Guide de l’eau pure et ultra pure

VEOLIA WATER STI

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SOMMAIREPAGES

1 Introduction 3

2 Méthodes de purification d’eau 5

3 Qualitésd’eau purifiée 13

4 Surveillance de la puretéde l’eau purifiée 13

5 Normes de puretéde l’eau 15

6 Tendances de la chimieclinique 17

7 Effets des impuretésdans l’eau pure 17

8 Purification de l’eau etconception des systèmes 19

9 Entretien des systèmes 20

10 Applications de l’eau pure 20

11 L’eau pure :conseils pratiques 27

12 Glossaire 28

Fondée en 1936, ELGA LabWater,filiale de Veolia Water STI, est uneentreprise européenne qui a pourvocation de fournir aux laboratoiresdes systèmes de purification d’eau.

Du lavage de verrerie à la biologiemoléculaire, quels que soient lesniveaux de pureté exigés et levolume d’eau purifiée nécessaire,Elga s’engage à fournir la techno -logie et le service demandés.

Il n’existe pas une technologie idéalemais plusieurs telles l’échange d’ions,l’osmose, l’adsorption, la photo-oxydation,… qui répondent techni -quement et économiquement àchaque besoin en eau de laboratoire.Elga LabWater combine ingénieu -sement ces technologies pourconcevoir des installations écono -miques, pratiques et simplesd’utilisation, offrant de l’eau à hautniveau de pureté.

1 Introduction

Alors que le particulier qualifie l’eau durobinet comme "pure", le scientifiquedans son laboratoire et l’industriel sur sachaîne de production, la jugerontcomme extrêmement contaminée.

Les expériences de biotechnologie sontparticulièrement sensibles aux espècesbiologiquement actives, telles que lesendotoxines, la RNase et la DNase, les métaux de transition et les composésorganiques dissous. La chromatographieliquide à haute performance (HPLC) a besoin d’eau ultrapure, avec unecontamination organique très faible,principalement comme composantéluant. Naturellement, les travauxd’analyse des traces nécessitent une eauexempte des composés à mesurer, maisaussi de toute interférence potentielle.

Il a donc été nécessaire de développerdes technologies pouvant répondre auxexigences de pureté des chercheurs etdes industriels.

Les systèmes Veolia Water STI produisentdifférentes qualités d'eau adaptées auxnouvelles techniques analytiques, auxbiotechnologies et à de nombreusesautres applications industrielles.

La production d’eau potable

L’eau pure utilisée dans les labora -toires est habituellement produite surplace à partir d’une eau potable issue dutraitement des sources d’eau naturelle.

Pour l’eau potable, l’exigence généraleest d’obtenir une eau de boissonconforme à la réglementation et ayantune clarté, un goût et une odeuracceptables. L’eau naturelle est captéedans les sources terrestres telles queles retenues, dans les fleuves ou dansles nappes souterraines, et l’eaupotable découle d’une série detraitements qui varient selon la sourced’eau, la réglementation locale etnationale et le choix des technologies.Une approche de ces traitements estdécrite ici.

Après avoir traversé une série de filtrespour éliminer les débris, l’eau estmélangée avec de l’ozone dans desbassins de mélange, pour oxyder lespesticides et herbicides, et détruire lesbactéries et algues. L’ozone en excès estdétruit, l’eau est ensuite clarifiée pour

éliminer les matières en suspension quisont récupérées sous la forme d’ungâteau de boues. Un floculant tel que lepolychlorure d’aluminium peut y êtreajouté pour faciliter ce processus.Un piège à sable gravitaire ou unenouvelle ozonation peuvent égalementêtre mis en œuvre avant l’étape defiltration au Charbon Actif en Granulés(CAG) qui piège les solides et la matièreorganique. Enfin, on ajoute du chlorepour éliminer les bactéries restantes.Un peu de chlore est laissé dans l’eaupour maintenir des niveaux de bactériesfaibles. On fait de plus en plus appel àune étape supplémentaire d’ultra -filtration pour éliminer le cryptos -poridium.

Impuretés dans l’eau potable

La capacité unique de l’eau à dissoudre,dans une certaine mesure, n’importequel composé chimique et à soutenirpratiquement toutes les formes de viesignifie que l’eau potable disponiblecontient de nombreuses substances ensolution ou en suspension.

Variations de la qualité de l’eau bruteContrairement aux autres matièrespremières, la pureté de l’eau potablevarie significativement, à la fois d’unerégion géographique à l’autre maisaussi selon les saisons. Par exemple,l’eau extraite d'une source de surfaceterrestre, présente habituellementune faible teneur en sels dissous etest relativement douce, elle possèdecependant une forte concentrationde contamina tion organique, pourune bonne part colloïdale. Par contre,l’eau provenant d’une sourcesouterraine présente généralementun niveau élevé de sels et de dureté,mais une faible teneur organique.Les sources fluviales sont de qualitéintermé diaire mais contiennentaussi souvent des produits desactivités industrielles, agricoles etdomes tiques.

Les variations saisonnières dans laqualité de l’eau apparaissent surtoutdans les eaux de surface. Durant lesmois d’automne et d’hiver, lesfeuilles mortes et les végétaux endécomposition libèrent de grandesquantités de matières organiquesdans les cours d’eau, lacs et retenues.

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Il en résulte que la contaminationorganique des eaux de surface atteintun pic en hiver et tombe à une valeurminimale en été. Par contre les eauxsouterraines sont beaucoup moinsaffectées par les saisons.

La qualité ainsi que les caractéristiquesde l’alimentation en eau potable ont unimpact important sur la technique depurification nécessaire pour produirede l’eau purifiée.

Particules en suspensionLa matière en suspension comprend leslimons, les débris de tuyauterie etles colloïdes. Les particules colloïdales,qui peuvent être organiques ouinorganiques, sont à l’origine d’une eautrouble, ou de la turbidité de l’eau.

Les particules en suspension peuventcolmater les membranes d’osmoseinverse et obstruer les colonnesanalytiques de fin diamètre, ou encoregêner le fonctionnement des robinetset compteurs.

Composés inorganiquesdissousLes substances inorganiques sont lesprincipales impuretés de l’eau. Elles apparaissent sous forme de :

• Sels de calcium et de magnésium quiprovoquent une dureté “temporaire”ou “permanente”,

• Dioxyde de carbone, qui se dissoutdans l’eau pour donner un acidefaible, l’acide carbonique,

• Sels de sodium,• Silicates lessivés des lits de cours

d’eau sableux,• Composés de fer ferreux et ferrique

dérivés de minéraux ou de canalisa -tions en fer rouillées,

• Chlorures des intrusions salines,• Aluminium des produits chimiques de

dosage et des minéraux,• Phosphates des détergents,• Nitrates des engrais.

Composés organiquesdissousLes impuretés organiques de l’eauproviennent :• de la décomposition de la matière

végétale, principalement les acideshumique et fulvique,

• de l’agriculture, • de la fabrication du papier,

• des déchets domestiques etindustriels.

Ces sont les détergents, les graisses, leshuiles, les solvants et les résidus depesticides et d’herbicides. En outre, lesmatières organiques en phase aqueusepeuvent inclure des composés lessivésdes canalisations, des réservoirs et desproduits de purification.

Micro-organismesLes principaux micro-organismes quiposent problème pour les systèmes depurification de l’eau sont les bactéries.Un niveau bactérien classique pour unealimentation en eau potable delaboratoire est de dix Unités FormantColonie par millilitre (UFC/ml), voiremoins. Les bactéries sont en généralmaintenues à ces faibles niveaux parl'emploi de teneurs résiduelles dechlore ou autres désinfectants. Une foisque les désinfectants sont éliminés lorsde la purification, les bactéries ont alorsla possibilité de proliférer.

Gaz dissousL’eau potable est en équilibre avec l’airet contient donc de l’oxygène et dudioxyde de carbone dissous. Ledioxyde de carbone se comportecomme un acide faible et consommela capacité des résines échangeusesd’anions. L’oxygène dissous ne posehabituellement problème que lorsquela formation de bulles est gênante.Dans les applications où l’eau purifiéeest utilisée dans des récipientsouverts, l’équilibre avec les gaz de l’airse rétablit rapidement.

Mesure des impuretés dans l’eau potableAvant de concevoir ou d’acquérir unsystème de purifi cation d’eau, il estnécessaire de disposer d’informationssur la composition de l’eau d’alimen -tation, habituellement l’eau potablelocale. On peut généralement obtenirces données auprès du service deseaux régional ; mais, une analysede l’eau indiquera aussi ces infor -mations.

La capacité de l’eau à colmater lesfiltres peut être estimée à l’aided’un test de détermination de l'indice decolmatage (FI) ou, de manière moinsfiable, à partir de la turbidité. Un largeéventail de méthodes est disponiblepour déterminer les composantsinorganiques. Les méthodes dechromatographie par échange d’ions,

de spectrométrie de masse à plasmainduit ou de spectrophotométrie sontsouvent utilisées. La conductivitéélectrique fournit une indicationdes problèmes potentiels. Lescomposés organiques peuvent êtredéterminés individuellement, parexemple par chromatographie, alors quela mesure du Carbone Organique Total(COT) pourra fournir une indicationglobale de la teneur en composésorganiques. La numération des germesviables totaux ainsi que celle des espècesindividuelles peut être mesurée parfiltration ou inoculation et incubationdans un milieu de culture adapté.

Les Matières Totales Dissoutes (MTD)sont le résidu en ppm obtenu par laméthode traditionnelle d’évaporationd’un échantillon d’eau (par ébullition à180ºC). La plus grande proportion desrésidus est de loin représentée par lessels inorganiques et on utilise les MTDcomme indicateur du niveau total decomposés inorganiques présents. Onpeut le mesurer directement oul’estimer en multipliant la conductivitéde l’eau en μS/cm à 25ºC par 0,7.

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• veiller à ce que le moins de bactériessoient présentes dans l’eau produite

• éliminer les bactéries présentesdans l’eau d’alimentation

• empêcher les bactéries de pénétrerdans le système et de le re-conta -miner

• inhiber la croissance des bactériesdans le système, par conception etpar désinfection périodique

Prétraitement

Filtres micropores enprofondeur

Les filtres micropores en profondeurdressent une barrière physique aupassage des particules, et sontcaractérisés par des classes nominalesde taille de particules. Les filtres enprofondeur sont composés d’une fibrefeutrée ou d’un matériau comprimépour former une matrice qui va retenirles particules par adsorption oupiégeage aléatoire. La plupart des eauxbrutes contiennent des colloïdes,lesquels présentent une légère chargenégative (mesurée par le potentielZeta). On peut améliorer lesperformances du filtre en utilisant desmicrofiltres dotés d’une surfacemodifiée qui va attirer et retenir cescolloïdes d’origine naturelle, en généralbien plus petits que la taille des poresde la membrane.

Solution économique la plus utilisée,les filtres en profondeur (en général de1 à 50 μm) éliminent le maximum desolides en suspension, protégeant ainsiles technologies de purificationssuivantes de l’encrassement et ducolmatage. On les remplace périodi -quement.

Charbon Actif (CA) Le charbon actif est utilisé enprétraitement pour éliminer le chlore etla chloramine de l’eau d’alimentation,de façon à ce qu’ils n’endommagentpas les membranes filtrantes et lesrésines échangeuses d'ions.

L’essentiel du charbon actif est produitpar “activation” du charbon de bois denoix de coco, ou de charbon fossile,par grillage entre 800 et 1000°C enprésence de vapeur d’eau et de CO2.Le lavage acide élimine une bonnepart des oxydes résiduels et autresmatières solubles. Le charbon actifutilisé dans le traitement d’eau présentehabituellement des tailles de poresallant de 500 à 1000 nm pour unesurface d’environ 1000 mètres carrés pargramme. Le charbon s’utilise sous laforme de granulés ou de cartouchesmoulues et encapsulées qui produisentmoins de particules fines.

Le charbon actif réagit chimiquementavec 2 à 4 fois son poids de chlore, pourproduire des chlorures. Cette réaction esttrès rapide et de petits filtres à charbonpeuvent éliminer efficacement le chlorede l’eau. La décomposition de lachloramine par le charbon est uneréaction catalytique relativement lentequi produit de l’ammoniac, de l’azote etdes chlorures ; de plus grands volumesde charbon sont nécessaires. Lecolmatage organique peut réduirel’efficacité du charbon et dépend del’alimentation en eau locale. Cecisera pris en considération lors dudimensionnement des unités decharbon.

La grande surface et la forte porosité descharbons actifs ainsi que la matièrequ’ils piègent en font un gîte pourles micro-organismes. Il est possibled’atténuer partiellement leur croissancepar l’ajout au charbon de biocidesinsolubles, tels que l’argent. Les litsde charbon actif doivent êtrechangés régulièrement pour limiterl’accumulation des bactéries.

Principales technologiesde purification

Osmose Inverse (OI) Les membranes OI sont employéespour éliminer les contaminants d’undiamètre nominal inférieur à 1 nm.L’osmose inverse élimine en général plus

2 Méthodes de purification d’eau

Purifier suffisamment l’eau potable pourl’utiliser dans les laboratoires nécessitehabituellement une série d'étapes depurification. L’objectif général estd’éliminer les impuretés de l’eaud’alimentation tout en limitant lacontamination rapportée par lescomposants du système de purificationet par la colonisation bactérienne.La conception du système et lasélection des composants sontessentiels pour réussir.

Le choix des étapes initiales d’unsystème de purification va dépendredes caractéristiques de l’eau d’alimen -tation. Le but principal du prétrai -tement est de réduire les dégâts sur lescomposants. Ces étapes assurent lefonction nement du système depurification de l’eau et permettent dediminuer les coûts en évitant leremplacement trop fréquent descomposants les plus onéreux.

BactériesLes micro-organismes et leurs produitssont un défi particulier. Les micro-organismes peuvent pénétrer dans unsystème de purification d’eau nonprotégé à partir de l’eau d’alimentation,par n’importe quelle ouverture ducircuit ou par le point d’utilisation. Ils sedéveloppent alors sous la forme defilms biologiques sur toutes lessurfaces mouillées des composants depurification d’eau, y compris lesréservoirs de stockage et la plomberiedu réseau de distribution. Un filmbiologique est une couche composéeessentiellement de glycoprotéines etd’hétéropolysaccharides, dans lesquelsles bactéries peuvent se multipliermême si la concentration ennutriments de l’eau est très faible, etcette couche protège les organismes dutraitement périodique avec desbiocides, qui ont principalement poureffet de détruire les micro-organismesplanctoniques (flottant librement). Lefilm biologique et les produitsdérivants de la croissance et dumétabolisme des micro-organismes(par ex. les endotoxines) sont toujoursdes contaminants potentiels de l’eau.

