ISO 9555-3:1992
(Main)Measurement of liquid flow in open channels — Tracer dilution methods for the measurement of steady flow — Part 3: Chemical tracers
Measurement of liquid flow in open channels — Tracer dilution methods for the measurement of steady flow — Part 3: Chemical tracers
Describes the tracers used (iodide, lithium, chloride, chromium), the tracer measurement (principle, field measurement and laboratory measurements), environmental factors affecting tracers, techniques for tracer injection, sampling techniques, analysis and sources of error.
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts — Méthodes de dilution en régime permanent utilisant des traceurs — Partie 3: Traceurs chimiques
La présente partie de l'ISO 9555 traite de l'utilisation de traceurs chimiques dans le cadre des mesurages de débit par la méthode de dilution. Les appareils et procédés d'application sont exposés dans l'ISO 9555-1 et ne sont pas répétés ici, à l'exception de ceux qui sont spécifiques aux traceurs chimiques. Les traceurs chimiques présentent plusieurs avantages: a) Comme pour les traceurs fluorescents, leur manipulation s'effectue suivant les pratiques normales de laboratoire et sans matériel spécial (par exemple écran antirayonnement). Il est nécessaire toutefois de manipuler avec soin les traceurs concentrés pour éviter de polluer les échantillons et certains traceurs pour des raisons de toxicité. b) En général, les traceurs chimiques se trouvent facilement dans le commerce et peuvent se conserver de manière illimitée. c) L'analyse peut s'effectuer avec les matériels de laboratoire déjà utilisés pour déterminer la qualité de l'eau. d) En général les traceurs chimiques sont photochimiquement stables. Les inconvénients des traceurs chimiques sont les suivants: a) Leur seuil de détection est relativement élevé; chaque jaugeage demande donc une plus grande quantité de traceur. Pour des raisons pratiques, ceci peut réduire l'usage de ces traceurs aux petits débits. Cependan 1212t, pour certains traceurs, les techniques de reconcentration permettent de mesurer des débits importants (de l'ordre de 1 000 m3/s) lorsque les conditions de mélange et les pertes de traceur sont acceptables. b) Sauf pour la méthode par conductivité utilisant le chlorure de sodium, les plages de dosage des méthodes d'analyse en laboratoire sont limitées, ce qui nécessite une dilution des échantillons prélevés dans la rivière avant l'analyse. Cette restriction explique qu'il soit préférable pour les traceurs chimiques d'utiliser la méthode d'injection à débit constant (sauf pour la méthode par conductivité), car il serait difficile de déterminer le pic
Meritve pretoka tekočin v odprtih kanalih - Metode z redčenjem markerja za merjenje enakomernega pretoka - 3. del: Kemični markerji
Ta del standarda ISO 9555 obravnava uporabo kemičnih markerjev pri merjenju izpusta z metodo z redčenjem. Naprave in metode za splošno uporabo so določeni v standardu ISO 9555-I in tukaj niso ponovno navedeni, razen tistih, ki so posebej povezani s kemičnimi markerji. Kemični markerji imajo številne prednosti, navedene spodaj.
a) Tako kot pri fluorescenčnih markerjih se ravnanje z markerjem izvaja po običajni praksi kemičnega laboratorija, pri čemer ni potrebna nobena posebna oprema (npr. zaščita
pred sevanjem). Vseeno je pri ravnanju s koncentriranim markerjem potrebna skrbnost, da se prepreči onesnaženje vzorcev, pri nekaterih
markerjih pa zaradi kemične toksičnosti.
b) Na splošno so kemični markerji na trgu široko dostopni, pri čemer se jih lahko trajno shranjuje.
c) Možna je analiza z uporabo laboratorija, ki se trenutno uporablja za določanje kakovosti vode.
d) Na splošno so kemični markerji fotokemično stabilni.
General Information
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Standards Content (Sample)
I
IS0
I N TE R NAT I O NA L
STANDARD
First edition
1992-1 1-01
Measurement of liquid flow in open channels -
Tracer dilution methods for the measurement of
steady flow -
Part 3:
Che in i ca I tracers
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts -- Méthodes
de dilufioii e/, régime permai~enf ufilisant des traceurs -
Partie 3: Traceurs chimiques
Reference nurnbei-
IS0 9555-3: 1992( E)
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IS0 95553:1992(E)
Contents
Page
............................. 1
1 Scope .
2 Normative reference . 1
....................................... 2
3 Definitions and symbols .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
3.1 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
3.2 Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
Units of measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .m. . . . . . . . .
3.3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
4 Tracers used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.,.,.~.,. 2
4.1 General .,.,.
2
4.2 Iodide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.,.-. 2
4.3 Lithium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
Chloride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4
3
4.5 Chromium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 Tracer measurement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
5.1 Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
................................................................... 5
5.2 Field measurement
5
........................................................
5.3 Laboratory measurement
.................................... 7
6 Environmental factors affecting tracers
........................... 7
6.1 Chemical factors .
8
6.2 Phvsical factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
d
9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3 Biological factors
9
. . . . . . . . . . .~.
7 Techniques for tracer injection
9
8 Sampling techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
9 Analysis and sources of error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .-.
9
IO Special requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
10.1 Iodide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
0 IS0 1992
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form
or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without
permission in writing from the publisher.
international Organization for Standardization
Case Postale 56 l Ct-l-1211 Genhve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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IS0 9555=3:1992(E)
IO
10.2 Lithium . . . . . . .*.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .--.-.-. . . . . . . . . . . 10
10.3 Chloride
10.4 Chromium . . . . .I.~. 10
Annex
11
A General characteristics of commonly used chemical tracers
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
IS0 9555-3:1992(E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work
of preparing International Standards is normally carried out through IS0
technical committees. Each member body interested in a subject for
which a technical committee has been established has the right to be
represented on that committee. In2ernational organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the
work. IS0 collaborates closely with the International Electrotechnical
Comtnission (IEC) on all tnat.ters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical comtnittees are
circulated to the member bodies for voting. Publication as an Inter-
national Standard requires approval by at least 75 % of the member
bodies casting a vote.
International Standard IS0 9555-3 was prepared by Technical Committee
ISO/TC 113, Measurement of liquid flow irk open channels, Sub-
Committee SC 4, Dilution methods.
IS0 9555 consists of the following parts, under the general title
Measurement of liquid flow in open channels --- Tracer dilution methods
for the measurement of steady flow:
-- Part I: General
- Pari 2: Radioactive tracers
-- Part 3: Chemical tracers
-- Pat-t 4: Fluorescent tracers
Annex A fortns an integral part of this pat-t of IS0 9555.
iv
---------------------- Page: 4 ----------------------
IS0 9555=3:1992(E)
Introduction
The former standard series IS0 555 was subdivided into parts on the
basis of the method of field measurement, i.e. constant-rate injection
method and integration (sudden injection) method. Since the choice of
the type of tracer to be used in a field measurement will often depend
on the expertise and the laboratory facilities available, this new series
of standards IS0 9555 is divided into parts based on the type of tracer
used. This revision has enabled the unnecessary repetition of text of the
various parts to be avoided and will, it is hoped, prove to be a more
convenient form of presentation for the user.
IS0 9555 deals with the measurement of steady flow in open channels
by dilution tnethods using tracers. The methods described may also be
applied to the measurement of slowly varying flow, but they may only
be used when flow conditions ensure adequate mixing of the injected
solution throughout the flow.
For the measuretnent of vet-y large flows, tracer methods can be oner-
ous in terms of tracer costs and measurement times. However, the use
of tracers often reduces danger to personnel during flood periods.
IS0 9555-l presents the general principles of the me.thods of constant-
rate injection and integration (sudden injection). IS0 9555-2, IS0 9555-3
and IS0 9555-4 deal with the specific aspects of the use of radioactive,
chemical and fluorescent tracers, respectively, as well as specific ana-
lytical procedures.
