodure alcalin-azide a été ajouté et mélangé, montrant la formation floc dans la partie supérieure de l’échantillon avant de s’installer.

La figure 2. Un échantillon avec floc dissous après addition d’acide sulfurique.

La figure 3. Un échantillon après addition de thiosulfate de sodium affichant une couleur paille pâle.

La figure 4. Un exemple montrant la couleur bleue après l’indicateur à l’amidon est ajouté et mélangé.

L’oxygène dissous est essentiel pour que les écosystèmes fluviaux et lacustres soutiennent la vie aérobie. La méthode de titrage Azide-Winkler permet de quantifier la quantité d’oxygène dissous dans les échantillons d’eau de surface.

L’oxygène gazeux dissous dans les eaux de surface est nécessaire à la survie des organismes qui y vivent ; décomposeurs essentiels au recyclage des matériaux biogéochimiques dans l’écosystème, ou espèces de poissons préférées pour la consommation humaine. Lorsque les niveaux d’oxygène tombent en dessous de la normale dans les systèmes d’eau, la qualité de l’eau est affectée et les organismes commencent à mourir.

La méthode de titrage Azide-Winkler est un test standard permettant de déterminer la concentration d’oxygène dissous dans un échantillon. Le thiosulfate de sodium est utilisé pour titrer l’iode, qui est stochiométriquement lié à la quantité d’oxygène dissous dans l’échantillon.

Cette vidéo illustrera les principes qui sous-tendent la quantification de l’oxygène dissous, le processus de titrage d’Azide-Winker et l’interprétation des mesures de l’oxygène dissous.

L’eutrophisation est l’introduction d’un excès de nutriments dans un écosystème. Cela fait que les populations d’algues se développent rapidement en tapis denses, connus sous le nom de proliférations d’algues. Ces tapis peuvent entraîner une hypoxie, ou de faibles niveaux d’oxygène, en bloquant les échanges gazeux à la surface, et empêcher la photosynthèse en bloquant la lumière du soleil. Les organismes qui respirent de l’oxygène commencent à mourir, provoquant une augmentation de la matière organique, ce qui entraîne à son tour une augmentation des décomposeurs dépendants de l’oxygène, épuisant encore plus les ressources en oxygène. Enfin, les organismes mobiles dépendants de l’oxygène s’éloignent, laissant une zone morte sans vie aérobie.

Pour tester le niveau d’oxygène dissous dans une source d’eau, la méthode Azide-Winkler peut être utilisée pour mesurer l’oxygène dissous directement sur le terrain, ou des échantillons peuvent être fixés et acheminés au laboratoire pour une analyse plus approfondie.

Du sulfate de manganèse et de l’hydroxyde de potassium sont ajoutés à l’échantillon, formant de l’hydroxyde de manganèse. Cela réduit l’oxygène dissous, formant un précipité brun. Un réactif alcalin iodure-azide est ajouté pour corriger la présence de nitrates trouvés dans les échantillons d’eaux usées qui peuvent interférer avec le processus d’oxydation.

L’ajout d’acide sulfurique acidifie la solution et dissout le précipité. Ce nouveau composé oxyde l’iodure du réactif alcalin iode-azoture en iode.

Ensuite, on ajoute un indicateur d’amidon qui deviendra bleu en présence d’iode. Le thiosulfate, qui transforme l’iode en iodure, est utilisé pour titrer l’iode. Une fois le titrage terminé, la solution bleue deviendra incolore. La quantité d’oxygène dissous dans l’échantillon est proportionnelle à la quantité de thiosulfate nécessaire pour faire passer la solution du bleu à l’incolore.

Maintenant que nous connaissons les principes de la mesure de l’oxygène dissous dans les échantillons d’eau, voyons comment cela se fait sur le terrain et en laboratoire.

L’expérience débutera sur le site de collecte. Tout d’abord, prélevez l’échantillon d’eau dans une bouteille transparente de 300 ml de DBO. Ensuite, mesurez et enregistrez la température de l’eau de la source d’eau. Ajoutez délicatement 2 mL de sulfate de manganèse à l’échantillon en insérant la pointe de la pipette sous la surface de l’eau et distribuez lentement pour éviter de créer des bulles.

En utilisant la même technique, ajoutez 2 ml de réactif alcalin iodé-azoté et insérez immédiatement le bouchon, en inclinant légèrement la bouteille pour qu’aucun air ne soit emprisonné dans la bouteille.

Retournez soigneusement plusieurs fois pour mélanger la solution, en prenant soin de ne pas créer de bulles d’air. Un précipité se formera, provoquant un aspect trouble. Laissez le précipité dans la solution se déposer, puis mélangez soigneusement en retournant le flacon plusieurs fois avant de le laisser se déverser à nouveau. Les échantillons doivent être scellés à l’aide d’une petite quantité d’eau désionisée versée autour du bouchon, puis enveloppés dans du papier d’aluminium et fixés avec un élastique. L’échantillon est maintenant fixé et peut être ramené au laboratoire.