Un système de purification d’eauultrapure performant doit pouvoir :

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de 90% de la contamination ionique,l’essentiel de la contamination organi -que et presque toute la contaminationparticulaire de l’eau. L’élimination par OIdes contaminants non-ioniques avec lespoids moléculaires inférieurs à 100Dalton peut être faible. Elle augmenteavec des poids moléculaires plus élevés.En théorie, l’élimination sera complètepour les molécules dont le poidsmoléculaire dépasse 300 Dalton.

Il en est de même pour les particules, lescolloïdes et les micro-organismes. Lesgaz dissous ne sont pas éliminés.

Lors de l’osmose inverse, l’eaud’alimentation est poussée à traversla face d’entrée d’une membrane OIpar pompage sous pression (engénéral 4 à 15 bar, 60 à 220 psi) selonun écoulement tangentiel. Lesmembranes OI sont en généralconstituées d’une mince pellicule depolyamide. Elles sont stables sur unelarge plage de pH, mais elles peuventêtre endommagées par des agentsoxydants tels que le chlore présentdans l’eau de ville. Le prétraitementde l’eau d’alimentation avec desfiltres micropores en profondeur etdu charbon actif est habituellementnécessaire pour protéger lamembrane des grosses particules,des métaux de transition et duchlore libre. En général, 15 à 25% del’eau d’alimentation traversent lamembrane sous forme de perméatet le reste quitte la membranesous forme de concentrat contenant

la plupart des sels, l’essentieldes composés organiques, etpratiquement toutes les particules. Lerapport du volume de perméat sur levolume de l’eau d’alimentation estappelé "le taux de conversion".Exploiter un système d’OI avec unfaible taux de conversion va réduire lecolmatage de la membrane,en particulier le colmatage dû à laprécipitation des sels à faiblesolubilité. Cependant, des récupé -rations allant jusqu’à 75% sontpossibles, en fonction de la qualité del’eau d’alimentation et de l’utilisationd’un prétraitement par filtration etadoucissement.

On surveille en général lesperformances de la composante OI d’un

système depurification de l’eauen mesurant lepourcentage derejet ionique, c'est-à-dire la différenceentre les conducti -vités de l’alimenta -tion et du perméat,divisée par laconductivité del’alimentation etexprimée en %. Les

ALIMENTATION PRODUIT

MEMBRANE OI ECHANGE D’IONS

PRODUIT DE L’OI

Ions <5%Faible PMComposés organiquesN2, O2, CO2

Ions <0.0001%Faible PMComposés organiquesN2, O2

IonsParticulesComposés organiquesMicro-organismesGaz

REJET

Ions >95%Composés organiquesParticulesMicro-organismes

Purification par OI suivie d’un échange d’ions

Module OI spiralé

Perméat

Intercalaire de produit

Membrane OI

Intercalaired’alimentation

Membrane OI

Eau d’alimentation

Concentrat

Eau d’alimentation

Perméat

taux de "rejet ionique" et de"conversion" vont varier avec l’eaud’alimentation, la pression d’entrée, latempérature de l’eau et l’état de lamembrane OI.

En raison de son exceptionnel résultatde purification, l’osmose inverse estune technologie très économique pourl’élimination de la grande majorité desimpuretés. Cependant, elle est limitéepar la vitesse de production relative -ment lente et, par conséquent, estutilisée pour remplir un réservoir avantutilisation ou avant une purifi cationultérieure. L’osmose inverse protège lesystème de l’encrassement dû auxcolloïdes et aux matières organiques.Elle est souvent suivie d’un échanged’ions ou d’une électrodéionisation.

Echange d’ions Les lits des résines échangeuses d’ionspeuvent éliminer efficacement lesespèces ionisées de l’eau en leséchangeant avec des ions H+ et OH-.Les résines échangeuses d’ions sontdes billes poreuses inférieures à1 mm constituées de polymèresinsolubles fortement réticulés avec ungrand nombre de sites d’échangesioniques forts. Les ions en solutionmigrent dans les billes ; là,en fonction deleurs densités relatives de charges(charge par volume hydraté), ils entrenten concurrence pour accéder aux sitesd’échange. Les billes sont soitcationiques, soit anioniques. Les résinescationiques fortes sont des dérivésd’acide polysulfonique du polystyrèneréticulé avec du divinylbenzène.Les résines anioniques fortessont des dérivés d’hydroxydeb e n z y l t r i m é t h y l a m m o n i q u equater naire (type 1) ou d’hydroxydebenzyldiméthyléthylammoniquequaternaire (type 2) du polystyrèneréticulé avec du divinylbenzène.

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G u i d e d e l ’ e a u p u r e e t u l t r a p u r e

Les lits de résines échangeuses d’ions seprésentent sous forme de cartouches oude cylindres et sont en général utiliséspendant un certain temps avant d’êtreremplacés, lorsque les cations et anionsont remplacé la plupart des sitesactifs à H+ et OH- des résines.Les cylindres peuvent êtrea l i m e n t é s directement en eaupotable pour fournir de l’eau purifiée

à la demande. Ces cylindres sontrenvoyés vers une station de régéné -ration pour être rechargés lorsqu’ilssont épuisés, ou bien sont mis au rebut.On peut obtenir une plus grandepureté de l’eau et prolonger la durée de

vie des résines en prétraitant l’eaud’alimen tation par osmose inverseavant l’échange d’ions ; c’est l’approchela plus souvent utilisée pour lespurificateurs d'eau de laboratoire àhaut degré de pureté. Elle évite égale -ment de salir la surface de la résine parde grandes molécules organiques qui,en diminueraient la capacité.

La très grande surface des résineséchangeuses d’ions en fait un gîtepotentiel pour les micro-organismes etpeut conduire à la libération de fines derésines et de composés solubles. Pources raisons, il convient d’utiliser desrésines de bonne qualité et de garder lesvolumes des lits de résine les plus faiblespossibles. On installe en général desfiltres après les lits de résine pour piégerles fines et autres matières particulaires.L’accumulation de bactéries peut êtrelimitée par une recirculation fréquentede l’eau et par un remplacementrégulier des cartouches.

Au fur et à mesure que les lits d’échanged’ions s’épuisent, ils libèrent desimpulsions de contaminants qu’ils ontextrait de l’eau et accumulé.Les contaminants fortement liéspeuvent déplacer les contaminantsfaiblement liés ; il est donc probableque les premières impulsions decontaminants soient des substancesfaiblement ionisées qui auront peud’effet sur la résistivité de l’eau produite.Le module de surveillance de larésistivité peut ne pas détecter lalibération initiale de ces espècesfaiblement ionisées (composésorganiques chargés, silicates, borates).Cette situation est illustrée dans legraphique ci-dessus, qui représente lalibération de l’oxyde de silicium et descomposés organiques sous forme deCOT avant que la résistivité ne chute demanière détectable, au fur et à mesureque le lit d’échange d’ions commence às’épuiser.

La libération non détectée decontaminants ioniques faiblement liéspeut être empêchée par la surveillanceà étages multiples, qui fait appel à deuxlits identiques de résine échangeused’ions en série, avec une sonde derésistivité intercalée entre les deux. Aufur et à mesure que le premier lit(primaire) commence à s’épuiser, lesespèces ionisées faiblement liées sontfixées par le second lit (de polissage) etsont ainsi absentes dans l’eau produitefinale. La résistivité est mesurée aprèsle premier étage pour détecterl’épuisement du lit. Le second lit estalors basculé en première position,tandis que l'on installe un nouveau litdans la seconde position. Cettestratégie permet un usage rentable dela résine, parce qu’il n’est pas nécessaired'échanger le premier lit avant que larésistivité intermédiaire ne tombe au-dessous de 1 MΩ.cm à 25°C, ce que l’ondétermine facilement, tandis que lesecond lit aura conservé en théoriel’intégralité de sa capacité initialelorsqu’on le passera en premièreposition.

D’autres approches, moins efficaces,consistent notamment à remplacerles lits avant qu’ils ne s’épuisentou à utiliser des résines spécialiséesqui fixent très solidement les espècesfaiblement ionisées.

Avec un choix adapté de résines, deprétraitement et de conception dusystème, l’échange d’ions permetd’obtenir les plus bas niveaux decontaminations ioniques.Surveillance de la résistivité à plusieurs étages

Volume

18.5

15.5

15.0

16.5

16.0

17.5

17.0

18.0

Résistivité

Oxyde de silicium

COT

Rés

isti

vité

(M

Ω-c

m)

0

90

30

20

10

50

40

60

70

80

Co

ncen

trat

ion

(pp

b)

Libération de composés organiques et d’oxyde de siliciumd’une résine échangeuse d’ions arrivée à épuisement

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Electrodéionisation (EDI) L’électrodéionisation est une technologiequi associe des résines échangeusesd’ions et des membranes sélectivesd’ions avec un courant continu pour éliminer les espèces ionisées de l’eau. Elle

a été mise aupoint pour sur-monter leslimites deslits de résineséchangeusesd’ions, notam-ment la libéra-tion d’ions aufur et à mesureque les litss’épuisent, et lanécessité asso-ciée d'échanger

ou de régénérer ces résines.

L’eau traverse une ou plusieurs chambresremplies de résines échangeuses d’ionsmaintenues entre des membranessélectives aux cations ou aux anions. Lesions qui se lient aux résines échangeusesd’ions migrent vers une chambreséparée sous l’influence d’un champélectrique appliqué de l’extérieur, quiproduit également les H+ et OH-nécessaires pour maintenir les résinesdans leur état régénéré. Les ions de cettechambre séparée sont chassés vers leseaux usées.

Les lits d’échange d’ions des systèmesd’électrodésionisation (EDI) sontrégénérés de façon continue et ils nes’épuisent donc pas comme le font leslits d’échange d’ions exploités en modediscontinu. En général, les lits d’EDI sontégalement plus petits et restent actifsplus longtemps.

Les résines utilisées dans les systèmesd’EDI peuvent soit être des chambres

séparées de billes anioniques oucationiques, soit des couches dechaque type dans une chambreunique, soit un mélange intime debilles cationiques et anioniques.

Le procédé d’EDI de laboratoired’ELGA utilise des lits séparésde résines cationiques et anioniques,ainsi qu’un lit de résines mélangées.Les lits séparés de résines cationiqueset anioniques sont logés dans degrandes cellules qui assurent un fluxconductif des ions en transit. Lesavantages sont une plus grandesouplesse de conception et unesimplicité mécanique à l’échelle dulaboratoire. La résine contenue dansles cellules fournit un tampon contreles changements de qualité de l’eaud’alimentation. La qualité de l’eauproduite est ensuite encore amélioréepar le passage à travers un lit derésine mixte.

On utilise en général l’osmoseinverse avant l’EDI pour veiller à ceque le module d’EDI ne soit passurchargé par des niveaux élevés desels. Le petit volume de résines dansla colonne se traduit par une faibleperte de phase des moléculesorganiques. L’OI élimine environ95% des ions ; l’EDI élimineraenviron 95% des ions restants, ainsique le dioxyde de carbone et l’oxydede silicium.

En général, l’eau produite par EDI aune résistivité de 5 à 17 MΩ.cm(à 25°C) et une teneur en carboneorganique total inférieure à 20 ppb.Les niveaux bactériens sont réduitsparce que les conditions chimiques etélectriques à l’intérieur du systèmeinhibent la croissance des micro-organismes. L’EDI ne produiranormalement pas d’eau ultrapureavec une résistivité au-delà de 18,2MΩ.cm. Ceci s’obtient de la manièrela plus efficace avec un faible volumede résines échangeuses d’ions en avalde la colonne. Cette résine a très peud’ions à éliminer et aura une trèslongue durée de vie.

DistillationLa distillation sépare l’eau descontaminants en changeant l’état del’eau, d'une phase liquide vers unephase gazeuse puis de nouveau enphase liquide. Chacune de cestransitions offre une opportunité deséparer l’eau pure des contaminants.En principe, la distillation peut éliminertoutes les catégories de contaminants

de l’eau, à l’exception de ceux quiprésentent des tensions de vapeurproches de celle de l’eau et desazéotropes.

Les appareils de distillation delaboratoire ne permettent pas unepurification adéquate à partir de l’eaud’alimentation non traitée, en cas deprécipitation. Ces appareils sont doncle plus fréquemment alimentés eneau pré-purifiée par OI ou échanged’ions.

Les appareils de distillation delaboratoire fonctionnent en continu ;au fur et à mesure que l’eau de lachaudière est distillée, elle estremplacée par de l’eau d’alimen -tation. Une conception soignée estessentielle pour réduire le risque detransfert de contaminants moinsvolatils, par ex. par projection ou parentraînement superficiel ou dans lavapeur.

Les contaminants qui présentent destensions de vapeur supérieures à cellede l’eau sont éliminés à l’étage ducondenseur de l’appareil de distillation.Des condenseurs combinés (à étagesmultiples), équilibrant la vapeur et l’eauchaude en ébullition dans descompartiments multiples et spécia -lisés, sont nécessaires pour éliminerefficacement ces contaminants. Lacontamination par l’air ambiant(par ex. poussière, composés volatils,etc.) doit également être limitée.

Tout comme l’osmose inverse, ladistillation ne produit que lentementl’eau purifiée et le distillat doit êtrestocké pour une utilisation ultérieure.

Les appareils de distillation sont degros consommateurs d’énergie – ilfaut en général 1 kW d’électricité parlitre d’eau produite. Selon laconception de l’appareil dedistillation, l’eau distillée peut avoirune résistivité d’environ 1 MΩ.cm enraison du CO2 atmosphérique qui sedissout dans l’eau distillée. Ledistillat est stérile lorsqu’il vientd’être produit, mais il ne le reste passans un stockage très précau -tionneux.

Pour conserver la stérilité, on utilisedes bouteilles de stockage stériles etl’eau collectée est passée àl’autoclave, mais une fois labouteille ouverte, elle est exposéeaux bactéries et la contaminationcommence.

Exemple de technologie d’EDI

Eau ultrapure 10 à >15 MΩ.cm

Rinçage

Résine anion-iqueRésine cationique

Résine mixte

Alimentation Rinçage

Résine anionique Résine cationique

Résine mélangée

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G u i d e d e l ’ e a u p u r e e t u l t r a p u r e

Charbon actifLa deuxième application majeure ducharbon actif réside dansl’élimination des composés orga -niques de l’eau purifiée, souventdans le circuit de purification avantle lit d’échange d’ions final. Lecharbon actif capte les contami -nants de l’eau grâce aux forcesioniques et polaires et aux forces deVan der Waals, et par l’attractiontensioactive. Les lits de charbonactif sont susceptibles de libérerdans le flux d’eau des fines et descomposants solubles et de ne paséliminer tous les contaminantsorganiques dissous, mais leurutilisation peut produire uneréduction significative du COT. Pourcette application, on utilise parfoisune forme plus pure de charbonactif constituée de billes depolymères.