This approach has been adopted for the following reasons:
- to facilitate subsequent updating, additions or revisions which con-
cern only IS0 9555-2, IS0 9555-3 or IS0 9555-4;
- to provide a more practical document for the user, who is often
obliged to choose the tracer best suited to the available analytical
equipment.
#
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This page intentionally left blank
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INTERNATIONAL STANDARD IS0 9555=3:1992(E)
Measurement of liquid flow in open channels - Tracer
dilution methods for the measurement of steady flow -
Part 3:
Chemical tracers
tration techniques can perrnit the measurement
1 scope
of large discharges (of the order of 1 000 tn3/s)
where conditions of mixing and tracer loss are
This part of IS0 9555 deals with the use of chemical
acceptable.
tracers in discharge measurements by the dilution
method. Apparatus and methods of general appli-
b) With the exception of the conductivity method for
cation are set out in IS0 9555-l and are not repeated
sodium choride, the determination ranges of
here, with the exception of those relating specifically
laboratory analysis methods are limited, so di-
to chemical tracers.
lution of river samples may be necessary before
analysis. This limitation means that the
Chemical tracers have several advantages as fol-
\
constant-rate injection method is preferable fot
lows.
chemical tracers (excep-ting the conductivity
method) since determination of the peak con-
a) As with fluorescent tracers, the handling of the
centrations resulting from a sudden injection
tracer follows normal chemical laboratory prac-
would be difficult.
tice, and no special equipment (e.g. radiation
shielding) is required. Care is still required,
c) Natural background levels, particularly of con-
however, when handling concentrated tracer, to
ductivity (resulting from dissolved solids in natu-
avoid contamination of samples and, with some
ral waters), may be high and variable, and this
tracers, for reasons of chemical toxicity.
necessitates the use of a larger arnount of tracer
than would be apparent from a consideration of
b) In general, chemical tracers are widely available
detection limits only.
commercially, and tnay be stored indefinitely.
d) It is not possible to use a carrier, as in the case
c) Analysis may be possible using laboratory facili-
of radioactive tracers, and losses by adsorption
ties currently used for water quality determi-
may be serious in some cases.
nation.
d) In general, chemical tracers are phofochemically 2 Normative reference
stable.
The following standard contains provisions which,
The disadvantages of chetnical tracers are as fol- through reference in this text, constitute provisions
lows: of this part of IS0 9555. At the time of publication,
the edition indicated was valid. All standards are
a) Their detection limits are relatively high and subject to revision, and parties to agreements based
therefore a larger quantity of tracer is required on this part of IS0 9555 are encouraged to investi-
gate the possibility of applying the most recent edi-
for each gauging than in the case of radioactive
or fluorescent tracers. For practical reasons this tion of the standard indicated below. Members of
may restrict their application to small dis- IEC and IS0 maintain registers of currenfly valid In-
charges. However, for certain tracer-s, reconcen- ternational Standards.
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IS0 9555-3:1992(E)
IS0 772:1988, Liquid flow measureme& in open
3.3 Units of measurement
channels -
Vocabulary atId symbols.
The units of measurement used in this part of
IS0 9555 are SI units .
3 Definitions and symbols
4 Tracers used
3.1 Definitions
4.1 General
Definitions relating to many aspects of flow
The chemical tracers in common use are as follows:
measurement, including dilution methods, are given
in IS0 772. For the purposes of this part of IS0 9555,
a) iodide as sodium iodide, solubility 1 800 kg per
the following definitions apply.
m3;
3.1.1 ion-selective electrode: Potentiometric probe,
b) lithium as lithium chloride, solubility 600 kg per
the output potential of which, when measured
m”;
against a suitable reference electrode, is pro-
portional to the activity of the selected ion in the
c) chloride as sodium chloride, solubility 350 kg per
solution under test.
m3;
3.1.2 interference: Error in the determination of a
d) chromium as sodium dichromate, solubility
chemical ion, caused by the sensitivity of the ana- 800 kg per m3.
lytical method to the presence of other ions in sol-
Bromide and fluoride are satisfactory tracers but are
ution.
not in common use. Other substances such as
manganese sulfate and sodium nitrate have also
3.1.3 Beer-Lambert law: A physical law stating that
been used.
the absorption of light energy by an absorbing me-
dium varies exponentially with the light path length
The general ch ara cterist its of corn monly used
through the medium and with the molar concen-
them ical tracers are given in annex A.
tration of the medium.
4.2 Iodide
3.1.4 calorimetry: Chemical analysis method based
on the measurement of the absorption of visible light
Sodium iodide and potassium iodide are highly sol-
in a given range of wavelengths by substances in
uble, and solutions of both have been used as trac-
solution according to the Beer-Lambert law.
ers; sodium iodide is cheaper per unit mass of
iodide. The iodide ion may be determined by cata-
3.1.5 atomic absorption flame spectrometry:
lytic spectt-ophotometry, or by using an ion-selective
Chemical analysis method based on the measure-
electrode. In each case the detection limit is ap-
ment of the absorption of visible light in a given
proximately 1 pg/I and a practical working range is
range of wavelengths by a sarnple atomized in a
10 pg/l to 100 pg/l. Concentrations in natural fresh
flame according to the Beer-Lambert law.
waters may reach 2 pg/I but are usually much lower.
The catalytic spectrophotometric method is pre-
3.1.6 atomic emission flame spectrometry: Chemi-
ferred for laboratory analysis (see 5.1.1.1) while the
cal analysis method based on the measurement of
ion-selective electrode method may be applied irk
light in a given range of wavelengths emitted by a
situ (see 5.1.1.2 and 5.2.1).
a sample atomized in a flame according to the
Beer-Lambert law.
4.3 Lithium
3.1.7 adsorption: Removal of ions from solution by
Lithium is available as a variety of salts and the
a solid surface.
chloride is generally used for tracer studies. Lithium
chloride is the cheapest chemical form for a given
3.1.8 conductivity method: Technique for determin-
weight of lithium; lithium brine, which may contain
ing the concentration of the tracer by means of
up to 83 g of lithium per litre, is more convenient to
electrical conductivity.
handle than anhydrous lithium chloride which is
deliquescent and dissolves exothermically (see
10.2.1).
3.2 Symbols
Lithium is normally determined either by atotnic
The symbols used in this part of IS0 9555 are de- emission flame spectrornetry or atomic absorption
flame spectrometry, and the detection limits are
fined where they occur in the text.
2
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IS0 9555=3:1992(E)
typically 0,l klg/l and IO mg/l respectively. Concen-
5 Tracer measurement
trations in open-channel flows range from less than
0,l pg/l in mountain streams to greater than
IO mg/l in mineral processing plant effluents. Sew-
5.1 Principles
age effluents, and some rivers receiving these, can
contain typically IO klg/l to 50 cig/I. Destructive anal-
ysis uses a few tnillitres of sample, but techniques 5.1 .I Iodide
such as flameless atomic absorption spectrometry
may be used if only very small sample volumes are
5.1 .I .I Catalytic spectrometric method
available.