Une fois les échantillons fixés, ils sont transportés au laboratoire pour une analyse plus approfondie. Tout d’abord, en tenant la pointe de la pipette juste au-dessus de la surface de l’échantillon, ajoutez 2 ml d’acide sulfurique concentré dans l’échantillon. Retournez plusieurs fois pour dissoudre le précipité. À l’aide d’un flacon en verre et d’une pipette calibrée, titrer 200 mL de l’eau de l’échantillon prétraitée avec 0,025 N de thiosulfate de sodium normalisé, en remuant et en mélangeant continuellement jusqu’à ce qu’une couleur paille pâle se forme.

Une fois que la solution est de couleur paille, ajoutez 2 gouttelettes de 1 ml de solution indicatrice d’amidon et mélangez. La solution deviendra bleue. Continuez le titrage en ajoutant une goutte de thiosulfate de sodium à la fois et en mélangeant lentement à l’aide d’un agitateur jusqu’à ce que le bleu se dissipe et que la solution devienne incolore. Tenez l’échantillon contre une feuille de papier blanc pour améliorer la visualisation. Noter le volume de thiosulfate ajouté.

La concentration d’oxygène dissous est proportionnelle au volume de thiosulfate de sodium ajouté à l’échantillon. Chaque millilitre ajouté équivaut à 1 mg/L, ou parties par million, d’oxygène dissous.

La quantité maximale d’oxygène qui peut être dissoute dans l’eau varie en fonction de la température de l’eau. Les mesures de l’oxygène dissous en mg/L sont converties en pourcentage de saturation à l’aide de la température de l’eau et d’un tableau de conversion. Une saturation de 91 à 110 % d’oxygène dissous est considérée comme excellente ; Entre 71 et 90 % est bon, 51-70 % est passable et inférieur à 50 % est mauvais.

Des concentrations d’oxygène dissous de 6 mg/L sont suffisantes pour soutenir la plupart des espèces aquatiques. Des concentrations inférieures à 4 mg/L sont stressantes pour la majorité des animaux aquatiques, de sorte que la biodiversité sera affectée. L’eau contenant moins de 2 mg/L d’oxygène dissous ne favorise pas la vie aquatique aérobie.

La capacité de quantifier la quantité d’oxygène dissous dans une source d’eau fait également l’objet de méthodes alternatives et de nombreuses applications pratiques pertinentes. Certains d’entre eux sont explorés ici.

L’oxygène dissous et la température peuvent également être mesurés à l’aide d’un moniteur LabQuest portable équipé de sondes d’oxygène dissous et de température. Pour l’oxygène dissous, branchez la sonde sur le canal 1. Les unités doivent être exprimées en mg/L. Immergez la sonde dans l’échantillon d’eau, en faisant circuler lentement la sonde dans l’échantillon pour éviter de consommer de l’oxygène dans une zone localisée. Lorsque les lectures semblent se stabiliser, notez la valeur.

La plupart des poissons ont besoin de niveaux modérés à bons d’oxygène dissous dans leur habitat pour prospérer et se reproduire. Pour les fermes piscicoles, qui peuvent occuper des lacs ou des cours d’eau artificiels ou naturels, la possibilité de tester les niveaux d’oxygène dissous peut aider les gestionnaires de fermes à choisir un bon site d’installation initiale ou à suivre la santé de leurs mares ou ruisseaux.

La surveillance de l’oxygène dissous peut également être utile pour la gestion et la conservation de l’habitat. Si une région lacustre ou fluviale abrite une flore ou une faune protégée ou menacée, la surveillance des niveaux d’oxygène dissous peut donner une indication de la santé de l’écosystème. Si les niveaux changent rapidement, cela pourrait indiquer un danger pour l’espèce protégée et pourrait indiquer qu’une stratégie d’intervention de gestion devrait être mise en œuvre.

L’Agence de protection de l’environnement des États-Unis, l’EPA, suggère un certain nombre de mesures pour corriger les niveaux d’oxygène dissous dans les écosystèmes. Il s’agit notamment de l’utilisation correcte et minimale d’engrais, d’un traitement adéquat des eaux usées, de l’absence de décharge des eaux usées des bateaux et de la préservation des rivières, des ruisseaux et des zones humides adjacents. Réduire les oxydes d’azote en minimisant l’utilisation de l’électricité et de l’automobile et en choisissant des moteurs de bateau plus efficaces peut également aider à maintenir des niveaux appropriés d’oxygène dissous dans les ressources en eau.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE à la mesure de l’oxygène dissous dans les eaux de surface. Vous devez maintenant comprendre les principes qui sous-tendent la mesure de l’oxygène dissous, comment quantifier l’oxygène dissous dans vos propres échantillons d’eau et comment interpréter vos résultats et leurs implications pour l’environnement. Merci d’avoir regardé !