Filtres microporeuxLes filtres à tamis microporeuxfournissent une barrière physique aupassage des particules et des micro-organismes dans les systèmes d’eaupurifiée. Les filtres à tamis,caractérisés par des classes de tailleabsolue de particules, présententdes structures moléculaires uni -formes qui, comme un tamis,retiennent sur leur surface toutes lesparticules plus grandes que la taillecontrôlée des pores.

On utilise en général les filtres àtamis (0,05 à 0,22 μm) le plus prèspossible du point d’utilisation, pourpiéger les micro-organismes et lesfines particules.

Les filtres peuvent être nettoyés pouréliminer les particules piégées,notamment les micro-organismes ouleurs produits métaboliques, ainsi quela matière soluble. Un entretien adapté(désinfection régulière et rempla -cement périodique) est nécessaire pourmaintenir des niveaux de performanceoptimum.

Les filtres installés pour la première foisnécessitent un rinçage avant utilisationpour éliminer les contaminantssolubles.

Une membrane filtrante microporeuseest indispensable dans un système depurification de l’eau, à moins de laremplacer par un ultrafiltre.

UltrafiltresUltrafiltre (UF) est le terme employépour décrire une membrane filtrantequi élimine les particules aussi petitesque les macromolécules de protéines.Les pores vont en général de 1 à 50 nmet des membranes sous forme defibres creuses sont souvent utiliséespour obtenir des débits plus élevés.Les ultrafiltres sont caractérisés parl’efficacité avec laquelle ils réduisentla concentration des contaminantsconcernés à des niveaux acceptables.

Les ultrafiltres sont habituellementinstallés près de la sortie d’un systèmede purification de l’eau pour réduire laconcentration en micro-organismes eten grosses molécules organiques,notamment les nucléases etendotoxines. Les ultrafiltres doiventêtre régulièrement désinfectés ouremplacés pour garder leur efficacité.On peut installer les ultrafiltres defaçon traditionnelle, tout le flux d'eautraversant alors la membrane, ou en"cross flow" (flux tangentiel), où une

partie de l’eau d’entrée circule le long dela surface de la membrane pour réduirele colmatage en chassant lescontaminants.

L’ultrafiltration est une excellentetechnologie pour garantir une qualitéconstante de l’eau ultrapure parrapport aux particules, aux bactérieset aux pyrogènes.

Filtres d’éventOn installe souvent des filtresmicroporeux hydrophobes sur lesrécipients de stockage de l’eaucomme filtres d’évent, afind’empêcher les particules, dont lesbactéries, d’entrer dans l’eau stockée.En associant des propriétés absor -bantes et filtrantes, ces filtres d’éventcomposites (CVF) peuvent égalementlimiter la contamination en CO2 et encomposés organiques de l’eaustockée. Un remplacement régulierest essentiel pour conserverl’efficacité de ces filtres.

Performances des ultrafiltres (UF)

Concentration ConcentrationEchantillon en endotoxines (UI/ml) en bactéries (UFC/ml)

Défi 1000 2 x 107

Après UF – 1 <0,001 <0,01Après UF – 2 <0,001 <0,01Après UF – 3 <0,001 <0,01Après UF – 4 <0,001 <0,01Après UF – 5 <0,001 <0,01Réduction Log10 >6 >9

Technologies utilisées pour réguler les micro-organismes

Micro-organismes ��� ��� �� �* �* ���

Endotoxines � ��� �� ��* �* �

Légende

��� Excellente élimination � Elimination partielle�� Bonne élimination * Rendement initial élevé

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10

Contacteurs à membraneUn contacteur utilise une membranefiltrante hydrophobe pour éliminerles gaz (par ex. CO2, O2) de l’eau.L’eau est propulsée vers un côté de lamembrane, tandis qu’un balayaged’air aspire les gaz de l’autre côté.

La vitesse d’élimination d’une espècedépend de la perméabilité de lamembrane, de la surface de contact,de la durée de contact et de ladifférence de pression partielle depart et d’autre de la membrane.

Photo-oxydationLes radiations UV sont utiliséescomme bactéricide, et pourdécomposer et photo-oxyder lescontaminants organiques enespèces polaires ou ionisées pourpouvoir les éliminer ensuite paréchange d’ions. Les sources UV dessystèmes de purification d’eau delaboratoire sont des lampes àmercure à basse pression.

Le rayonnement d’une longueurd’onde de 254 nm possède la plusgrande action bactéricide, elleendommage la DNA et RNApolymérase, elle empêche laréplication à faibles doses ; desdoses plus élevées sont biocides.Les chambres et lampes UV doiventêtre conçues de manière à fournirun dosage suffisant d’UV pourinactiver les micro-organismes.

Le rayonnement aux longueursd’onde plus courtes (185 nm) estplus efficace pour l’oxydation descomposés organiques. Les UVcassent les grosses moléculesorganiques en composés ionisésplus petits, qui peuvent alors êtreéliminés en aval par un lit de résineéchangeuse d’ions à haut degré depureté. L’élimination préalable desions organiques par un échanged’ions initial optimise l’efficacité desUV.

Le rayonnement UV à 185 nm est unoxydant très efficace et constitueune composante essentielle de laproduction d’eau ultrapure avec lesplus bas niveaux de contaminantsorganiques.

Date

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un

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0.1

Cuve statique Branchement sur le circuit de recirculation

Longueur d’onde en nanomètres (nm)R

end

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lati

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ffic

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é

Ligne de rendement à 185 nm

Rendement de la lampe germicide à 253,7 nm

Autres lignes de rendements des lampes germicides

Courbe d’efficacité germicide avec un pic à 265 nm

Efficacité de la recirculation et de la re-purification de l’eau sur la contamination bactérienne

Rendement de la lampe germicide par rapport à l’efficacité germicide

Système de gestion commandépar un microprocesseuret moniteur de puretéde l’eau

Distribution d’eau ultrapure à 18,2 MΩ.cm (0.055μS/cm)

Filtre d’évent compositeinhibant la pénétrationd’impuretés aériennes

Recirculation de l’eau à travers le réservoir de la cuve compacted'accueil pour stocker l’eau etconserver sa qualité

Filtre à charbon actif

Membranes d’osmose inverse

Cartouche de purificationéchange d’ions plus matièreadsorbante

Module de photo-oxydation aux UV

11

G u i d e d e l ’ e a u p u r e e t u l t r a p u r e

Eau d’alimentation Après le filtre à charbon Après l’OI Après les UV Après l’échange

d’ions

Conductivité (μS/cm) 50 à 900 50 à 900 1 à 40 1 à 40 0,055

Calcium (mg/l) 20 à 150 20 à 150 0,4 à 5 0,4 à 5 <0,0001

Sodium (mg/l) 20 à 150 20 à 150 1 à 10 1 à 10 <0,0001

Fer (mg/l) 0,01 à 0,1 0,01 à 0,1 <0,01 <0,01 <0,0001

Bicarbonate (mg/l) 30 à 300 30 à 300 1 à 10 1 à 10 <0,0001

Chlorure (mg/l) 10 à 150 10 à 150 0,5 à 5 0,5 à 5 <0,0001

Sulfate (mg/l) 1 à 100 1 à 100 0,1 à 5 0,1 à 5 <0,0001

COT (mg/l) 0,2 à 5 0,1 to 2 0,05 à 0,2 <0,05 <0,01

Chlore libre (mg/l) 0,1 à 0.5 <0,1 <0,01 <0,01 <0,01

Bactéries (UFC/100ml) 10 à 1000 10 à 1000 10 à 100 <1 <1

Endotoxines (UI/ml) 1 à 100 1 à 100 <0,01 à 1 <0,01 à 1 <0,01

Turbidité 0,1 à 2 0,1 à 1 <0,01 <0,01 <0,01

Un système multi-technologies de purification de l’eau de laboratoire

L’élimination des impuretés, étape par étape

12

Conception du système

Les différentes technologies décritesprécédemment peuvent être combi -nées selon le niveau de purificationd’eau recherché.

Les systèmes de purifications néces -sitent un pré-traitement spécifi quepour éliminer les matières ensuspension, le chlore ou la chloramine,le calcium et le magnésium. Cetteétape est généralement suivie d'uneosmose inverse pour éliminer la quasi-totalité des matières inorga niques, descolloïdes, composés organiques et plusde 90% des ions.

L’eau ainsi produite est de qualitéprimaire, elle contient quelquescomposés organiques, ions, bactéries etdébris de cellules ainsi que la totalitédu dioxyde de carbone et des gazdissous.

Ces traitements initiaux n’offrent pasdes débits de production élevés, c’estpourquoi l’eau est stockée dans unréservoir. Ils peuvent être appliqués soitlocalement, soit dans une configurationplus importante avec un circuitfournissant en eau tout un bâtiment.

L’eau est ensuite à nouveau traitée avecun ou plusieurs procédés selon la puretérequise - échange d’ions et/ou EDI pouréliminer les ions, charbon actif ou autresmilieux absorbants pour éliminer lescomposés organiques, lumière UV poursupprimer les bactéries et/ou pouroxyder les composés organiquesrésiduels, microfiltration pour éliminerles particules et bactéries et ultra -filtration pour éliminer les endo toxines,protéases et nucléases. On peut associertout ces étapes ou une partie de cesétapes dans l’appareil d’osmose inverse,ou séparément dans un “polisseur”.

Le stockage et la distribution sont dessources potentielles de contamination,en particulier par les bactéries. Uneconception optimale et des systèmes

d’entretien appropriés sont nécessairespour limiter ces risques. Le choix desmatériaux de construction estégalement crucial. Les métaux autresque l’acier inoxydable sont à éviter. Ilexiste de nombreux plastiques à hautdegré de pureté, mais il convient deprendre des précautions pour éviter ceuxcomportant des filtres et additifs quipourraient contaminer l’eau. Lesréservoirs devront être protégés contrela pénétration de contaminants avec desfiltres d’évent composites adaptés. Onfait souvent recirculer l’eau purifiée demanière continue ou intermittente pourmaintenir la pureté.

Entretien du système depurification de l’eauDes procédures doivent être instauréespour l’entretien ou le remplacement descomposants du système de purificationde l’eau, afin de veiller à ce que l’eauproduite réponde en permanence auxprescriptions. La surveillance destendances des paramètres qui mesurentles caractéristiques de l’eau produitepermettent d’anticiper certainesinterventions d’entretien. La fréquencedes interventions d’entretien devra auminimum suivre les recommandationsdu fabricant.

La désinfection du système depurification et de distribution de l’eauest très importante et garantit lemaintien de la contamination micro -bienne dans les limites prescrites. Lafréquence de désinfection doit êtreadéquate pour maintenir les prescrip -tions de pureté. Elle est fondée surl’utilisation du système, sur les donnéesde tendance du contrôle régulier de laqualité et sur les recommandations dufabricant du système. Des solutions dechlore, l’acide peracétique et le peroxyde

TRAITEMENT PRIMAIRE

Stockage d’eau protégé (recirculation)

RÉSERVOIR POLISSEUR

Préfiltration

Charbon actif

Osmose inverse

Echange d’ions

EDI

Echange d’ions

Charbon actif

Photo-oxydation

Filtration

Recirculation

Combinaison de technologies

d’hydrogène sont souvent utiliséscomme désinfectants.

Validation et surveillance destendancesLa validation des systèmes depurification est de plus en plus courante.Grâce à la présentation de preuvesobjectives, elle confirme que lesexigences d’une utilisation ou d’uneapplication spécifique envisagée ont étésatisfaites.

Lorsque l’on effectue une validation,l’eau doit satisfaire aux besoins prévus etles prescriptions de pureté de l’eaudevront être intégrées dans uneprocédure pour le système depurification de l’eau proprement dit. Cecisert à démontrer la capacité du systèmeà fournir les volumes adéquats d’eaupurifiée aux caractéristiques stipulées,selon les détails du cahier des charges del'utilisateur.

Après la confirmation qu’une qualitéd’eau correspond aux normesrecherchées, il est essentiel de vérifierque l’eau continue à répondre auxexigences prescrites. La vérification descaractéristiques de pureté s’effectue enmesurant les paramètres adéquats selonla périodicité définie. Les donnéesdevront être suivies pour démontrer quel’eau a la qualité prescrite à un momentprécis et pour détecter la détériorationdes composants de purification avantque cette détérioration ne touchel’acceptabilité de l’eau. Il est importantde savoir que la détérioration d’unparamètre mesuré, tel que la résistivitéou le COT, peut indiquer la nécessité deprocéder à l’entretien du système avantque la valeur de ce paramètre neréponde plus aux prescriptions, et delancer un contrôle du système depurification de l’eau.

13

G u i d e d e l ’ e a u p u r e e t u l t r a p u r e

3 Qualités d’eau purifiée

ELGA LabWater différencie quatreclasses générales d’eau purifiéeutilisées dans les laboratoires :

Eau primaireL’eau de qualité primaire présente leniveau de pureté le plus bas et affichehabituellement une conductivité de 1 à50 μS/cm. Elle peut être produite par desimples résines échangeuses d’anionsfaiblement basiques, par osmose inverseou par simple distillation. Les applica -tions classiques de l’eau de classeprimaire sont le rinçage de la verrerie etl’alimentation des machines à laver.

Eau désioniséeL’eau désionisée a en général uneconductivité de 1 à 0,1 μS/cm (résistivitéde 1 à 10 MΩ.cm) et est produite par unéchange d’ions à lits mixtes utilisant desrésines échangeuses d’anions fortementbasiques. Elle peut avoir un niveaurelativement élevé et variable decontamination organique et bacté -rienne. Elle est utilisée pour bon nombred’applications, dont le rinçage, l’ajus -tement des étalons et réactifs analy -tiques d’usage général et la dilution deséchantillons.

Eau générale de laboratoire L’eau de qualité générale de laboratoireprésente non seulement un haut degréde pureté en termes d’ions, mais ausside faibles concentrations en composésorganiques et en micro-organismes.Une conductivité inférieure à 1 μS/cm(résistivité >1 MΩ.cm), une teneur enCarbone Organique Total (COT) demoins de 50 ppb et une numérationbactérienne inférieure à 1 UFC/ml enconstitueront une prescription classique.Cette qualité d’eau peut être utiliséepour une multiplicité d’applicationsallant de l'ajustement des réactifs et dessolutions tampons à la préparation demilieux nutritifs pour la culture decellules bactériennes et les étudesmicrobiologiques. L’eau de qualité delaboratoire peut être produite pardouble distillation ou par des systèmesde purification de l’eau incorporantl’osmose inverse et l’échange d’ions oul’EDI, éventuellement avec uneabsorption et un traitement UV.