The iodide ion in weak solution may be determined
by its catalytic effect on the rate of the reaction be-
tween the ceric ion and arsenious acid. The yellow
colour of a ceric solution is measured spectro-
metrically at a fixed time after the start of the re-
4.4 Chloride
action and the reduction in absorbance, caused by
a faster reaction in the presence of iodide, is re-
The conductivity method owes its popularity to the
corded. Close control of the temperature of the re-
relative simplicity and low cost of conductivity me-
acting solutions is essential. Concentrations of
ters that can be used in the field, and to the proper-
iodide are determined by reference to a calibration
ties of the tracer (sodium chloride) which is
curve. Standards for the preparation of the cali-
characterized by a high degree of electrolytic
bration curve are made up using a large “back-
dissociation when dissolved in water, easy avail-
ground” sample, taken from the flow upstream of or
ability and low price, and a moderate solubility, with
‘before the injection, as a diluent.
little dependence of solubility on temperature. Fur-
thermore, sodiutn chloride is relatively harmless to
Background coloration, turbidity or the? presence in
animal and plant life in the concentrations used, and
the water of substances capable of reducing am-
shows little adsorption by vegetation and the ma-
monium cerium(lV) sulfate interfere in the pro-
terials of the streambed.
cedure. Reaction mixtures derived from coloured or
turbid waters have a lower transmission than those
A disadvantage of the conductivity method is the
derived from distilled water, and this shift in trans-
high background level, typically 25 mS/cm to
mission is more pronounced in those reaction mix-
500 mS/cm, resulting from naturally occurring dis-
tures containing higher concentrations of iodide,
solved solids. Although the detection limit of sodium
leading to a lowered gradient of the calibration
chloride approaches 0,5 mg/l with generally avail-
curve for coloured waters. This behaviour and the
able conductivity meters, the conductivity of natural
curvilinear nature of the calibration curve mean that
waters is such that large quantities of sodium
it is necessary to construct a calibration graph for
chloride may be required to give an accurately
each gauging exercise, using background water as
measurable change in the conductivity of the stream
a diluent. This procedure also has the advantage
water. The tracer must be diluted with large quanti-
that any other unknown interfering substances are
ties of water to obtain an injection solution with a
present at the sarne concentration in both the sam-
specific gravity that is sufficiently low to avoid den-
ples and the standards.
sity segregation.
5.1 .I .2 Ion-selective electrode method
The ion-selective electrode (or more precisely the
cell consisting of the ion-selective electrode, the
sample and a reference electrode) produces a dif-
4.5 Chromium
ference in electrical potential which is related, within
a certain range, to the activity of the iodide ion in
Chromium is used as a tracer in the form of sodium
solution. For solutions of concentration less ihan
dichromate; the process of solution is endothermic.
about 0,000 1 mol/l (12,7 mg/l, or a molar solution
of sodium iodide havi lg a concentration of 127 g/l)
Hexavalent chromium at 0,l mg/l can be analysed
the followi ation holds:
w equ
directly by calorimetry using suitable reagents, but
it is also possible to perform a preliminary recon-
at 25 “c>
centration by extraction, and thus to improve the
sensitivity of the method by a factor of IO, or even
where
100, to detect 1 pg/l.
4’
/ I is the potential measured, in millivolts;
Total chromium in similar concentration ranges is
'7
I is the standard potential, in millivolts;
analysed by atomic absorption flame spectrometry.
:0
3
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IS0 9555-3:1992(E)
utions, shall have as similar a composition as poss-
I is the concentration of the iodide ion in
ible, except for their lithium content, and shall be
solution, in moles per litre.
processed in as similar a manner as possible. The
In normal use, both the samples and the standards
stability of the concentration of competing ions, as
used to establish the calibration curve are brought
well as of the naturally occurring lithium, shall be
to a constant total ionic strength by the addition of
checked during a tracer exercise by a full exam-
an equal volume of 2 mol/l analytical reagent grade
ination of the samples taken, preferably at the sam-
potassium nitrate solution. The potential across the
pling site, before and after the tracer injection.
cell Is measured using a high-impedance meter, and
Alternatively, regular samples tnay be taken up-
the iodide concentration is determined by reference
stream of the injection point during a tracer injection
to a calibration curve.
provided that there is no ingress of water into the
stream between the tracer sampling site and the
In dilution gauging, it is necessary to know only the
background sampling site.
concentration of tracer added to the river water
during the gauging, and it is preferable to use
5.1.3 Chloride
stream background water as a diluent when making
up calibration standards, as this procedure over-
The conductivity method is based on the determi-
comes problems with interfering substances, i.e.
nation of tracer concentration in the stream by an
those substances, in addition to iodide, to which the
indirect method, i.e. by a change in the electrical
electrode is sensitive. Iodide present in the back-
conductivity of the water. The application of this
ground water could lead to slight deviations from
principle is facilitated by the fact that in very dilute
linearity in the curve of logarithmic concentration
electrolytes there is a linear relationship between
versus electrical potential.
the tracer concentration, (:, and the electrical con-
ductivity, S:
c- KS
5.1.2 Lithium
where K is a coefficient of proportionality which
The flame spectrometric method, normally used in
varies according to the tracer.
the laboratory, is based on measuring the energy
transitions which lithium atoms undergo in a flame.
NOTE 1 For sodium chloride, for example, the variation
In this method lithium atoms are produced by feed-
in conductivity is 1,86 )&/cm for 1 mg/l of salt at 18 “C,
ing the sample solution, as fine droplets, into a and the linear relation holds up to concentrations of
flame. In atomic emission instruments the processes 53 g/l.
in the flame excite the lithium atoms above their
ground energy state, and the atoms then stabilize The water conductivity is measured using an instru-
by emitting light predominantly at a wavelength of rnent in which the electrical resistance between two
electrodes is determined by an alternating current
671 nrn. In atomic absorption instruments light of the
principal emission wavelength of 671 nm is passed bridge circuit operating at a frequency of the order
through the flame and its absorption by lithium at. of 2 kHz. The use of alternating current is necessary
orns, ‘as they are excited from their ground energy to inhibit the production of gas bubbles by
state, is measured. The emission method is more electrolysis of the water. It is possible to obtain
sensitive than the absorption method but the latter relatively inexpensive portable instruments, pow-
is less subject to interference, for example by ered by internal batteries, that can be used to make
calcium. single measurements or to record continuously.
There is an opt.imum flame temperature, since
5.1.4 Chromium
ionization increases with flame temperature, reduc-
ing the number of atorns available for excitation in
the flame. Elements present in the solution which
5.1.4.1 Colorimetry
undergo ionization less readily than lithium, e.g.
magnesium, will also increase lithium ionization by
Samples are not sufficiently coloured for direct
competing for free electrons in the flame. Con-
calorimetric analysis; it is necessary to produce a
versely, elements which ionize more readily than
colour by the addition of a reagent. The principal
lithium, e.g. potassium, will increase the production
reagent used for calorimetric determination of
of free lithium atoms. The formation of complex
hexavalent chromium is based on diphenylcar-
molecular species of lithium, e.g. lithium oxide ot
bazide (DPC) [(C&),CO(NH),].
hydroxide, in the flame will reduce the number of
lithium atoms. and complex molecules of other el- The complex formed by the addition of this reagent
ements, e.g. calcium, may interfere spectrally. to aqueous solutions of hexavalent chromium (Cr”)
Clearly, sample composition plays an important part is rose-violet in colour and obeys the Beer-Lambert
in analytical sensitivity and reproducibility. Where
law with a peak intensity around 545 nm. The action
possible all samples,
including comparative sol- of the reagent is enhanced in acidic medium.
4
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IS0 9555-3:1992(E)
Several solvents of DPC can be used to prepare the
5.2.2 Lithium
reagent, for example, the preparation 0,125 g of
DPC, 2 g of phthalic anhydride and 50 ml of pure There is no field method for the analysis of lithium.
ethanol requires vigorous agitation and heating of Analysis of samples in a field laboratory is feasible
the solution to about 50 “C to obtain effective sol- but there is little to gain from such a procedure.
ution of the phthalic anhydride, while in the case of
the preparation 0,125 g of DPC and 50 ml of highly
52.3 Chloride
pure acetone dissolution is almost immediate; hovv-
ever, the flask must be sealed hermetically to avoid
The amount of tracer injected may be determined
evaporation of the acetone.
indirectly by measuring the electrical conductivity
of the injected solution. The linearity of the relation
These two reagent solutions are stable for several
between concentration and conductivity does not
days if protected from light.
hold for very concentrated solutions, and therefore
The calorimetric analysis of sediment-taden water is the solution is usually diluted before measurement
to bring its concentration into the optimum measur-
affected by scattering and diffraction of light by the
pretiminary
particles in suspension. Therefore, ing range (see 5.1.3). The dilution factor is such that
the concentration of the diluted injection solution,
clarification of filtration of the solution is necessary
in this case (see IS0 9555-l). used for calibration, is of the same order of magni-
tude as the mean concentration of river samples
taken during the passage of the tracer.