4 Surveillance dela pureté de l’eau purifiée

Il est difficile de suivre toutes lesimpuretés potentielles dans l’eaupurifiée. Différentes approches sontutilisées pour les différents typesd’impuretés. Les principales techniquesen continu rapides sont la résistivité etle COT.

Conductivité / résistivitéLa conductivité électrolytique, κ, etsa réciproque, la résistivité, ρ,fournissent une précieuse indicationnon spécifique de la teneur en ionsde l’eau purifiée. Dans l’eau purifiée,la conductivité κ est le total descontributions des ions individuelsdans l’eau. Cela comprend les ions detoutes les impuretés ainsi que lesions Hydrogène et Hydroxyle issusde la très légère dissociation de l’eau.En raison de ces ions Hydrogène etHydroxyle, l’eau totalement pure aune conductivité de 0,055 μS/cm à25ºC (une résistivité de 18,2 MΩ.cm).

Eau ultrapureL’eau de qualité ultrapure est une eauqui s’approche des niveaux théoriquesde pureté en termes de résistivité, deteneur en composés organiques, deconcentration en particules et denombres de bactéries. Ce niveau depureté est obtenu en "polissant" l’eauqui a été pré-purifiée par échanged’ions, osmose inverse ou distillation.En général, l’eau ultrapure a unerésistivité de 18,2 MΩ.cm, un COT <10ppb de carbone, une filtration desparticules à 0,1 μm au plus et desnumérations bactériennes inférieuresà 1 UFC/ml. L’eau de qualité ultrapureest nécessaire pour toute une variétéde techniques analytiques sensiblestelles que la chromatographie liquide àhaute performance (HPLC) des traces,la chromatographie ionique (IC) et laspectrométrie de masse à plasmainduit (ICP-MS).

L’eau apyrogène ultrapure estnécessaire dans des applications tellesque la culture de cellules demammifères. L’ultrafiltration estutilisée pour éliminer tout niveausignificatif d’espèces biologiquementactives telles que les endotoxines (engénéral <0,005 UI/ml) et les nucléaseset protéases (non détectables).

Contrôle des impuretés

Impuretés Approche de contrôle

Ions Utilisation de l’OI, de l’échange d’ions,de l’EDI, sonde de résistivité en continu.

Composés organiques Utilisation de l’OI, du charbon, de la photo-oxydation aux UV, sonde de COT en continu.

Particules Utilisation d’un filtre absolu.Relevés ponctuels en continu, si nécessaire.

Bactéries Utilisation d’un microfiltre, UV et désinfection. Relevés en discontinu.

Endotoxines Utilisation d’un ultrafiltre, photo-oxydation aux UV. Relevés en discontinu.

Espèces bioactives Utilisation d’un ultrafiltre, photo-oxydation aux UV. Relevés en discontinu.

Gaz Dégazage au point d’utilisation. Relevésponctuels en continu, si nécessaire.

14

Pour un sel fortement ionisé, lavaleur de κ est approximativementproportionnelle à la concentrationdu sel en solution et aux mobilités,u+ et u-, de ses ions.

Les valeurs de u+ et u- dépendentégalement fortement de la viscositéde la solution, et donc de latempérature de l’eau. Pour bonnombre d’ions, le coefficient relatifde température de u est d’environ+2%/°C. Outre cette dépendance deu+ et u- envers la température, t, lavaleur de la constante d’équilibrepour la dissociation de l’eau, Ke,dépend également de la température.Il en résulte que la conductivité del’eau pure peut monter jusqu’à6%/°C. La pratique habituelle est decorriger automatiquement toutes lesvaleurs de conductivité et derésistivité à 25ºC ; cependant, l’USP(Pharmacopée Américaine) demandel'utilisation de valeurs non corrigées.

La conductivité s’exprime enmicroSiemens par centimètre (μS/cm)et est utilisée pour l’eau brute ou l’eau de qualité primaire. La résistivitéest la réciproque de la conductivité et elle constitue l’unité de choix pour l’eau purifiée. Elle s’exprime enméga Ohm. centimètre (MΩ.cm).

La résistivité et la conductivité semesurent facilement et rapidementà l’aide d’une cellule de conductivitéen continu (capteur) avec un câble etun compteur ou un afficheur etl'électronique associée, souvent dotéede la compensation de température.Le compteur relève la résistance, R,entre les électrodes de détection de lacellule de conductivité.

Les valeurs de conductivité inférieures à2 μS/cm doivent être mesurées encontinu, car l’eau à haut degré de puretéabsorbe rapidement les contaminantsde l’environnement, en particulier ledioxyde de carbone, ce qui provoqueune élévation de la conductivité.

Bien que la résistivité fournisse uneexcellente indication de la qualitéionique de l’eau à haut degré depureté, elle ne peut signaler laprésence ni la concentration desespèces chimiques non-ionisées, pasplus qu’elle n’est sensible auxconcentrations en ions inférieures auppb, en raison des équilibres avec lesions Hydrogène et Hydroxyle de l’eau.Lorsque ces niveaux sont critiques, ilpeut s’avérer nécessaire de mesurerces contaminants individuellement.La spectrométrie de masse à plasmainduit, la chromatographie ionique et laspectrométrie d’absorption atomique(AAS) à four au graphite sont lestechniques analytiques les pluscouramment utilisées.

Carbone organique total(COT)En raison de la variété et de lacomplexité potentielle des composésorganiques présents dans l’eau purifiée,il n’est pas réaliste de les mesurer tousde façon régulière. Un indicateur de lacontamination organique globale estnécessaire. Le plus utile s’est avéré êtrele COT. Les substances organiques d’unéchantillon sont oxydées et les produitsd’oxydation obtenus sont détectés.

Il existe une large gammed’analyseurs de COT, ceux qui oxydenttout le carbone en dioxyde decarbone et mesurent le CO2 demanière sélective, et ceux qui, soitoxydent partiellement les composésorganiques, en acides par exemple,soit oxydent totalement toutes lesespèces présentes et mesurent lechangement de conductivité dû àl’ensemble des espèces oxydées.Ce dernier relevé englobera parexemple les acides nitrique et

Valeurs classiques de conductivité

μS/cm

1mg/l NaCl 2,210mg/l NaCl 22,0100mg/l NaCl 220,01mg/l HCl 8,010mg/l CO2 4,0

Variations de la résistivité avec la température

Température Résistivité de l’eau pure Résistivité de 0.34 ng/g(oC) (MΩ.cm) de NaCl dans l’eau (MΩ.cm)

0 86,19 28,215 60,48 22,6610 43,43 18,3015 31,87 14,8720 23,85 12,1525 18,18 10,0030 14,09 8,2835 11,09 6,9040 8,85 5,7945 7,15 4,8950 5,85 4,15

Valeurs classiques de COT en ppb

Eau du réseau 500 – 5000*

Perméat d’OI 25 – 100

Eau DI 50 – 500

RO + DI 10 – 50

Eau polie 3 – 5

Eau polie avec UV à 185 nm <2

*(en général 1000 à 3000)

15

G u i d e d e l ’ e a u p u r e e t u l t r a p u r e

sulfurique issus de l’oxydation desatomes N et S. La première méthode esthabituellement utilisée en discontinupour montrer la conformité del’échantillon aux prescriptions de COT.La seconde est utilisée pour lasurveillance en continu. En raison desrisques de contamination, les mesuresen continu sont essentielles pour lesniveaux de COT inférieurs à 25 ppb, etrecommandées pour les niveauxinférieurs à 50 ppb.

Le rôle principal du COT est lasurveillance et le contrôle destendances. Dans la plupart des eaux,le COT ne peut être directement lié à laconcentration en molécules organiquesde l’eau car la quantité de carbonediffère selon les molécules.Par exemple, 100 ng/g (ppb) de carbonesont présents dans une solution de 131ng/g (ppb) de phénol ou de 990 ng/g(ppb) de chloroforme, parce que lephénol contient 76% de carbone enpoids tandis que le chloroformecontient 10% de carbone en poids.Les exigences de la surveillance du COTsont une réponse très rapide et unedisponibilité continue, avec unesensibilité et une précision suffisantes.

pHIl n’est pas conseillé de mesurer le pHde l’eau pure. Non seulement l’eau àhaut degré de pureté récupèrerapidement des contaminants quiaffectent son pH, mais elle possèdeégalement une faible conductance, cequi provoque une instabilité sur laplupart des pH-mètres. Heureusement,puisque la concentration des ionshydrogène dans l’eau affecte à la fois lepH et la résistivité, le pH doit se trouverentre certaines limites pour un relevéde résistivité donné. Par exemple, si larésistivité est de 10 MΩ.cm, le pH doitse trouver entre 6,6 et 7,6.

Surveillance des espècesbiologiquement activesLa technique habituelle de filtrationpar membrane est également utiliséepour l’eau purifiée. L’échantillon passeà travers un compartiment stériledoté d’un filtre stérile de 0,22 μm.Les bactéries présentes dansl’échantillon sont piégées. Le filtre estensuite placé, face haute, à la surfaced’un milieu faiblement nutritif, etétuvé. Les nutriments du milieudiffusent à travers le filtre, ce quipermet la croissance des colonies.On les dénombre en général après 5

jours. Avec un délai aussi long avantl’obtention des résultats, il estessentiel d’effectuer des numérationsbactériennes régulières pour indiquerl’acceptabilité bactérienne à longterme.

La microscopie par épifluorescence d’unéchantillon filtré, après coloration, peutêtre utilisée pour détecter rapidementles micro-organismes et faire ladistinction entre ceux qui sont vivantset ceux qui sont morts ; ceci s’avère utilelorsqu’une action corrective rapide estindiquée. Il est probable que lesnumérations par épifluorescencediffèrent considérablement de cellesobtenues par dénombrement surplaque, parce que les micro-organismesqui colonisent les systèmes depurification de l’eau de laboratoire sedéveloppent lentement ou peu sur lemilieu de culture.

Les endotoxines sont deslipopolysaccharides présents dans laparoi cellulaire des bactéries gram-négatives. Ce sont des toxinesen cas d’injection et ont des effetsnéfastes dans bon nombre deprocédures de biologie moléculaire.Les tests classiques d’activitéeffectués sur lysat d’amibocytes delimule sont utilisés pour mesurer lesniveaux d’endotoxines.

De même, d’autres espècesbiologiquement actives telles queRNase, DNase et protéases peuventprovoquer de sévères interférencesavec de nombreuses techniques debiologie moléculaire. Divers tests enkit ou autres sont disponibles pourdétecter ces espèces en discontinu.

5 Normes de pureté de l’eau

L’eau purifiée est utilisée parl’ensemble des industries etdes organismes scientifiques.Par conséquent, les autoritésinternationales et nationales denormalisation ont établi des normesde qualité de l’eau pour les typesgénéraux d’applications :• L’Organisation Internationale de

Normalisation (ISO)• La Société Américaine des Essais et

Matériaux (ASTM)

D’autres organismes représentatifs ontdéfini des critères concernant leursdomaines particuliers. Les plusimportants parmi ces organismes sont :

• L’Institut des Normes des LaboratoiresHospitaliers (CLSI), anciennementComité National pour les Normes deslaboratoires Hospitaliers (NCCLS)

• Les Pharmacopées, notamment lesnormes USP, EP et JP. Les normes présentées dans cechapitre sont un résumé exact aumoment de la mise sous presse. Lesnormes sont régulièrementrévisées et mises à jour et lesutilisateurs devront se reporter à ladernière version des normescomplètes.

Clinical Laboratory ReagentWater (CLRW)Eau d’alimentation desautomates de biochimieDes paramètres doivent être respectéslors de la sortie d’eau du système depurification en vue de son stockage oude son utilisation. Les spécificationspermettent de surveiller et garantirl’adéquation entre l’eau purifiée etl’utilisation prévue pour les procéduresde test du laboratoire. L’eau obtenuedoit obligatoirement répondre auxspécifications en matière d’impuretéset les paramètres doivent êtrerégulièrement contrôlés pour détectertout signe de détérioration duprocessus de purification de l'eau.

Les directives du CLSI soulignent queles normes définies ne sont que desindicateurs de ce que doit être unniveau acceptable d’eau pure. Ilincombe au fabricant de l’analyseur degarantir, une qualité ou unespécification particulière de l’eau pourune application chimique spécifique.Compte tenu du changement possiblede produit chimique et de l’entréeéventuelle de nouveaux paramètres, ilconvient de fournir la meilleure qualitéd’eau possible pour toutes lesapplications. Pour certains produitschimiques, des impuretés spécifiquesdoivent être mises en évidence s’ils’avère qu’elles affectent les résultats.

Spécifications de l’eauCLRWImpuretés ioniques : – Résistivité > 10 MΩ.cmImpuretés organiques :– COT < 500 ppb

16

Prescriptions de l’Organisation internationale de normalisationpour l’eau destinée aux laboratoires ISO 3696 : 1995Paramètre Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3

Gamme de valeurs du pH à 25ºC Sans objet Sans objet 5 à 7,5

Conductivité électrique maxi., μS/cm à 25ºC 0,1 1 5

Teneur maxi. en oxygène (O2) de la matière oxydable, mg/l Sans objet 0,08 0,4

Absorbance maxi. à 254 nm et sur une longueur de cheminoptique de 1 cm, unités d’absorbance 0,001 0,01 Non précisé

Résidu maxi. après évaporation à 110ºC, mg/kg Sans objet 1 2

Teneur maxi. en oxyde de silicium (SiO2), mg/l 0,01 0,02 Non précisé

Société américaine d’essais et matériaux (ASTM) D1193-99 Normalisation de la qualité de l’eau des réactifsCes prescriptions couvrent les exigences concernant l’eau adaptée à une utilisationdans diverses méthodes d’analyse chimique et de mesures physiques, le choixd’une des diverses qualités étant désigné par la méthode utilisée par le chercheur.