5.1.4.2 Atomic absorption flame spectrometry
Because of the influence of temperature on the
This physical method for analysing metallic el-
conductivity of electrolytes, it is necessary to carry
ements uses the property of atoms to absorb quanta
out all determinations at the same temperature. For
of energy at. certain wavelengths. The solution to be
a solution of sodium chloride, the relative variation
analysed is vaporized in a flame which atomizes the
in conductivity is of the order of 2 % to 3 % per
elements present in the solution. The flame is tra-
kelvin; thus for accurate measurement (better than
versed by a modulated light beam coming from a
+ 1 OXI) the temperature should not vary more than
source consisting of a hollow cathode lamp, whose
about 0,l K.
cathode, composed of the metal to be analysed,
emits a spectrum containing the absorption lines
The natural conductivity of the river water is taken
peculiar to the element considered. The measure-
into account either by direct measurement or by an
ment of the intensity of this light beam before and
appropriate correction of the zero of the measuring
during vaporization permits the determination of the
instrument. The latter method is appropriate only if
concentration of the element being analysed.
there is no appreciable variation in background
conductivity with time.
For chromium the most strongly absorbed spectral
line is 357,8 nm and the calibration curve follows the
In the constant-rate injection method, measure-
Beer-Lambert law for a range of concentration be-
ments of conductivity may be started at the moment
tween 0,5 pg and 100 pg of chromium per litre.
when the conductivity rises above the background
level. This gives a simple and reliable means of
checking that the steady state is achieved.
5.2 Field measurement
In the integration method also, the field recording
5.2.1 Iodide
of conductivity is a valuable guide to the start and
duration of sampling.
The iodide ion may be determined in the field using
the ion-selective electrode in a flow cell. The flow,
5.2.4 Chromium
cell offers the advantages of a controlled stirring of
the sample, and protection from exposure to light.
There is no in sifu analytical method. However, the
The temperature of the water flowing through the
simplicity of laboratory apparatus, e.g. pipettes and
cell shall be thermostatically controlled, as the
flasks for dilutions, and the use of a calorimeter
standard potential I$ varies at a rate of - 0,6 mV/K.
powered by a battery, make it possible to perform
For precise measurements it is necessary to carry
an immediate analysis at the measuring site.
out a controlled addition of an ionic strength ad-
juster (see 5.1.1.2).
5.3 Laboratory measurement
Even without the sophistication of thermostatic con-
trol and the ionic strength adjuster, the ion-selective
The laboratory analysis of gauging samples
electrode is a valuable indicator of the passage of
the tracer (in the sudden injection meth
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 9555-3:2013
01-april-2013
0HULWYHSUHWRNDWHNRþLQYRGSUWLKNDQDOLK0HWRGH]UHGþHQMHPPDUNHUMD]D
PHUMHQMHHQDNRPHUQHJDSUHWRNDGHO .HPLþQLPDUNHUML
Measurement of liquid flow in open channels - Tracer dilution methods for the
measurement of steady flow - Part 3: Chemical tracers
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Méthodes de dilution en
régime permanent utilisant des traceurs - Partie 3: Traceurs chimiques
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 9555-3:1992
ICS:
17.120.20 Pretok v odprtih kanalih Flow in open channels
SIST ISO 9555-3:2013 en,fr,de
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
---------------------- Page: 1 ----------------------
SIST ISO 9555-3:2013
---------------------- Page: 2 ----------------------
SIST ISO 9555-3:2013
I
IS0
I N TE R NAT I O NA L
STANDARD
First edition
1992-1 1-01
Measurement of liquid flow in open channels -
Tracer dilution methods for the measurement of
steady flow -
Part 3:
Che in i ca I tracers
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts -- Méthodes
de dilufioii e/, régime permai~enf ufilisant des traceurs -
Partie 3: Traceurs chimiques
Reference nurnbei-
IS0 9555-3: 1992( E)
---------------------- Page: 3 ----------------------
SIST ISO 9555-3:2013
IS0 95553:1992(E)
Contents
Page
............................. 1
1 Scope .
2 Normative reference . 1
....................................... 2
3 Definitions and symbols .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
3.1 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
3.2 Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
Units of measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .m. . . . . . . . .
3.3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
4 Tracers used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.,.,.~.,. 2
4.1 General .,.,.
2
4.2 Iodide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.,.-. 2
4.3 Lithium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
Chloride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4
3
4.5 Chromium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 Tracer measurement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
5.1 Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
................................................................... 5
5.2 Field measurement
5
........................................................
5.3 Laboratory measurement
.................................... 7
6 Environmental factors affecting tracers
........................... 7
6.1 Chemical factors .
8
6.2 Phvsical factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
d
9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3 Biological factors
9
. . . . . . . . . . .~.
7 Techniques for tracer injection
9
8 Sampling techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
9 Analysis and sources of error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .-.
9
IO Special requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
10.1 Iodide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
0 IS0 1992
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form
or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without
permission in writing from the publisher.
international Organization for Standardization
Case Postale 56 l Ct-l-1211 Genhve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 4 ----------------------
SIST ISO 9555-3:2013
IS0 9555=3:1992(E)
IO
10.2 Lithium . . . . . . .*.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .--.-.-. . . . . . . . . . . 10
10.3 Chloride
10.4 Chromium . . . . .I.~. 10
Annex
11
A General characteristics of commonly used chemical tracers
. . .
III
---------------------- Page: 5 ----------------------
SIST ISO 9555-3:2013
IS0 9555-3:1992(E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work
of preparing International Standards is normally carried out through IS0
technical committees. Each member body interested in a subject for
which a technical committee has been established has the right to be
represented on that committee. In2ernational organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the
work. IS0 collaborates closely with the International Electrotechnical
Comtnission (IEC) on all tnat.ters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical comtnittees are
circulated to the member bodies for voting. Publication as an Inter-
national Standard requires approval by at least 75 % of the member
bodies casting a vote.
International Standard IS0 9555-3 was prepared by Technical Committee
ISO/TC 113, Measurement of liquid flow irk open channels, Sub-
Committee SC 4, Dilution methods.
IS0 9555 consists of the following parts, under the general title
Measurement of liquid flow in open channels --- Tracer dilution methods
for the measurement of steady flow:
-- Part I: General
- Pari 2: Radioactive tracers
-- Part 3: Chemical tracers
-- Pat-t 4: Fluorescent tracers
Annex A fortns an integral part of this pat-t of IS0 9555.
iv
---------------------- Page: 6 ----------------------
SIST ISO 9555-3:2013
IS0 9555=3:1992(E)
Introduction
The former standard series IS0 555 was subdivided into parts on the
basis of the method of field measurement, i.e. constant-rate injection
method and integration (sudden injection) method. Since the choice of
the type of tracer to be used in a field measurement will often depend
on the expertise and the laboratory facilities available, this new series
of standards IS0 9555 is divided into parts based on the type of tracer
used. This revision has enabled the unnecessary repetition of text of the
various parts to be avoided and will, it is hoped, prove to be a more
convenient form of presentation for the user.
IS0 9555 deals with the measurement of steady flow in open channels
by dilution tnethods using tracers. The methods described may also be
applied to the measurement of slowly varying flow, but they may only
be used when flow conditions ensure adequate mixing of the injected
solution throughout the flow.
For the measuretnent of vet-y large flows, tracer methods can be oner-
ous in terms of tracer costs and measurement times. However, the use
of tracers often reduces danger to personnel during flood periods.
IS0 9555-l presents the general principles of the me.thods of constant-
rate injection and integration (sudden injection). IS0 9555-2, IS0 9555-3
and IS0 9555-4 deal with the specific aspects of the use of radioactive,
chemical and fluorescent tracers, respectively, as well as specific ana-
lytical procedures.
This approach has been adopted for the following reasons:
- to facilitate subsequent updating, additions or revisions which con-
cern only IS0 9555-2, IS0 9555-3 or IS0 9555-4;
- to provide a more practical document for the user, who is often
obliged to choose the tracer best suited to the available analytical
equipment.
#
---------------------- Page: 7 ----------------------
SIST ISO 9555-3:2013
This page intentionally left blank
---------------------- Page: 8 ----------------------
SIST ISO 9555-3:2013
INTERNATIONAL STANDARD IS0 9555=3:1992(E)
Measurement of liquid flow in open channels - Tracer
dilution methods for the measurement of steady flow -
Part 3:
Chemical tracers
tration techniques can perrnit the measurement
1 scope
of large discharges (of the order of 1 000 tn3/s)
where conditions of mixing and tracer loss are
This part of IS0 9555 deals with the use of chemical
acceptable.
tracers in discharge measurements by the dilution
method. Apparatus and methods of general appli-
b) With the exception of the conductivity method for
cation are set out in IS0 9555-l and are not repeated
sodium choride, the determination ranges of
here, with the exception of those relating specifically
laboratory analysis methods are limited, so di-
to chemical tracers.
lution of river samples may be necessary before
analysis. This limitation means that the
Chemical tracers have several advantages as fol-
\
constant-rate injection method is preferable fot
lows.
chemical tracers (excep-ting the conductivity
method) since determination of the peak con-
a) As with fluorescent tracers, the handling of the
centrations resulting from a sudden injection
tracer follows normal chemical laboratory prac-
would be difficult.
tice, and no special equipment (e.g. radiation
shielding) is required. Care is still required,
c) Natural background levels, particularly of con-
however, when handling concentrated tracer, to
ductivity (resulting from dissolved solids in natu-
avoid contamination of samples and, with some
ral waters), may be high and variable, and this
tracers, for reasons of chemical toxicity.
necessitates the use of a larger arnount of tracer
than would be apparent from a consideration of
b) In general, chemical tracers are widely available
detection limits only.
commercially, and tnay be stored indefinitely.
d) It is not possible to use a carrier, as in the case
c) Analysis may be possible using laboratory facili-
of radioactive tracers, and losses by adsorption
ties currently used for water quality determi-
may be serious in some cases.
nation.
d) In general, chemical tracers are phofochemically 2 Normative reference
stable.
The following standard contains provisions which,
The disadvantages of chetnical tracers are as fol- through reference in this text, constitute provisions
lows: of this part of IS0 9555. At the time of publication,
the edition indicated was valid. All standards are
a) Their detection limits are relatively high and subject to revision, and parties to agreements based
therefore a larger quantity of tracer is required on this part of IS0 9555 are encouraged to investi-
gate the possibility of applying the most recent edi-
for each gauging than in the case of radioactive
or fluorescent tracers. For practical reasons this tion of the standard indicated below. Members of
may restrict their application to small dis- IEC and IS0 maintain registers of currenfly valid In-
charges. However, for certain tracer-s, reconcen- ternational Standards.
---------------------- Page: 9 ----------------------
SIST ISO 9555-3:2013
IS0 9555-3:1992(E)
IS0 772:1988, Liquid flow measureme& in open
3.3 Units of measurement
channels -
Vocabulary atId symbols.
The units of measurement used in this part of
IS0 9555 are SI units .
3 Definitions and symbols
4 Tracers used
3.1 Definitions
4.1 General
Definitions relating to many aspects of flow
The chemical tracers in common use are as follows:
measurement, including dilution methods, are given
in IS0 772. For the purposes of this part of IS0 9555,
a) iodide as sodium iodide, solubility 1 800 kg per
the following definitions apply.
m3;
3.1.1 ion-selective electrode: Potentiometric probe,
b) lithium as lithium chloride, solubility 600 kg per
the output potential of which, when measured
m”;
against a suitable reference electrode, is pro-
portional to the activity of the selected ion in the
c) chloride as sodium chloride, solubility 350 kg per
solution under test.
m3;
3.1.2 interference: Error in the determination of a
d) chromium as sodium dichromate, solubility
chemical ion, caused by the sensitivity of the ana- 800 kg per m3.
lytical method to the presence of other ions in sol-
Bromide and fluoride are satisfactory tracers but are
ution.
not in common use. Other substances such as
manganese sulfate and sodium nitrate have also
3.1.3 Beer-Lambert law: A physical law stating that
been used.
the absorption of light energy by an absorbing me-
dium varies exponentially with the light path length
The general ch ara cterist its of corn monly used
through the medium and with the molar concen-
them ical tracers are given in annex A.
tration of the medium.
4.2 Iodide
3.1.4 calorimetry: Chemical analysis method based
on the measurement of the absorption of visible light
Sodium iodide and potassium iodide are highly sol-
in a given range of wavelengths by substances in
uble, and solutions of both have been used as trac-
solution according to the Beer-Lambert law.
ers; sodium iodide is cheaper per unit mass of
iodide. The iodide ion may be determined by cata-
3.1.5 atomic absorption flame spectrometry:
lytic spectt-ophotometry, or by using an ion-selective
Chemical analysis method based on the measure-
electrode. In each case the detection limit is ap-
ment of the absorption of visible light in a given
proximately 1 pg/I and a practical working range is
range of wavelengths by a sarnple atomized in a
10 pg/l to 100 pg/l. Concentrations in natural fresh
flame according to the Beer-Lambert law.
waters may reach 2 pg/I but are usually much lower.
The catalytic spectrophotometric method is pre-
3.1.6 atomic emission flame spectrometry: Chemi-
ferred for laboratory analysis (see 5.1.1.1) while the
cal analysis method based on the measurement of
ion-selective electrode method may be applied irk
light in a given range of wavelengths emitted by a
situ (see 5.1.1.2 and 5.2.1).
a sample atomized in a flame according to the
Beer-Lambert law.
4.3 Lithium
3.1.7 adsorption: Removal of ions from solution by
Lithium is available as a variety of salts and the
a solid surface.
chloride is generally used for tracer studies. Lithium
chloride is the cheapest chemical form for a given
3.1.8 conductivity method: Technique for determin-
weight of lithium; lithium brine, which may contain
ing the concentration of the tracer by means of
up to 83 g of lithium per litre, is more convenient to
electrical conductivity.
handle than anhydrous lithium chloride which is
deliquescent and dissolves exothermically (see
10.2.1).
3.2 Symbols
Lithium is normally determined either by atotnic
The symbols used in this part of IS0 9555 are de- emission flame spectrornetry or atomic absorption
flame spectrometry, and the detection limits are
fined where they occur in the text.
2
---------------------- Page: 10 ----------------------
SIST ISO 9555-3:2013
IS0 9555=3:1992(E)
typically 0,l klg/l and IO mg/l respectively. Concen-
5 Tracer measurement
trations in open-channel flows range from less than
0,l pg/l in mountain streams to greater than
IO mg/l in mineral processing plant effluents. Sew-
5.1 Principles
age effluents, and some rivers receiving these, can
contain typically IO klg/l to 50 cig/I. Destructive anal-
ysis uses a few tnillitres of sample, but techniques 5.1 .I Iodide
such as flameless atomic absorption spectrometry
may be used if only very small sample volumes are
5.1 .I .I Catalytic spectrometric method
available.