Type I* Type II** Type III*** Type IV

Conductivité électrique maxi, (μS/cm à 25ºC) 0,056 1 0,25 5

Résistivité électrique mini, (MΩ.cm à 25ºC) 18 1 4 0,2

pH à 25ºC - - - 5 - 8

COT maxi, (mg/l) 50 50 200 Illimité

Sodium maxi . (μg/l) 1 5 10 50

Oxyde de silicium maxi. (μg/l) 3 3 500 Illimité

Chlorure maxi. (μg/l) 1 5 10 50

Légende :* Nécessite l’emploi d’une membrane filtrante de 0,2 μm** Préparé par distillation*** Nécessite l’emploi d’une membrane filtrante de 0,45 μm

S’il est nécessaire de contrôler les concentrations en bactéries, les types de qualitédes réactifs devront en outre être classifiés comme suit :

Type A Type B Type C

Numération bactérienne totale maxi. UFC/100 ml 1 10 1000

Endotoxines maxi. UI/ml 0,03 0,25 -

Institut des normes des laboratoires hospitaliers (CLSI) (1997)

Type I Type II Type III

Bactéries (UFC/ml) maxi 10 1000 Non précisé

pH Non précisé Non précisé 5 - 8

Résistivité (MΩ.cm à 25ºC) mini 10 1 0,1

SiO2 mg/l max. 0,05 0,1 1

Matière particulaire Filtre 0,2 μm Non précisé Non précisé

Contaminants organiques Charbon actif, Non précisé Non précisédistillationou osmose

inverse

Impuretés microbiologiques : – Numération sur plaque des colonieshétérotrophes totales < 10 UFC/ml* Teneur en particules : – Filtre en ligne 0,2 μm ou plus fin prèsde la sortie

*épifluorescence et test desendotoxines en option pour fournir desinformations supplémentaires

Eau d’alimentation de bainmarieL’eau d’alimentation d’instrument estutilisée pour le rinçage interne, ladilution et les fonctions de bain-mariedes instruments automatisés. Elle doitêtre conforme aux spécifications dufabricant de l’instrument, même s’ils’agit d’une eau CLRW.

Prescriptions de l’Organisationinternationale denormalisation pour l’eaudestinée aux laboratoires ISO3696 : 1987Cette norme couvre les trois catégoriesd’eau suivantes :

Type 1Pour l’essentiel exempte de contami -nants organiques et ioniques dissous oucolloïdaux. Elle convient aux exigencesanalytiques les plus contraignantes,notamment celles de la chromato -graphie liquide à haute performance(HPLC). Elle devra être produite partraitement complémentaire de l’eau decatégorie 2, par exemple par osmoseinverse ou échange d’ions suivis d’unefiltration à travers une membranefiltrante d’une taille de pores de 0,2 μm,pour éliminer la matière particulaire, oud’une redistillation à partir d’un appareilà silice fondue.

Type 2Très faible teneur en contaminantsinorganiques, organiques ou colloïdaux,adaptée aux besoins analytiquessensibles, notamment la spectrométried’absorption atomique (AAS) et ladétermination de constituants à l’étatde traces. Elle peut être produite pardistillation multiple, échange d’ions ouosmose inverse suivis d’une distillation.

Type 3Adaptée à la plupart des travaux dechimie par voie humide delaboratoire et à la préparation dessolutions de réactifs. Elle peut êtreproduite par simple distillation,échange d’ions ou osmose inverse.Sauf prescription contraire, elledevra être utilisée pour les travauxanalytiques ordinaires.

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G u i d e d e l ’ e a u p u r e e t u l t r a p u r e

Normes des pharmacopéesDes pharmacopées distinctes sontétablies par un certain nombred’autorités, notamment aux Etats-Unis,en Europe et au Japon. Chacune d’elleprescrit des matériaux, dont l’eau, àutiliser dans les travaux médicaux.Les normes concernant l’eau purifiéesont similaires dans chaque cas.Des critères supplémentaires sontétablis pour l’eau nécessaire dans lesapplications stériles. Les normesconcernant l’eau purifiée données dansla pharmacopée européenne (EP) etdans la pharmacopée américaine (USP)sont résumées ci-dessous. L’eau destinéeà l’injection possède des critèrescontraignants par rapport aux bactérieset pyrogènes et certaines méthodes depréparation sont stipulées.

Exigences de lapharmacopée concernantl’eau purifiéePropriétés EP USP

Conductivité <4,3 μS/cm <1,3 μS/cmà 20ºC à 25ºC

COT <500 μg/l C <500 μg/l C

Bactéries <100 UFC/ml <100 UFC/ml (indication)

Nitrates <0,2 ppm -

Métaux lourds <0,1 ppm -

Le secteur de la chimie clinique vise àaccroître son efficacité, sa productivitéet sa rentabilité. En automatisant lesappareils, l’intervention humaine estconsidérablement réduite ce qui éviteles erreurs de manipulations etaugmente les capacités de production.La chimie clinique a ainsi abouti à lapresque totale automatisation deslaboratoires depuis l’identificationsophistiquée des échantillons,l’automatisation des procédures pré-analytiques (tri des échantillons,centrifugation, décapsulage et

6 Tendances de lachimie clinique

affectation en tubes secondaires codéspour diverses stations de travail enligne et hors ligne), les systèmes desuivi qui permettent le transfert deréférentiels d’échantillons à différentsutilisateurs et enfin un système destockage réfrigéré automatisé pourconserver les échantillons en vue d’uneétude ultérieure ou de tests deconfirmation.

Conséquences sur lesexigences en matière d’eaupurePureté accrueLes progrès technologiques appliquésaux analyseurs imposent une qualité del’eau encore plus critique pour maintenirune performance et une fiabilité élevées.L’eau est en effet utilisée dans presquetous les processus sur un analyseur et ilest essentiel que sa qualité soit contrôléeet vérifiée afin de garantir l’intégrité desrésultats. L’intégration de multiplestechnologies dans un simple analyseurpour effectuer des tests chimiques etimmunologiques sensibles exigeégalement une eau de qualité encoresupérieure. En outre, bien que les pluspetits volumes d’échantillons et deréactifs réduisent les coûts, leursensibilité est augmentée, et nécessitentdonc une eau extrêmement pure.

TestsLa tendance est de mesurer desprotéines spécifiques de plus en en plussensibles libérées dans le sang pendantcertains états pathologiques. Elles sontgénéralement présentes en très faiblesquantités (nmol/l ou pmol/l, exemple :troponine, BNP, AFP, CA19-9, CEA) etsont spécifiques de la pathologie. Cetteprocédure permet de réduire le nombrede tests pour faire un diagnostic maisest plus sensible aux interférences duesà la contamination. Celle-ci peut êtredue à l’eau si cette dernière n’est pasassez pure.

RéglementationsLa plupart des pays se sont dotés d’uncomité d’agrément qui définit lesdirectives applicables par leslaboratoires. Les marchés privés, n’ontpas l’obligation d’y souscrire, mais lesretombées bénéfiques sontimportantes et la plupart deslaboratoires optent pour l’agrément. LeCAP (Collegiate of AmericanPathologists) est le comité d’agrémentaux États-Unis, de nombreuxlaboratoires d’autres pays demandentégalement un enregistrement auprèsdu CAP. Le CAP recommande que l’eau

utilisée dans les laboratoires soit auminimum conforme aux normes dequalité CLRW du CLSI. Les fabricantsd’analyseurs sont également réguléspar des organismes, tels que la FDA et laMedical Devices Agency. Le fabricantd’analyseurs doit valider ses produitschimiques et utiliser de l’eau purifiéeconforme à une norme pour donner desrésultats précis et reproductibles.

7 Effets desimpuretés dansl’eau pure

Une mauvaise qualité d’eau peutdirectement interférer avec les tests.

Contaminants possiblesdans l’eau –sources et technologies depurificationUne eau de mauvaise qualité affectenon seulement les tests, mais peutégalement avoir un impact sur lefonctionnement général de l’analyseur.L’eau peut être utilisée pour différentesfonctions dans l’analyseur.• Lavage des cuves de réaction• Alimentation des stations de lavage

pour les sondes et les palesd’agitateur

• Dilution des réactifs, des échantillonset des détergents

• Bains d’incubation• Interface entre la seringue et

l’échantillon• Blocage capillaire• Entartrage• Optiques• Dispersion

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Schéma du moded’utilisation de l’eau purifiéedans un analyseur clinique

Une eau de mauvaise qualité peutaffecter les performances de l’analyseurde différentes façons :• Réduire la fiabilité du volume prélevé

en raison des particules et desbactéries

• Introduire des erreurs dans les mesuresphotométriques en raison desinterférences des particules lors del’utilisation d’un bain-marie

• Provoquer la contamination de lacuve lors de son lavage, et créer desinterférences

• Provoquer la contamination de lasonde échantillon et de la sonderéactif lors de leur lavage et créer desinterférences

• Agir sur la dilution de l’échantillon etdu réactif donnant lieu à des erreurset à une mauvaise stabilité du réactif

• Si l’eau est utilisée comme solutiontémoin zéro (Ca, Mg, Po4, HCO3, etc.),elle risque de réduire la stabilité et lasensibilité de l’étalonnage

Test clinique* Interférence* Source Élimination **

Calcium total Fluorure Traitement eau, géologie RO, IXOxalate Feuilles, végétation RO, IX, ACSulfates Roches, traitement eau RO, IXSels de calcium Roches, traitement eau RO, IX

Phosphatase Fluorure Traitement eau RO, IXalcaline Oxalate Feuilles, végétation RO, IX, AC

Phosphate Roches, détergent, RO, IXtraitement eau

Sels de zinc Roches RO, IXManganèse Roches RO, IXArséniate Roches, pesticides RO, IXCitrate Agrumes RO, IX, ACEDTA Processus chimique, RO, IX, AC

détergentsBactéries Canalisation / RO, filtre 0,2μm,

film biologique UV, sableEndotoxines Canalisation/ RO, IX, UF

film biologiqueCréatine kinase (CK) Oxydants Traitement eau ACAmylase Oxalate Feuilles, végétation RO, IX, AC

Citrate Agrumes RO, IX, ACFluorure Traitement eau RO, ICEDTA Processus chimique, RO, IX, AC

détergentsLactodéshydrogénase Oxalate Feuilles, végétation RO, IX, AC(LDH) Urée Effluent RO, ACPhosphore Citrates Agrumes RO, IX, AC

Oxalate Feuilles, végétation RO, IX, ACAzote uréique Citrate Agrumes RO, IX, AC

Fluorure Traitement eau RO, IX(teneur élevée)

Fer Citrate de sodium Agrumes RO, IX, ACEDTA Processus chimique, RO, IX, AC

détergentsFluorure Traitement eau, roches RO, IXOxalate Feuilles, végétation RO, IX, AC

Magnésium Citrates Agrumes RO, IX, ACTriglycérides Glycérol Produits de démargarination, RO, AC

plastiquesLDH Peroxyde Désinfectant AC, UV

d’hydrogèneToute réaction basée Peroxyde Désinfectant AC, UVsur la peroxydase d’hydrogène*Différentes sources, notamment : Tietz, Norbert W., ed., Clinical Guide to Laboratory Tests, 2nd edition,1990 and 4th edition, 2006 W.B. Saunders Co

** AC : charbon actif / RO : osmose inverse / IX échange d’ions

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G u i d e d e l ’ e a u p u r e e t u l t r a p u r e

Considérations d’ordre généralLes exigences des analyseurs cliniquesétant uniques, l’idéal serait ledéveloppement de produits spécifiquesà cette application. Les facteurs àprendre en compte sont les suivants :

• Utilisation intensive : comme lesanalyseurs cliniques peuventfonctionner automatiquement etsans surveillance pendant de longuespériodes, le système de purificationde l’eau doit être conçu pourfonctionner de façon continue etavoir des temps d’immobilisation, denettoyage et de remplacement desconsommables les plus courtspossibles.

• Fiabilité : tout arrêt de l'alimentationpouvant provoquer un tempsd'immobilisation coûteux pourl'analyseur et affecter les performancesdu laboratoire, le système depurification de l'eau doit être doté defonctions intégrées très fiables.

8 Purification del’eau etconception dessystèmes

• Des By Pass d’urgence et/ou desoptions d’état d’alerte doivent êtredisponibles en cas de défaillance.

• Intervention de service minimale : delongues périodes de fonctionnementnécessitent une intervention minimalede l’opérateur, entretien rapideeffectué par un technicien local.

• Automatisation : pour minimiserl’intervention de l’opérateur, lessystèmes de commande électroniquesdoivent être conçus pour automatiserles différentes séquences requises,optimiser et faciliter les opérations demaintenance et de nettoyage.

• Sécurité : un système de gestionlimitant l’accès aux seuls employésformés est essentiel pour éviter undémarrage involontaire de séquencesde nettoyage qui utilisent des produitschimiques agressifs. Un code PIN, unmot de passe ou une clé doit êtreutilisé pour limiter l’accès du systèmeaux seules personnes autorisées.

• Exigences de débit variables : du faitde la variabilité des normes relatives àl’eau tout au long du cycle d’analyse,le système doit présenter une grandesouplesse en termes de débit et depression d’eau d'alimentation. Desréservoirs tampons et des pompes àvitesse variable doivent être installéspour s’adapter aux courtes périodesde débit élevé.

• Boucles de recirculation dynamique :pour éviter la contaminationmicrobienne, les boucles dynamiquesdoivent être préférées aux bras mortslors de l’alimentation des analyseurs.

• Certification : dans un environnementde plus en plus réglementé, les produitsdoivent être en conformité avec lesnormes appropriées, locales etinternationales.

• Documentation : compte tenu del’importance croissante de lavalidation et de la vérification, desdocumentations appropriées doiventêtre fournies avec le produit.

• Installation sécurisée : en l’absencede vue d’ensemble de l’installation, entermes de longueur de tuyau, decâbles, etc., on risque d’obtenir desinstallations mal tenues oudangereuses. C’est en particulier lecas si le système est conçu à partir decomposants individuels et noncomme un ensemble.

Chacun des points ci-dessus, ainsi quede bonnes pratiques de fabrication,doivent être pris en compte sur lesalimentations d’analyseur unique etégalement pour l’alimentation deplusieurs analyseurs en série.

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Le CLSI insiste sur la nécessité d’établirdes procédures de maintenance et/oude remplacement des composants dusystème de purification afin degarantir le maintien de l’eau auxconformités et spécifications. Lesdéfaillances des composants peuventavoir plusieurs motifs : usure deslampes UV, épuisement de l’échanged’ions ou des lits d’absorption aprèsde nombreuses éliminations decontaminants ; blocage, perforation etcontamination des filtres. Contrôlerles paramètres de l’eau permetd’anticiper les procédures demaintenance, l’équipement de mesuredoit être étalonné et les systèmes decommande inspectés et testés de façonrégulière. La fréquence des procéduresde maintenance doit être conforme auxrecommandations du fabricant,l’appareil doit être testé pour vérifierqu’il répond toujours aux spécifi -cations.