The iodide ion in weak solution may be determined
by its catalytic effect on the rate of the reaction be-
tween the ceric ion and arsenious acid. The yellow
colour of a ceric solution is measured spectro-
metrically at a fixed time after the start of the re-
4.4 Chloride
action and the reduction in absorbance, caused by
a faster reaction in the presence of iodide, is re-
The conductivity method owes its popularity to the
corded. Close control of the temperature of the re-
relative simplicity and low cost of conductivity me-
acting solutions is essential. Concentrations of
ters that can be used in the field, and to the proper-
iodide are determined by reference to a calibration
ties of the tracer (sodium chloride) which is
curve. Standards for the preparation of the cali-
characterized by a high degree of electrolytic
bration curve are made up using a large “back-
dissociation when dissolved in water, easy avail-
ground” sample, taken from the flow upstream of or
ability and low price, and a moderate solubility, with
‘before the injection, as a diluent.
little dependence of solubility on temperature. Fur-
thermore, sodiutn chloride is relatively harmless to
Background coloration, turbidity or the? presence in
animal and plant life in the concentrations used, and
the water of substances capable of reducing am-
shows little adsorption by vegetation and the ma-
monium cerium(lV) sulfate interfere in the pro-
terials of the streambed.
cedure. Reaction mixtures derived from coloured or
turbid waters have a lower transmission than those
A disadvantage of the conductivity method is the
derived from distilled water, and this shift in trans-
high background level, typically 25 mS/cm to
mission is more pronounced in those reaction mix-
500 mS/cm, resulting from naturally occurring dis-
tures containing higher concentrations of iodide,
solved solids. Although the detection limit of sodium
leading to a lowered gradient of the calibration
chloride approaches 0,5 mg/l with generally avail-
curve for coloured waters. This behaviour and the
able conductivity meters, the conductivity of natural
curvilinear nature of the calibration curve mean that
waters is such that large quantities of sodium
it is necessary to construct a calibration graph for
chloride may be required to give an accurately
each gauging exercise, using background water as
measurable change in the conductivity of the stream
a diluent. This procedure also has the advantage
water. The tracer must be diluted with large quanti-
that any other unknown interfering substances are
ties of water to obtain an injection solution with a
present at the sarne concentration in both the sam-
specific gravity that is sufficiently low to avoid den-
ples and the standards.
sity segregation.
5.1 .I .2 Ion-selective electrode method
The ion-selective electrode (or more precisely the
cell consisting of the ion-selective electrode, the
sample and a reference electrode) produces a dif-
4.5 Chromium
ference in electrical potential which is related, within
a certain range, to the activity of the iodide ion in
Chromium is used as a tracer in the form of sodium
solution. For solutions of concentration less ihan
dichromate; the process of solution is endothermic.
about 0,000 1 mol/l (12,7 mg/l, or a molar solution
of sodium iodide havi lg a concentration of 127 g/l)
Hexavalent chromium at 0,l mg/l can be analysed
the followi ation holds:
w equ
directly by calorimetry using suitable reagents, but
it is also possible to perform a preliminary recon-
at 25 “c>
centration by extraction, and thus to improve the
sensitivity of the method by a factor of IO, or even
where
100, to detect 1 pg/l.
4’
/ I is the potential measured, in millivolts;
Total chromium in similar concentration ranges is
'7
I is the standard potential, in millivolts;
analysed by atomic absorption flame spectrometry.
:0
3
---------------------- Page: 11 ----------------------
SIST ISO 9555-3:2013
IS0 9555-3:1992(E)
utions, shall have as similar a composition as poss-
I is the concentration of the iodide ion in
ible, except for their lithium content, and shall be
solution, in moles per litre.
processed in as similar a manner as possible. The
In normal use, both the samples and the standards
stability of the concentration of competing ions, as
used to establish the calibration curve are brought
well as of the naturally occurring lithium, shall be
to a constant total ionic strength by the addition of
checked during a tracer exercise by a full exam-
an equal volume of 2 mol/l analytical reagent grade
ination of the samples taken, preferably at the sam-
potassium nitrate solution. The potential across the
pling site, before and after the tracer injection.
cell Is measured using a high-impedance meter, and
Alternatively, regular samples tnay be taken up-
the iodide concentration is determined by reference
stream of the injection point during a tracer injection
to a calibration curve.
provided that there is no ingress of water into the
stream between the tracer sampling site and the
In dilution gauging, it is necessary to know only the
background sampling site.
concentration of tracer added to the river water
during the gauging, and it is preferable to use
5.1.3 Chloride
stream background water as a diluent when making
up calibration standards, as this procedure over-
The conductivity method is based on the determi-
comes problems with interfering substances, i.e.
nation of tracer concentration in the stream by an
those substances, in addition to iodide, to which the
indirect method, i.e. by a change in the electrical
electrode is sensitive. Iodide present in the back-
conductivity of the water. The application of this
ground water could lead to slight deviations from
principle is facilitated by the fact that in very dilute
linearity in the curve of logarithmic concentration
electrolytes there is a linear relationship between
versus electrical potential.
the tracer concentration, (:, and the electrical con-
ductivity, S:
c- KS
5.1.2 Lithium
where K is a coefficient of proportionality which
The flame spectrometric method, normally used in
varies according to the tracer.
the laboratory, is based on measuring the energy
transitions which lithium atoms undergo in a flame.
NOTE 1 For sodium chloride, for example, the variation
In this method lithium atoms are produced by feed-
in conductivity is 1,86 )&/cm for 1 mg/l of salt at 18 “C,
ing the sample solution, as fine droplets, into a and the linear relation holds up to concentrations of
flame. In atomic emission instruments the processes 53 g/l.
in the flame excite the lithium atoms above their
ground energy state, and the atoms then stabilize The water conductivity is measured using an instru-
by emitting light predominantly at a wavelength of rnent in which the electrical resistance between two
electrodes is determined by an alternating current
671 nrn. In atomic absorption instruments light of the
principal emission wavelength of 671 nm is passed bridge circuit operating at a frequency of the order
through the flame and its absorption by lithium at. of 2 kHz. The use of alternating current is necessary
orns, ‘as they are excited from their ground energy to inhibit the production of gas bubbles by
state, is measured. The emission method is more electrolysis of the water. It is possible to obtain
sensitive than the absorption method but the latter relatively inexpensive portable instruments, pow-
is less subject to interference, for example by ered by internal batteries, that can be used to make
calcium. single measurements or to record continuously.
There is an opt.imum flame temperature, since
5.1.4 Chromium
ionization increases with flame temperature, reduc-
ing the number of atorns available for excitation in
the flame. Elements present in the solution which
5.1.4.1 Colorimetry
undergo ionization less readily than lithium, e.g.
magnesium, will also increase lithium ionization by
Samples are not sufficiently coloured for direct
competing for free electrons in the flame. Con-
calorimetric analysis; it is necessary to produce a
versely, elements which ionize more readily than
colour by the addition of a reagent. The principal
lithium, e.g. potassium, will increase the production
reagent used for calorimetric determination of
of free lithium atoms. The formation of complex
hexavalent chromium is based on diphenylcar-
molecular species of lithium, e.g. lithium oxide ot
bazide (DPC) [(C&),CO(NH),].
hydroxide, in the flame will reduce the number of
lithium atoms. and complex molecules of other el- The complex formed by the addition of this reagent
ements, e.g. calcium, may interfere spectrally. to aqueous solutions of hexavalent chromium (Cr”)
Clearly, sample composition plays an important part is rose-violet in colour and obeys the Beer-Lambert
in analytical sensitivity and reproducibility. Where
law with a peak intensity around 545 nm. The action
possible all samples,
including comparative sol- of the reagent is enhanced in acidic medium.
4
---------------------- Page: 12 ----------------------
SIST ISO 9555-3:2013
IS0 9555-3:1992(E)
Several solvents of DPC can be used to prepare the
5.2.2 Lithium
reagent, for example, the preparation 0,125 g of
DPC, 2 g of phthalic anhydride and 50 ml of pure There is no field method for the analysis of lithium.
ethanol requires vigorous agitation and heating of Analysis of samples in a field laboratory is feasible
the solution to about 50 “C to obtain effective sol- but there is little to gain from such a procedure.
ution of the phthalic anhydride, while in the case of
the preparation 0,125 g of DPC and 50 ml of highly
52.3 Chloride
pure acetone dissolution is almost immediate; hovv-
ever, the flask must be sealed hermetically to avoid
The amount of tracer injected may be determined
evaporation of the acetone.
indirectly by measuring the electrical conductivity
of the injected solution. The linearity of the relation
These two reagent solutions are stable for several
between concentration and conductivity does not
days if protected from light.
hold for very concentrated solutions, and therefore
The calorimetric analysis of sediment-taden water is the solution is usually diluted before measurement
to bring its concentration into the optimum measur-
affected by scattering and diffraction of light by the
pretiminary
particles in suspension. Therefore, ing range (see 5.1.3). The dilution factor is such that
the concentration of the diluted injection solution,
clarification of filtration of the solution is necessary
in this case (see IS0 9555-l). used for calibration, is of the same order of magni-
tude as the mean concentration of river samples
taken during the passage of the tracer.
5.1.4.2 Atomic absorption flame spectrometry
Because of the influence of temperature on the
This physical method for analysing metallic el-
conductivity of electrolytes, it is necessary to carry
ements uses the property of atoms to absorb quanta
out all determinations at the same temperature. For
of energy at. certain wavelengths. The solution to be
a solution of sodium chloride, the relative variation
analysed is vaporized in a flame which atomizes the
in conductivity is of the order of 2 % to 3 % per
elements present in the solution. The flame is tra-
kelvin; thus for accurate measurement (better than
versed by a modulated light beam coming from a
+ 1 OXI) the temperature should not vary more than
source consisting of a hollow cathode lamp, whose
about 0,l K.
cathode, composed of the metal to be analysed,
emits a spectrum containing the absorption lines
The natural conductivity of the river water is taken
peculiar to the element considered. The measure-
into account either by direct measurement or by an
ment of the intensity of this light beam before and
appropriate correction of the zero of the measuring
during vaporization permits the determination of the
instrument. The latter method is appropriate only if
concentration of the element being analysed.
there is no appreciable variation in background
conductivity with time.
For chromium the most strongly absorbed spectral
line is 357,8 nm and the calibration curve follows the
In the constant-rate injection method, measure-
Beer-Lambert law for a range of concentration be-
ments of conductivity may be started at the moment
tween 0,5 pg and 100 pg of chromium per litre.
when the conductivity rises above the background
level. This gives a simple and reliable means of
checking that the steady state is achieved.
5.2 Field measurement
In the integration method also, the field recording
5.2.1 Iodide
of
...
NORME
INTERNATIONALE
Première édition
1992-1 l-01
--.--- --- -
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Méthodes de dilution en régime
permanent utilisant des traceurs -
Partie 3:
Traceurs chimiques
Measurement of liguid flow in open channeis - Tracer dilution methods
for the measurement of steady flow -
Part 3: Chemical tracers
Numéro de référence
ISO 95553: 1992(F)
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ISO 95553:1992(F)
Sommaire
Page
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1 Domaine d’application
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Référence normative
3 Définitions, symboles et unités de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2
3.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3.2 Symboles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3.3 Unités de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
4 Traceurs utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.
2
4.1 Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
4.2 Iodure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.
4.3 Lithiurn
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
4.4 Chlorure
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5 Chrome
3
. .~.,,.
5 Mesurages du traceur
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1 Principes
5
5.2 Mesurage in situ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
5.3 Mesurage en laboratoire . .
6 Facteurs environnementaux affectant les traceurs . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
7
6.1 Facteurs chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .e. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
6.2 Facteurs physiques
9
..v...........,......................e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3 Facteurs biologiques
9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Techniques d’injection des traceurs
10
8 Techniques d’échantillonnage .-.,.,.*.,.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
9 Analyse et sources d’erreurs
10
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.
10 Prescriptions spéciales
10
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.1 Iodure
0 ISO ‘1992
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être repro-
duite ni utilisee sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou
mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-121 1 Gen&ve 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 95553:1992(F)
10
10.2 Lithium .,.~.
..*.............................. 10
10.3 Chlorure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II
10.4 Chrome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.
Annexe
A Caractéristiques générales des traceurs chimiques communément
.
12
utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
..*
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 9555-3:1992(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres
de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre inté-
ressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé
à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux tra-
vaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
interwtionale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotech-
nique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techni-
ques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 9/0 au moins
des comités membres votants.
La Norme internationale ISO 9555-3 a été élaborée par le comité tech-
nique ISO/TC 113, Mesure de débit des liquides dans les canaux décou-
verts, sous-comité SC 4, Méthodes de dilution.
L’ISO 9555 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre gé-
néral Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Mé-
thodes de diiufioij en régime permanent utilisant des traceurs:
- Partie 1: Généralités
- Partie 2: Traceurs radioactifs
- Partie 3: Traceurs chimiques
- Partie 4: Traceurs fluorescents
L’annexe A fait parlie intégrante de la présente partie de I’ISO 9555.
iv
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 9555-3:1992(F)
Introduction
L’ancienne série de normes ISO 555 a été subdivisée en fonction de la
méthode utilisée in situ, c’est-à--dire la méthode d’injection à débit
constant et la méthode par intégration (injection instantanée). Étant
donné que le choix du traceur à utiliser in situ dépend souvent de la
compétence de l’utilisateur et de l’équipement de laboratoire disponi-
ble, la nouvelle série de normes ISO 9555 est divisée en fonction du type
de traceur utilisé. Ainsi, une telle division s’avérera plus pratique pour
l’utilisateur et permettra d’éviter les répétitions inutiles dans le texte
des différentes parties.
L’ISO 9555 traite du mesurage de débits dans les canaux découverts,
en régime permanent, par les méthodes de dilution utilisant des tra-
ceurs. Toutefois, ces méthodes peuvent être étendues au mesurage de
débits variant lentement. Ces méthodes ne s’appliquent que lorsque les
conditions d’écoulement assurent un mélange convenable de la solution
injectée à l’ensemble de l’écoulement.
Pour le mesurage de débits très importants, toute méthode utilisant des
traceurs peut être onéreuse en termes de coût de traceur et de durée
de mesurage. Néanmoins, l’utilisation des traceurs minimise souvent
les dangers pour le personnel pendant les fortes crues.
L’ISO 9555-l présente les principes généraux des méthodes par injec-
tion à débit constant et par intégration (injection instantanée).
L’ISO 9555-2, I’ISO 9555-3 et I’ISO 9555-4 traitent des aspects spécifi-
ques de l’usage des traceurs radioactifs, chimiques et fluorescents,
respectivement, ainsi que des procédés spécifiques d’analyse.
Ce plan a été retenu pour les raisons suivantes:
- faciliter les opérations ultérieures de mise à jour, les compléments
ou révisions qui ne devraient concerner que I’ISO 9555-2,
I’ISO 9555-3 ou I’ISO 9555-4;
- rendre le document plus pratique pour l’utilisateur qui est souvent
conduit à choisir le traceur le plus approprié à l’équipement d’ana-
lyse disponible.
---------------------- Page: 5 ----------------------
Page blanche
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NORME INTERNATIONALE ISO 9555-3:1992(F)
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts -
Méthodes de dilution en rég’ime permanent utilisant de%
traceurs -
Partie 3:
Traceurs chimiques
,
Leur seuil de détection est relativement élevé;
1 Domaine d’application
chaque jaugeage demande donc une plus
grande quantité de traceur. Pour des raisons
La pr@sente partie de I’ISO 9555 traite de l’utilisation
pratiques, ceci peut réduire l’usage de ces tra-
de traceurs chimiques dans le cadre des mesurages
ceurs aux petits débits. Cependant, pour certains
de débit par la méthode de dilution. Les appareils
traceurs, les techniques de reconcentration pet=
et procédés d’application
sont exposés dans
mettent de mesurer des débits importants (de
I’ISO 9555-l et ne sont pas répétés ici, à l’exception
l’ordre de 1 000 m3/s) lorsque les conditions de
de ceux qui sont spécifiques aux traceurs chimi-
mélange et les pertes de traceur sont accep-
ques.
tables.