Élément ChangementCartouche de purification 3 mois ou lorsque la faiblesse de la

résistivité du produit est inacceptableMembrane filtrante, 12 mois ou lorsque le débit/qualitépar exemple UMF, CVF 0,2 μm est inacceptableLampe UV 12 moisMembranes RO 24 mois ou lorsque le débit/la qualité

devient inacceptableStérilisation Tous les mois ou lorsque l’analyse

microbiologique est hors limitesNettoyage 12 mois ou lorsque les performances

deviennent hors limitesÉtalonnage 12 mois

Vous trouverez ci-après un programme d’entretien classique :

9 Entretien dessystèmes

10 Applications de l’eau pure

Préparation des tampons et milieuxLa qualité de l’eau pure pourl’ajustement des réactifs ou ladilution dépend de la sensibilité del’application visée. L’eau de qualitégénérale de laboratoire est adéquatepour bon nombre d’applications dechimie générale où la sensibilité n’estpas le facteur principal. Elle garantitun faible niveau de contaminantsorganiques et de micro-organismeslorsque l’on intègre des modulesd’UV, de filtration, et de recirculation.

Biochimie cliniqueL’eau destinée aux laboratoireshospitaliers doit être conforme auxnormes de qualité de l’eauappropriées, la plus pertinente est letype 1 de l’Institut des normes des

laboratoires hospitaliers (CLSI) – voirpage 16. Les pharmacopéesaméricaine, japonaise et européennesont également référencées. L’eauutilisée pour alimenter les analyseurscliniques ou celle utilisée dans touteprocédure préparatoire ou analytiquedevra être produite avec un degréélevé de qualité par une combinaisonde technologies de purification. L’eaudestinée aux analyseurs cliniques vadépendre des prescriptions définiespar le fabricant de l’analyseur, maiselle devra en général avoir unerésistivité supérieure à 10 MΩ.cm, unCOT inférieur à 50 ppb et un niveaubactérien inférieur à 5 UFC/ml.

ElectrochimieLes techniques d’électrochimieutilisées en laboratoire vont de lavoltmétrie et de la potentiométrie à lamicroscopie électrochimique àbalayage (SECM), à la spectroscopieélectrochimique par impédance (EIS) et à la chimioluminescenceélectrogénérée (ECL).

Ces techniques reposant sur la mesure

sensible de signaux électriques souventinfimes, il est vital que l’eau utiliséesubisse le moins d’interférences dues àla contamination de fond. La qualité del’eau recommandée pour lesapplications d’électrochimie est aumoins une eau purifiée de qualitégénérale de laboratoire avec unerésistivité supérieure à 5 MΩ.cm et defaibles teneurs en contaminantsinorganiques, organiques et colloïdaux,en général avec un COT inférieur à50 ppb et une numération bactérienneinférieure à 1 UFC/ml. Pour les analysesélectrochimiques d’ultratraces, l’eauultrapure sera nécessaire.

ElectrophorèseOn peut séparer les macromolécules lesunes des autres avec différentestechniques, dont des méthodes chimi -ques, l’ultracen trifugation et l’électro -phorèse.L’eau destinée à l’électrophorèse doitimpérativement être exemple deniveaux significatifs d’espècesbiologiquement actives telles que lesendotoxines (en général <0,005

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G u i d e d e l ’ e a u p u r e e t u l t r a p u r e

UI/ml), les nucléases et protéases(non détectables). L’eau ultrapure estla plus appropriée avec une résistivitéde 18,2 MΩ.cm, un COT <10 ppb decarbone, une filtration des particulesde 0,1 μm au plus et des numérationsbactériennes inférieures à 1 UFC/ml.

ElectrophysiologieLes méthodes d’électrophysiologiemesurent le potentiel électrique et lechamp électromagnétique d’animauxainsi que les études sur des cellulessimples avec des microélectrodes et latechnique du "patch-clamp". Lestechniques d’électrophysiologie sontsouvent très sensibles et peuvent êtretrès affectées par l’utilisation d’une eaurelativement chargée en contaminantsinorganiques. Pour les applicationsd’électrophysiologie, il est recommandéd’utiliser au moins de l’eau purifiée dequalité générale de laboratoire avec unerésistivité supérieure à >1 MΩ.cm, unCOT inférieur à 50 ppb et unenumération bactérienne inférieure à 1UFC/ml.

EndoscopieDans le domaine de la santé, lesapplications critiques exigent uneeau pure à faible teneur enendotoxines pour le rinçage desendoscopes. On pourra utiliser del’eau de qualité primaire ou de qualitégénérale de laboratoire avec untraitement UV, une ultrafiltration etune désinfection régulière.

Analyse des endotoxinesDes normes d’endotoxines sontétablies pour de nombreusesutilisations de l’eau allant de ladialyse et des produits injectables à laculture de cellules. Les niveauxmaximum admis descendent de 0,25UI/ml à 0,03 UI/ml.

Pour l’analyse des endotoxines, uneeau ultrapure avec une caractéristiqueappropriée en endotoxines, en généralde 0,05 UI/ml ou moins, seranécessaire. Une ultrafiltration seranécessaire, de préférence associée àune photo-oxydation aux UV.

F-AAS – Spectrophotométried’absorption atomique à laflammeBien qu’elle ait été quelque peu éclipséepar l’ICP-MS et l’ICP-ES pour lesanalyses multi-éléments, l’AAS restetrès largement utilisée dans les

laboratoires plus petits pour desanalyses spécifiques, en raison de soncoût relativement modeste. Les limitesde détection vont des faibles niveauxdes ppb aux ppm, selon l’élément.L’eau purifiée de qualité générale delaboratoire est en général assez purepour la plupart des ASS courantes.Il n’y a pas besoin de faibles teneurs encomposés organiques ou en bactéries.

Alimentation des appareils de distillationMéthode établie de longue date pourla purification de l’eau, la distillations’effectue de la manière la plusefficace avec une eau prétraitée pourlimiter la formation de précipités et letransfert d’impuretés. C’est unepratique courante d’alimenter unappareil de distillation avec une eaude qualité primaire purifiée à partird’une source d’eau potable.

Alimentation des systèmesd’eau ultrapureLa production de l’eau ultrapure(résistivité de 18,2 MΩ.cm, COT <5ppb)à partir de l’eau du robinet ou de sonéquivalent s’effectue habituellementen deux phases : prétraitement etpolissage. Dans l’idéal, leprétraitement réduit les principauxtypes d’impuretés - inorganiques,organiques, microbiologiques etparticulaires. Ce résultat s’obtient dela manière la plus efficace à l’aide del’osmose inverse seule ou combinéeavec l’échange d’ions ou l’EDI. Onpeut par ailleurs utiliser l’échanged’ions seul mais il ne permet pas deréduire les niveaux d’impuretésorganiques, bactériennes etparticulaires dans la mêmeproportion. Plus le prétraitement estefficace, plus la qualité potentielle del’eau ultrapure finale sera élevée.

GC-MS – Chromatographieen phase gazeuse –spectrométrie de massePour la GC, l’eau purifiée sert àpréparer les blancs et les étalons, etest utilisée dans le prétraitement deséchantillons, tel que l’extraction enphase solide. En raison de la grandesensibilité que l’on peut obtenir en GC-MS, l’exigence d’une eau à hautdegré de pureté est extrêmementcontraignante. Les niveaux les plus bas possibles de COT sont nécessaires,en général moins de 3 ppb. La meilleure

façon d’y parvenir est d’utiliser unpolisseur haut de gamme avec le COTle plus faible, alimenté en eau prétraitée par OI pour uneélimination plus poussée des ions etcomposés organiques. Des protocolesopérationnels complémentairespeuvent être nécessaires pour garantirle maintien de hautes performances.

Chimie généraleL’eau recommandée pour lesapplications de chimie générale est dequalité de laboratoire avec unerésistivité supérieure à 1 MΩ.cm, un COTinférieur à 50 ppb et une numérationbactérienne inférieure à 10 UFC/ml.

GFAAS – Spectrophotométried’absorption atomique aufour à graphite, égalementappelée CFAAS -Spectrophotométried’absorption atomique aufour à carboneCette variante de l’AAS, dans laquellela flamme est remplacée par un tubeou une tige de graphite chauffé àl’électricité, peut atteindre unesensibilité très élevée dans l’analyseélémentaire. Il faut un polisseur d’eauhaut de gamme, donnant des niveauxd’impuretés élémentaires de l’ordredes ppt, une résistivité de 18,2 MΩ.cmet un faible COT. La surveillance àétapes multiples offre une garantiede pureté que n’apportent pas lesalternatives. Ces performancessupérieures sont obtenues avec unpré-traitement amélioré suivi d’unerecirculation et d’une re-purificationcontinues de l’eau polie.

Lavage et rinçage de laverrerieLe lavage de la verrerie est un actequotidien dans la plupart deslaboratoires et la qualité de l’eaunécessaire pour cette tâche vadépendre de la nature de l’applicationvisée. Pour limiter les coûts, l’essentielde la verrerie d’usage général peut êtrelavé avec une eau de qualité primaire.

Pour les techniques analytiques ougénétiques plus sensibles, on peututiliser l’eau purifiée de qualitégénérale de laboratoire. La résistivitéclassique de cette eau se situera entre1 et 15 MΩ.cm. Pour les applicationscritiques, telles que les techniquesd’analyse des traces (par ex. l’ICP-MS),

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la culture de cellules hautementsensibles ou pour certaines méthodescliniques contraignantes, la verreriedevra être lavée à l’eau ultrapure, enparticulier pour le rinçage final. Il nesert à rien de veiller à ce que lestampons, milieux et diluants soientultrapurs s’ils sont versés dans uneverrerie "contaminée". La résistivitédevra être de 18,2 MΩ.cm, le COTinférieur à 10 ppb et les numérationsbactériennes inférieures à 1 UFC/ml.

HistologieEn raison de la nature de la plupart destravaux d’histologie, dans lesquels lescellules sont fixées et non-viables, il estpossible d’utiliser de l’eau purifiée dequalité générale de laboratoire. Lesvaleurs classiques sont une résistivitésupérieure à 1 MΩ.cm, un COT inférieurà 50 ppb et une numérationbactérienne de 1 UFC/ml.

HPLC – Chromatographieliquide haute performanceOn peut utiliser la HPLC pourdéterminer des constituants mineurset majeurs par analyse directe. L’eaupurifiée est utilisée comme unconstituant de la phase mobile, pourpréparer les blancs et les étalons, etdans le prétraitement deséchantillons. Pour ces analyses moinssensibles, les besoins principaux vontvers une eau purifiée de qualitégénérale de laboratoire avec un COTen général inférieur à 50 ppb et unerésistivité supérieure à 1 MΩ.cm.

La HPLC par gradient est capabled’atteindre des limites de détectionextrêmement basses, c'est-à-dire bienen dessous de 1 ppb. Les utilisations del’eau purifiée sont les mêmes que cellesindiquées ci-dessus, mais l’exigenced’un plus haut degré de pureté estextrêmement contraignante. Il faut lesplus bas niveaux possibles de COT, engénéral moins de 3 ppb. La meilleurefaçon d’y parvenir est d’utiliser unpolisseur haut de gamme spécialementconçu dans ce but, alimenté en eauprétraitée par OI pour une élimination

plus poussée des ions et composésorganiques. Des protocoles opérationnelscomplémentaires peuvent s’avérernécessaires pour assurer le maintien dehautes performances.

Culture hydroponiqueDans la culture hydroponique, la sourced'eau doit être suffisamment pure nonseulement pour jauger précisément lesconcentrations rapportées de minérauxet de nutriments, mais aussi pour seprémunir des effets indirects qu’unecontamination pourrait provoquer.Par exemple, des niveaux élevés enéléments dissous (en particulier lecalcium et le magnésium) peuventprovoquer une alcalinité élevée variantavec la profondeur de l’eau. Des niveauxélevés de sodium et de chlorurespeuvent également entraîner unetoxicité directe pour les plantes à fortesconcentrations, ainsi que desdommages indirects en interférant surla fixation du calcium, du magnésium,des nitrates et des oligoéléments.

Il est recommandé d’utiliser de l’eaupurifiée de qualité générale delaboratoire, avec de faibles niveaux decontamination ionique, organique etbactérienne, pour les cultureshydroponiques.

ICP-AES – Spectrométried’émission atomique à plasma induitDans l’ICP-AES, la sensibilité diffèrenettement pour différents éléments,mais les métaux, les semi-métalliques, le phosphore et le soufreont des limites de détection de l’ordredes ppb (μg/l).

Les impératifs de pureté de l’eau pourles travaux d’ICP-AES sont assezcontraignants. On préférera unpolisseur à haut degré de puretédonnant une résistivité supérieure à18 MΩ.cm. Les exigences en COT nesont en général pas très critiques. Leprétraitement peut être réalisé parosmose inverse ou échange d’ions.

ICP-MS – Spectrométrie demasse à plasma induitOn peut utiliser l’ICP-MS pourdéterminer la plupart des éléments àdes taux de l’ordre des ppt (ng/l).C’est la plus sensible des techniquesd’analyse multi-éléments pour lessolutions. Les exigences de pureté del’eau pour les travaux d’ICP-MS les plussensibles sont extrêmement contrai -

Temps

mA

U

Perméat d’OI

Eau ultrapure

Blanc

HPLC par gradient de traces de l’eau de qualité primaire et de l’eau ultrapure.

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G u i d e d e l ’ e a u p u r e e t u l t r a p u r e

gnantes. Il faut un polisseur d’eau hautde gamme, donnant des niveauxd’impuretés élémentaires de l’ordre desppt, une résistivité de 18,2 MΩ.cm et unfaible COT. La surveillance à étagesmultiples (voir page 7) offre unegarantie de pureté que n’apportent pasles alternatives. Ces performancessupérieures sont obtenues avec unprétraitement amélioré suivi d’unerecirculation et d’une re-purificationcontinues de l’eau polie.

ImmunocytochimieDans l’immunocytochimie, l’utilisationdes anticorps pour détecter ladistribution de protéines spécifiquesest soumise aux interférences desmicro-organismes contaminants etdes débris de cellules et autresproduits biologiquement actifs qui ysont liés. Une eau ultrapure apyrogèneest recommandée.

IC – Chromatographie paréchange d’ionsOn peut utiliser l’IC pour déterminerdes constituants mineurs et majeurs(par ex. en descendant jusqu’à 0,1ppm) par injection directed’échantillons de 10 à 50 microlitres.Une eau à haut degré de pureté estnécessaire pour les blancs et lesétalons ainsi que pour préparer leséluants. Une eau à usage générale delaboratoire fera probablementl’affaire mais n’est pas recommandée.

L’IC permet d’atteindre des limites dedétection extrêmement basses( jusqu’à des niveaux de l’ordre desppt) en pré-concentrant les ions àmesurer sur une colonne d’échanged’ions courte, puis en les éluant pourla séparation et l’analyse. On peutainsi analyser 50 ou 100 mld’échantillon, ce qui nécessite uneeau extrêmement pure et l’usaged’un polisseur d’eau haut de gamme,donnant des niveaux d’impuretésélémentaires de l’ordre des ppt, unerésistivité de 18,2 MΩ.cm et un faibleCOT. La surveillance à étagesmultiples offre une garantie depureté que n’apportent pas lesalternatives. Ces performancessupérieures sont obtenues avec unprétraitement amélioré suivi d’unerecirculation et d’une re-purificationcontinues de l’eau polie.

Culture de cellules demammifères et culturesbactériennesPour réussir la culture cellulaire, lescellules doivent être exemptes decontamination de bactéries, delevures et de virus. On doit avoir lacertitude que le milieu ou le tamponutilisé est à un haut degré de pureté.Des niveaux élevés de contaminantsorganiques et inorganiques ou de gazdissous peuvent avoir un impact directsur la culture (ou indirect par deschangements de pH par exemple), maisle principal souci dans les applicationsde cultures cellulaires est la présence demicro-organismes contaminants et desdébris de cellules et autres produitsbiologiquement actifs qui y sont liés.

Pour la culture de cellules bactériennesil est recommandé d’utiliser une eauau moins de qualité générale delaboratoire avec une résistivitésupérieure à 10 MΩ.cm, un COTinférieur à 50 ppb et une numérationbactérienne inférieure à 1 UFC/ml.

Pour les travaux sensibles de culturede cellules de mammifères, l’utilisationd’une eau ultrapure apyrogène estrecommandée.

Spectrométrie de masseLa spectrométrie de masse permetl’analyse des traces de mélangescomplexes, la grande sensibilité quel’on peut atteindre nécessitel’utilisation exclusive d’une eau de laplus haute pureté. L’eau ultrapure estrequise pour toutes les étapes depréparation des échantillons, ainsique dans le prétraitement deséchantillons, tel que l’extraction enphase solide. Un polisseur d’eau hautde gamme donne des niveauxd’impuretés élémentaires de l’ordredes ppt, une résistivité de 18,2 MΩ.cmet, pour les applications organiques,un COT extrêmement faible, engénéral inférieur à 3 ppb.La surveillance à étages multiplesoffre une garantie de pureté quen’apportent pas les alternatives. Cesperformances supérieures sontobtenues avec un prétraitementamélioré suivi d’une recirculation etd’une re-purification continues del’eau polie.

Analyse microbiologiqueL’analyse microbiologique couranteexige une eau purifiée de qualitégénérale de laboratoire. Cette eausera pour l’essentiel exempte decontamination bactérienne et aura defaibles niveaux d’impuretés ioniques,organiques et particulaires. Lesvaleurs classiques ont une résistivitésupérieure à 1 MΩ.cm, un COTinférieur à 50 ppb et une numérationbactérienne de 1 UFC/ml.

Biologie moléculaireLa recherche en biologie moléculaire,et en particulier l’étude des acidesnucléiques, des protéines et desenzymes, peut être gravement affectéepar la contamination de micro-organismes et des débris de cellules etautres produits biologiquement actifsqui y sont liés. Une eau ultrapureapyrogène est recommandée.

Recherche sur les anticorpsmonoclonauxLes anticorps monoclonaux sont desoutils de plus en plus précieux dans ledéveloppement de nouvelles théra -pies et de produits de diagnostic in-vivo.

Pour la culture de lignées de cellulessensibles, on doit avoir la certitudeque les milieux et tampons utilisés sontà haut degré de pureté. Tandis que desniveaux élevés de contaminantsorganiques et inorganiques ou de gazdissous peuvent avoir un impact directsur la culture (ou indirect par deschangements de pH par exemple), leprincipal souci dans les applications decultures cellulaires est la présence demicro-organismes contaminants et desdébris de cellules et autres produitsbiologiquement actifs qui y sont liés.

Pour la culture de cellules bacté -riennes, il est recommandé d’utiliserune eau au moins de qualité généralede laboratoire avec une résistivitésupérieure à 10 MΩ.cm, un COTinférieur à 50 ppb et une numérationbactérienne inférieure à 1 UFC/ml.

Pour les travaux sensibles de culture decellules de mammifères, l’utilisationd’une eau ultrapure apyrogène estrecommandée. Elle est produite par"polissage" d'une eau qui a été pré-purifiée par désionisation, osmoseinverse ou distillation. L’ultrafiltrationassurera l’élimination des nucléases etendotoxines.

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Culture de tissus végétaux(micro-propagation)Les techniques de micro-propagationpermettent le clonage à grandeéchelle d’espèces végétales et laproduction de plantes sans maladies.Pour limiter les effets d’espècesbiologiquement actives, l’utilisationd’une eau ultrapure apyrogène estrecommandée.

Analyses qualitativesL’eau nécessaire pour la plupart desméthodes d’analyse qualitative desconstituants mineurs ou majeurs estde qualité générale de laboratoireavec une résistivité supérieure à1 MΩ.cm, un COT inférieur à 50 ppb etde faibles teneurs en particules et enbactéries.

Cependant, pour les techniques plussensibles telles que l’ICP-MS, il faudrautiliser l’eau ultrapure produite parun polisseur d’eau haut de gamme,donnant des niveaux d’impuretésélémentaires de l’ordre des ppt, unerésistivité de 18,2 MΩ.cm et un faibleCOT.

RIA (radio-immunoanalyse)et ELISA (dosageimmunoenzymatique)Les réactions des anticorps utilisésdans la méthode ELISA sontrelativement fortes et ne nécessitentpas, dans la plupart des cas, une eauau degré de pureté le plus élevé.Elle doit avoir une résistivitésupérieure à 10 MΩ.cm, un COTinférieur à 50 ppb et une numérationbactérienne inférieure à 1 UFC/ml.

Dilution des échantillons etpréparation des réactifsLa dilution s'applique aux échantillons,aux blancs, aux réactifs et aux étalons.Evidemment, l’eau de dilution doit êtreassez pure pour ne pas contribuer aurésultat ni affecter les analysesultérieures. Pour la préparation destampons d’usage général, des blancs etétalons pour les techniques généralesde chimie, et pour les analyses au-dessus de 1 ppm, l’utilisation d’uneeau purifiée de qualité générale delaboratoire avec une résistivité typesupérieure à 1 MΩ.cm, un COT inférieurà 50 ppb et un faible nombre debactéries donnera de bons résultats.

Pour l’analyse des traces de l’ordre desppb, ou moins, la préparation des

blancs et étalons demande une eauultrapure.

SPE – Extraction en phasesolideLa SPE est largement utilisée dans ladétermination des traces organiquescomme prétraitement pour séparerles éléments traces intéressants desprincipaux constituants de la matrice.L’analyse des traces nécessite une eauavec un degré de pureté organique leplus élevé pour préparer les blancs etles étalons et pour rincer la phasesolide. La meilleure façon d’y parvenirest d’utiliser un polisseur haut degamme avec une caractéristiqueprescrite de COT minimale, spéciale -ment conçu dans ce but et alimentéen eau prétraitée par OI.Des protocoles opérationnels complé -men taires peuvent s’avérernécessaires pour assurer le maintiende hautes performances.

SpectrophotométriePour les applications spectro -photométriques, il est recommandéd’utiliser une eau purifiée au moins dequalité générale de laboratoire, avecune faible teneur en contaminantsinorganiques, organi ques oucolloïdaux. En général, la résistivité del’eau est supérieure à 1 MΩ.cm aprèsmicrofiltration. Le faible taux de COT(<50 ppb) est d’une importanceparticulière dans les techniques où l’onutilise des systèmes de détection parUV, car les composés organiquesdissous peuvent interférer avec cettedétection.

Générateurs de vapeurOn utilise les générateurs de vapeurspour tout un éventail d’applications,dont l’humidification des sallesblanches, l’hydratation, le chauffagedirect par la vapeur, l’injection, ainsique dans les autoclaves etstérilisateurs. La plupart desgénérateurs de vapeur bénéficientd’un prétraitement de l’alimentationen eau pour éviter l’accumulation oula précipitation de contaminants etainsi réduire l’entretien, améliorer lesperformances et les niveauxd’hygiène. Les générateurs de vapeurpeuvent utiliser de l’eau de qualitéprimaire avec une conductivité allantde 1 à 50 μS/cm (résistivité de 0,02 à 1 MΩ.cm). Elle est en général produitepar osmose inverse après unprétraitement adapté.

Analyse du COTL’analyse du COT est une méthodenon-spécifique qui permet dequantifier la teneur globale en carbonedes composés organiques. Lesapplications actuelles vont desniveaux élevés dans les effluents et lesflux de transformation aux niveauxinférieurs aux ppb dans l’eau ultrapure.L’eau est utilisée pour diluer leséchantillons et préparer les réactifs etles étalons.Pour les mesures de fortesconcentrations, une eau purifiée dequalité générale de laboratoire estadéquate. Pour la recherche de traces,il faudra utiliser de l’eau ultrapure.

Détection des métaux entracesLes avancées des instrumentsanalytiques modernes ont continué àaméliorer la sensibilité de l’analyse.On mesure maintenant lesoligoéléments à des niveaux de l’ordredes ppt ou inférieurs aux ppt à l’aide detechniques telles que l’ICP-MS.

L’analyse des traces nécessite une eauexempte des composants à mesureret les exigences de pureté de l’eaupour les travaux d’ICP-MS les plussensibles sont extrêmementcontraignantes. En conséquence, l’eauutilisée pour l’analyse des blancs, ladilution des étalons et la préparationdes échantillons doit être de la plushaute qualité. On préférera lesinstallations en salle blanche.

Analyse de l’eauOn effectue des analyses d’eau pourbon nombre de raisons. Il peut s’agirde vérifier que l’eau potable répondaux normes en vigueur, de contrôlerque les processus de purification ontété effectués avec succès, ainsi quepour les analyses environnementalesdes lacs et rivières.

L’analyse requiert de l’eau purifiéepour la préparation des échantillons,des étalons et des blancs. Elle doitêtre d’une pureté connue etsuffisamment élevée pour ne pasinterférer avec les techniquesanalytiques. Les applications d'analysede l’eau sont habituellement réaliséesavec une eau de qualité générale delaboratoire, avec une résistivitésupérieure à 5 MΩ.cm, un COTinférieur à 50 ppb et une numérationbactérienne inférieure à 1 UFC/ml.

Impuretés critiques

NA Sans objet

ND Non détecté

* à 25°C

Les applications en un coup d’œilApplications des sciences de la vie

Technique Sensibilité Résistivité* COT Filtre Bactéries Endotoxines Nucléase Qualité de MΩ.cm ppb μm UFC/ml UI/ml l’eau pure

Culture de cellules Générale >1 <50 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.bactériennes

Biochimie clinique USP/EP >2 <500 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.CLSI >10 <500 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.

Electrophorèse Elevée >18 <10 UF <1 <0,005 ND Ultrapure apyrogène

Electrophysiologie Générale >1 <50 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.

ELISA Générale >1 <50 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.

Analyse Normale >1 <50 <0,2 <1 <0,05 NA Apyrogène des endotoxines de labo.

Elevée >18 <10 UF <1 <0,002 ND Ultrapure apyrogène

Histologie Générale >1 <50 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.

Culture hydroponique Générale >1 <50 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.

Immunocytochimie Elevée >18 <10 UF <1 <0,002 ND Ultrapure Apyrogène

Culture de cellules Elevée >18 <10 UF <1 <0,002 ND Ultrapure de mammifères Apyrogène

Préparation des milieux Générale >1 <50 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.

Analyse Générale >1 <50 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.microbiologique

Biologie moléculaire Elevée >18 <10 UF <1 <0,002 ND Ultrapure Apyrogène

Recherche sur les Générale >1 <50 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.anticorps Elevée >18 <10 UF <1 <0,002 ND Ultrapure monoclonaux Apyrogène

Culture de tissus Elevée >18 <10 UF <1 <0,002 ND Ultrapure végétaux Apyrogène

Radio-immunoanalyse Générale >1 <50 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.

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G u i d e d e l ’ e a u p u r e e t u l t r a p u r e

Applications générales et analytiques

Technique Sensibilité Résistivité* COT Filtre Bacteries Endotoxines Nucléase Qualité de MΩ.cm ppb μm UFC/ml UI/ml l’eau pure

Electrochimie Générale >5 <50 <0,2 NA NA NA Générale de labo.Elevée >18 <10 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

Alimentation des Faible >0,05 <500 NA NA NA NA Primaireappareils de distillation

Alimentation des Générale >0,05 <50 NA NA NA NA Primairesystèmes d’eau ultrapure Elevée >1 <10 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

AAS à la flamme Générale >5 <500 <0,2 NA NA NA Générale de labo.

GC-MS Elevée >18 <3 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

Chimie générale Générale >1 <50 <0,2 <10 NA NA Générale de labo.

GF-AAS Elevée 18,2 <10 <0,2 <10 NA NA Ultrapure

Lavage de la verrerie Générale >1 <50 <0,2 <10 NA NA Générale de labo.Elevée >18 <10 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

HPLC Générale >1 <50 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.Elevée >18 <3 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

ICP-AES Générale >5 <50 <0,2 NA NA NA Générale de labo.Elevée >18 <10 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

ICP-MS Générale >10 <50 <0,2 <10 NA NA Générale de labo.Elevée 18,2 <10 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

Chromatographie Générale >5 <50 <0,2 <10 NA NA Générale de labo.par échange d’ions Elevée 18,2 <10 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

Dilution des échantillons Générale >1 <50 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.et préparation des réactifs Elevée >18 <10 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

Extraction en Générale >1 <50 <0,2 <10 NA NA Générale de labo.phase solide Elevée >18 <3 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

Spectrophotométrie Générale >1 <50 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.Elevée >18 <10 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

Génération de vapeur Générale >1 <50 <0,2 <1 NA NA Générale de labo.

Analyse du COT Générale >1 <50 <0,2 <10 NA NA Générale de labo.Elevée >18 <3 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

Détection des Générale >5 <50 <0,2 <10 NA NA Générale de labo.métaux en traces Elevée 18,2 <10 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

Analyse de l’eau Générale >5 <50 <0,2 <10 NA NA Générale de labo.Elevée >18 <10 <0,2 <1 NA NA Ultrapure

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G u i d e d e l ’ e a u p u r e e t u l t r a p u r e

11 L’eau pure : conseils pratiques

1 Le stockage de l’eau purifiéesans recirculation devra êtrelimité au strict minimum afinde restreindre la détériorationde la qualité et le dévelop -pement des bactéries.

2 La pureté microbiologique del’eau dans un système detraitement de l’eau ne peut êtreconservée qu'en faisantrecirculer l’eau à travers lesdivers procédés de purificationvia le réservoir de stockage. Cedernier devra être étanche etdevra être équipé d’un filtre àair antibactérien ou d’un filtred’évent composite pourprévenir la pénétration decontaminations par voieaérienne.

3 Une désinfection régulière estnécessaire pour empêcherl’accumulation du filmbiologique. Les tablettes dechlore, l’acide peracétique ou leperoxyde d’hydrogène sont desdésinfectants adaptés.

4 Pour prévenir le dévelop -pement des algues, éviterd’utiliser des réservoirs ettuyauteries translucides etéviter d’installer les cuves destockage à la lumière directe dusoleil ou à proximité de sourcesde chaleur.

5 Bon nombre de systèmesd’osmose inverse à la pressiondu robinet sont calibrés à 4 bars(60 psi). Si la pressiond’alimentation est inférieure àcette valeur, le débit et la puretédu perméat seront moindres.

6 Echanger régulièrement lescartouches d’échange d’ions ;en général au moins une foistous les six mois, pourlimiter l’accumulation decontaminations bactériennes.

7 Toujours passer au moins 5 litres d’eau purifiée pourvidanger le système après unepériode d’inactivité, par ex.après le week-end, enparticulier en cas d’utilisationde l’eau pour des applicationscritiques.

8 Pour garantir le fonction -nement efficace du résistivi -mètre, le nettoyage desélectrodes de la cellule encircuit devra être effectuétous les 12 mois par unepersonne qualifiée.

9 Ne jamais fermer les sortiesde perméat ou de concentratd’un appareil d’osmoseinverse si l’arrivée d’eau duréseau est encore ouverte. Sila sortie du perméat est

restreinte, une contre-pressionva se produire et risqued’entraîner une rupture de lamembrane, ce qui la rendraitinutile. De même, le flux deconcentrat ne devra jamais êtrearrêté en fonction nementnormal, sous peine deprovoquer précipita tions etsalissures à la surface de lamembrane.

10 Pour prolonger la durée de vied’une membrane d’osmoseinverse, veiller à la rincer et àla nettoyer régulièrement. Lerinçage élimine la matièreparticulaire ou les solidesprécipités de la surface de lamembrane.

11 Utiliser un appareillage ultra-propre (verre ou plastique)pour les travaux impliquantune eau à haut degré depureté. Pour les opérationsanalytiques sensibles, lesrécipients d’échantillon devrontêtre plongés dans de l’eauultrapure avant utilisation.Les cuves en verre sontrecommandées lorsque laqualité organique est un critèrecrucial ; elles peuvent nécessiterune préparation spéciale.

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12Glossaire

Absorption – Processus par lequelune substance est récupérée par voiechimique ou physique en vrac par unmatériau (absorbant) et retenuedans les pores ou interstices àl’intérieur de ce matériau.

Adoucissement – Processus detraitement de l’eau par lequel lescations, notamment les ions calciumet magnésium responsables de ladureté, sont remplacés par dusodium à l’aide de résineséchangeuses de cations sous formede sodium.

Adsorption – Adhérence desmolécules, atomes et espècesionisées d'un gaz ou d’un liquide à lasurface d’une autre substance(solide ou liquide) suite à toute unevariété d’attractions faibles.

Azéotrope – Mélange de deuxcomposants ou plus dont lescompositions à l’équilibre en phasevapeur et en phase liquide sontidentiques à température etpression données.

Bactéricide – Agent chimique ouphysique qui détruit les bactéries.

Biocide – Agent chimique ouphysique qui détruit les micro-organismes.

Bras morte / volume mort – Unerégion ou un volume de stagnationdans un appareillage ou un systèmede distribution.

Canalisation – Ecoulementpréférentiel de l’eau à travers un litde résine, provoquant le contour -nement des sites d’échange d’ions.Une qualité et une capacitémédiocres en sont le résultat.

Carbone organique total (COT) –Concentration totale du carboneprésent dans les composésorganiques.

Cartouche – Un récipient jetable pré-conditionné pour recevoir une résinede purification de l’eau, une matièrefiltrante ou une membrane.

Cartouche de prétraitement –Cartouche jetable contenant lamatière qui permet l’élimination duchlore, de la chloramine ou desparticules. Habituellementpositionnée avant l’OI.

Cellule en circuit – Montaged’électrodes inséré dans un flux d’eauet grâce auquel on mesure laconductivité ou la résistivité.

Charbon actif – Forme de carbonehautement poreuse utilisée pour l’adsorption des composés organi -ques et l’élimination du chlore et de lachloramine libres.

Colloïde - Dispersion stable dans l’eaude particules fines ayant une tailleclassique inférieure à 0,1 μm. Onrencontre fréquemment des colloïdescontenant du fer, de l’aluminium, del’oxyde de silicium et des composésorganiques dans les eaux naturelleset potables.

Concentrat – Liquide contenant lamatière dissoute et en suspension quise concentre du côté entrée d’unemembrane et s’évacue vers lavidange.

Condenseur – L’étage d’un système dedistillation qui évacue assez dechaleur d’un liquide vaporisé pourprovoquer le passage de la vapeur à laphase liquide.

Conductivité – La conductivité est laréciproque de la résistivité. Pour lessystèmes de purification de l’eau, laconductivité est habituellementrapportée en microSiemens parcentimètre (μS/cm).

Contacteur à membrane – Unemembrane hydrophobe qui sert àéliminer les gaz dissous dans l’eau.

Dégazage – L’élimination de l’O2 etdu CO2 de l’eau, habituellement partransfert à travers une membrane

hydrophobe. On élimine le CO2 pouraugmenter la capacité d’échanged’ions.

Désinfection – Procédés chimiques ouphysiques utilisés pour éliminer lesmicro-organismes et réduire lacontamination par les micro-organismes.

Désionisation (DI) – Elimination desimpuretés ioniques de l’eau.Habituellement utilisé pour désignerun échange d’ions – voir Echanged’ions.

Distillation – Processus de purificationqui utilise la différence de volatilitéentre les constituants afin de lesséparer ; le plus volatil a unetempérature d’ébullition plus petiteque le moins volatil. La vapeurproduite peut être condensée etcollectée.

Dureté (titre hydrotimétrique) –Indique le degré de minéralisation del’eau. La dureté se caractérise par laformation de tartre et par le degré decapacité de l’eau à mousser du fait dela présence de calcium et de magné -sium. La dureté temporaire due est àla présence de bicarbonate de magné -sium ou de calcium. On peut l’élimineren faisant bouillir l’eau pour convertirles bicarbonates en carbonates inso -lubles. Les sulfates et chlorures decalcium et de magnésium provoquentla dureté permanente.

Eau d’alimentation – Eau que l’onintroduit dans un processus depurification.

Eau potable – Eau qui répond auxnormes comme étant adaptée àl’ingestion humaine.

Echange d’ions (XI) - Purification dede l’eau par élimination des selsionisés, en remplaçant les impuretéscationiques par des ions hydrogène etles impuretés anioniques par des ionshydroxyle.

Electrodésionisation (EDI) –Technologie associant des résineséchangeuses d’ions et desmembranes sélectives d’ions avec uncourant continu, pour éliminer lesimpuretés constituant ionique del’eau.En continu – Dans les systèmes decontrôle de l’eau, se dit des dispositifsde mesure directement couplés auflux d’eau. En discontinu – Dans les systèmes decontrôle de l’eau, se dit des dispositifsde mesure qui ne sont pasdirectement couplés au flux d’eau.

Endotoxine – Composé lipopoly -saccharide thermiquement stableissu de la paroi cellulaire des micro-organismes gram-négatifs viables ounon viables. Elles peuvent agir commeun pyrogène.

Epifluorescence – Méthode demicroscopie par fluorescence que l’onpeut utiliser pour détecter lesbactéries après filtration etcoloration.

Exotoxine - Substance toxiquesécrétée par une bactérie, provoquantsouvent une maladie, et qui peutégalement agir comme un pyrogène.

Film biologique – Couche de micro-organismes enfermée dans unematrice de glycoprotéines etpolysaccharides et adhérents les unsaux autres et/ou aux surfaces.

Filtration – Processus de purificationpar lequel le passage du liquide àtravers un matériau poreux entraînel’élimination des impuretés.

Fines – Particules libérées par un lit dematériau tel que les résineséchangeuses d’ions.

Fines de charbon – Très petitesparticules de charbon qui peuventêtre lessivées d’un lit de charbon actif.

Gram-négatif – se dit des bactéries quin’absorbent pas un colorant violet àl’origine décrit par Gram.

Gram-positif – se dit des bactéries quiabsorbent un colorant violet àl’origine décrit par Gram.

Indice de colmatage – Test utilisé pourestimer la capacité d’une eau àboucher les filtres, déduit par lavitesse de colmatage d’un filtre de0,45 microns dans les conditionsnormales.

Ion – Toute particule non-agrégéed’une taille inférieure aux particulescolloïdales et possédant une chargeélectrique positive ou négative.

LAL – Lysat d’amibocytes de limule,un extrait de limule qui forme un gelen présence d’une quantité suffisanted’endotoxines. Utilisé comme basepour le test LAL de recherche desendotoxines.

Lavage à contre-courant – Flux d’eauremontant dans un lit de résine ou decharbon pour le nettoyer, et dans lecas d’un lit mixte, pour séparer lesrésines anioniques et cationiques.

Matières totales dissoutes (MTD) -Mesure du total des sels organiqueset inorganiques dissous dans l’eau,obtenue par dessiccation du résidu à180ºC.

Micro-organisme – Tout organismetrop petit pour être visible à l’œil nu,tel que les bactéries, virus,moisissures, levures, protozoaires,ainsi que certains champignons etcertaines algues.

Osmose inverse (OI) – Procédé parlequel on force l’eau sous pression àtraverser une membrane semi-perméable, laissant en arrière lesimpuretés organiques et ioniquesdissoutes et en suspension.

Oxydation (photochimique) par ultra-violets – Procédé qui fait appel àune lumière de longueur d’ondecourte pour détruire les micro-organismes et cliver ou oxyder lesmolécules organiques.

Particules – Quantités discrètes dematières solides dispersées dansl’eau.

Perméat - Solution purifiée obtenueaprès passage à travers unemembrane d’osmose inverse semi-perméable.

pH - Mesure de l’acidité ou del’alcalinité d'une solution, égale à -log(H+).

Photo-oxydation – Voir Oxydation(photochimique) par ultra-violets.

Planctonique – Utilisé pour décrire lesmicro-organismes aquatiquesflottants.

Plastifiant – Composé chimique quirend les plastiques plus souples etflexibles.

Point d’utilisation – Point dedistribution d’un système d’eaupurifiée.

Polissage – Etape finale de traitementd’un système de purification de l’eau.

PPB – Les parties par milliard sontune unité égale au microgramme parkilogramme d’eau. Sur le plannumérique, les ppb sont équivalentsaux μg/l dans les solutions aqueusesdiluées.

PPM – Les parties par million sont uneunité égale aux milligrammes parkilogramme d’eau. Sur le plannumérique, les ppm sont équivalentsaux mg/l dans les solutions aqueusesdiluées.

PPT – Les parties par trillion sont uneunité égale aux nanogrammes parkilogramme d’eau. Sur le plannumérique, les ppt sont équivalentsaux ng/l dans les solutions aqueusesdiluées.

Pyrogène - Catégorie de substances,dont les endotoxines bactériennes,qui peut provoquer une fièvre en casd’injection ou de perfusion.

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G u i d e d e l ’ e a u p u r e e t u l t r a p u r e

Qualification – Acte d’établir avec despreuves documentées que le procédé,le matériel ou les matériaux sontconçus, installés, utilisés etfonctionnent selon le cahier descharges prédéfini.

Régénération - Méthode par laquelleles résines échangeuses d’ionsépuisées sont réactivées partraitement avec un acide fort ou unebase forte.

Réservoir – Intégré aux systèmes depurification, le réservoir permet destocker l’eau purifiée en la protégeantde toute recontamination.

Résine (avec indicateur de couleur) –Résine colorée par un indicateur depH, de telle sorte qu'elle change decouleur lorsqu'elle arrive à épuise -ment pour signaler le moment où leremplacement de la cartouchedevient nécessaire.

Résine de qualité nucléaire – Qualitéde résine échangeuse d’ions à hautdegré de pureté (analytique) àl’origine mise au point pour le secteurde l’énergie nucléaire.

Résine échangeuse d’anions – Résineéchangeuse d’ions avec des sitesd’échanges chargés positivement etimmobilisés, capables de lier lesespèces ionisées chargées négative -ment, les anions.

Résine échangeuse de cations –Résine échangeuse d’ions avec dessites d’échanges chargés néga -tivement et immobilisés, capables delier les espèces ionisées chargéespositivement, les cations.

Résistivité – Résistance électrique entreles faces opposées d’un centimètre cubed’un matériau donné à unetempérature donnée. La résistivité est laréciproque de la conductivité. Pourl’analyse de l’eau, la résistivité esthabituellement rapportée en mégohm-centimètres (MΩ.cm)

Service de désionisation (SDI) –Optimiser les performances dedésionisation par un entretienrégulier. Après une périoded’utilisation les cylindres sontramenés dans une station derégénération où ils sont vidés desrésines saturés et reconditionnés avecdes résines fraîchement régénérés.

Stérilisation – Destruction ouélimination de tous les micro-organismes vivants.

Turbidité - Degré d’opacité de l’eauprovoqué par la présence de particulesen suspension ou de matièrescolloïdales. La turbidité réduit latransmission de la lumière et se mesureen unités néphélométriques deturbidité (NTU).

UFC/ml - Unités formant colonie, parmillilitre. Une mesure des populationsmicrobiennes viables.

Ultrafiltration - Procédé dans lequell’eau est filtrée à travers unemembrane polymère présentant unestructure poreuse très fine.

Unités d’endotoxines (UI/ml ou UE/ml)– Quantification des niveauxd’endotoxines par rapport à unequantité spécifique d’endotoxine deréférence (1 UI/ml ≈ 0,1 ng/ml).

Validation – Confirmation, par laprésentation de preuves objectives,que les exigences d’une utilisation oud’une application spécifiqueenvisagée ont été remplies.

Vérification - Confirmation, par laprésentation de preuves objectives,que les exigences fixées ont étéremplies.

Des informations sur le traitement de l’eau sont disponibles surwww.veoliawatersti.fr et www.elgalabwater.com

Tous les efforts ont été faits pour veiller à ce que les informations présentéesdans cette publication soient correctes. Elga LabWater ne saurait être tenueresponsable des erreurs ou omissions dues à des changements dans latechnologie ou les normes survenus depuis la date de publication.

02/2007

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Solutions de traitement des eaux pour les laboratoires et les industries

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