Les traceurs chimiques présentent plusieurs avan-
Sauf pour la méthode par conductivité utilisant
tages:
le chlorure de sodium, les plages de dosage des
méthodes d’analyse en laboratoire sont limitées,
a) Comme pour les traceurs fluorescents, leur ma-
ce qui nécessite une dilution des échantillons
nipulation s’effectue suivant les pratiques nor-
prélevés dans la rivière avant l’analyse. Cette
males de laboratoire et sans matériel spécial
restriction explique qu’il soit préférable pour les
(par exemple écran antirayonnement). II est né-
traceurs chimiques d’utiliser la méthode d’injec-
cessaire toutefois de manipuler avec soin les
tion à débit constant (sauf pour la méthode par
traceurs concentrés pour éviter de polluer les
conductivité), car il serait difficile de déterminer
échantillons et certains traceurs pour des rai-
sons de toxicité. le pic de concentration résultant d’une injection
instantanée.
b) En général, les traceurs chimiques se trouvent
Les bruits de fond naturels et notamment la
facilement dans le commerce et peuvent se
conductivité (résultant de la dissolution de soli-
conserver de manière illimitée.
des dans les eaux naturelles) peuvent être de
niveau élevé et variable et nécessiter une quan-
c) L’analyse peut s’effectuer avec les matériels de
tité de traceur plus grande que cela ne sem-
laboratoire déjà utilisés pour déterminer la qua-
blerait utile en ne considérant que les seuils de
lité de l’eau.
détection.
d) En général les traceurs chimiques sont
Il n’est pas possible d’utiliser un porteur, comme
photochimiquement stables.
pour les traceurs radioactifs, et dans certains
Les inconvénients des traceurs chimiques sont les
cas les pertes par adsorption peuvent être no-
suivants:
tables.
---------------------- Page: 7 ----------------------
60 9555-3:1992(F)
misé dans une fla mme da ns une
gamme donnée de
2 Référence normative
longueurs d’onde selon la loi de Beer-La
mbert.
La norme suivante contient des dispositions qui, par
3.1.7 adsorption: Fixation des ions d’une solution
suite de la référence qui en est faite, constituent des
par une surface solide.
dispositions valables pour la présente partie de
I’ISO 9555. Au moment de la publication, l’édition
3.1.8 méthode par mesure de la conductivité:
indiquée était en vigueur. Toute norme est sujette à
Technique de détermination de la concentration en
révision et les parties prenantes des accords fondés
traceur à partir de la conductivité électrique.
sur la présente partie de I’ISO 9555 sont invitées à
rechercher la possibilité d’appliquer l’édition la plus
récente de la norme indiquée ci-après. Les mem- 3.2 Symboles
bres de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur à un moment Les symboles utilisés dans la présente partie de
donné.
I’ISO 9555 sont définis lorsqu’ils apparaissent dans
le texte.
ISO 772:1988, Mesure de débit des liquides darjs les
canaux découverts - Vocabulaire et symboles.
3.3 Unités de mesure
Les unités de mesure utilisées dans la présente
3 Définitions, symboles et unités de
partie de I’ISO 9555 sont celles du Système Interna-
tional (SI).
3.1 Définitions
4 Traceurs utilisés
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 9555
les définitions suivantes s’appliquent. Les défini-
4.1 Généralités
tions relatives aux nombreux aspects de la mesure
de ditbit, y compris aux méthodes de dilution sont
Les trace lurs chimiques d’usage courant sont les
données dans I’ISO 772.
suivants:
3.1.1 électrode sélectrice d’un ion: Sonde potentio-
a) l’iodure sous forme d’iodure de sodium, solubi-
métrique dont le potentiel de sortie mesuré pai
lité 1 800 kg par m”;
rapport à celui d’une électrode de référence appro-
priée est proportionnel à l’activité de l’ion choisi
b) le lithium sous forme de chlorure de lithium, so-
dans la solution testée.
lubilité 600 kg par rn3;
3.1.2 interférence: Erreur dans la détermination
c) le chlorure sous forme de chlorure de sodium,
d’un ion chimique causée par la sensibilité de la
solubilité 350 kg par m3;
méthode d’analyse à la présence d’autres ions dans
la solution.
d) le chrome sous forme de dichromate de sodium,
solubilité 800 kg par m3.
3.1.3 loi de Beer-Lambert: Loi physique stipulant
que l’absorption d’énergie lumineuse par un milieu Les bromures et les fluorures sont des traceurs sa-
tisfaisants mais ne sont pas d’usage courant. D’au-
absorbant varie de facon exponentielle avec
tres substances ont également été utilisées comme
l’épaisseur et la concentration molaire de ce milieu.
le sulfate de manganèse et le nitrate de sodium.
3.1.4 calorimétrie: Méthode d’analyse chimique
Les caractéristiques générales des traceurs chimi-
fondée sur la mesure de l’absorption de la lumière
ques communément utilisés sont données sous
visible par des substances en solution dans une
forme de tableau dans l’annexe A.
gamme donnée de longueurs d’onde selon la loi de
Beer-Larnbert.
4.2 Iodure
3.1.5 spectrométrie d’absorption atomique dans la
flamme: Méthode d’analyse chimique fondée sur la L’iodure de sodium et l’iodure de potassium sont
mesure de l’absorption de la lumière visible par un deux éléments extrêmement solubles dont les solu-
échantillon atomisé dans une flamme dans une tions sont toutes deux utilisées comme traceurs.
gamme donnée de tongueurs d’onde selon la loi de
L’iodure de sodium est meilleur marché par unité
Beer-Lambert. de masse d’iodure. L’ion iodure peut être dosé par
spectrophotométrie catalytique ou à l’aide d’une
3.1.6 spectrométrie d’émission atomique dans la électrode sélectrice d’ion. Dans chaque cas la limite
flamme: Méthode d’anatyse chimique fondée sur la de détection est d’environ 1 Fg/1 et la gamme nor-
mesure de ta lumière émise par un échantillon ato- mate de travail est comprise entre 10 pg/l et
2
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ISO 9555=3:1992(F)
100 ug/l. Les concentrations dans les eaux douces Le traceur doit être dilué dans de grandes quantités
naturelles peuvent atteindre jusqu’à 2 )ig/l mais d’eau afin d’obtenir une solution injectable de
sont en général très inférieures. La méthode par
masse volumique spécifique suffisamment faible
spectrophotométrie catalytique est préférable en la-
pour éviter une stratification par densité.
boratoire (voir 5.1.1.1) tandis que la méthode à
électrode sélectrice d’ion peut être utilisée in situ
4.5 Chrome
(voir 5.1.1.2 et 5.2.1).
Le chrome en tant que traceur est utilisé sous ta
4.3 Lithium
forme de dichromate de sodium; la mise en solution
est endothermique.
Le Iithium est disponible sous ta forme d’une multi-
Le chrome hexavalent, de concentration approchant
tude de sels et c’est le chlorure qui est généi
0,l mg/l, peut être dosé directement par colorimé-
ralement utilisé pour les études par traceurs. Le
trie à l’aide de réactifs appropriés, mais il est
chlorure de lithium est la forme chimique la moins
également possible d’effectuer une reconcentration
onéreuse pour un poids donné de lithium. La
préliminaire par extraction qui améliore la sensi-
saumure de lithium, qui peut contenir jusqu’à 83 g
bilité de la méthode d’un facteur 10 et même 100,
de lithium par litre, est plus pratique à manipuler
et permet d’atteindre 1 pg/l.
que te chlorure de lithium anhydre qui est
déliquescent et se dissout de faFon exothermique
Le chrome total est dosé dans les gammes de
(voir 10.2.1).
concentration similaires par spectrométrie d’ab-
sorption atomique dans la flamme.
Le lithium est dosé normalement par spectrométrie
d’émission atomique ou d’absorption atomique dans
la flamme et ses limites de détection sont g&né-
5 Mesurages du traceur
ralement de 0,l lj.g/l et 10 mg/l respectivement. Les
concentrations en canaux découverts s’échelonnent
5.1 Principes
entre moins de 0,l p.g/I dans les ruisseaux de mon-
tagne et plus de 10 mg/l dans les effluents d’usine
de traitement des rninerais. Les eaux résiduaires et
5.1 .l Iodure
l’eau des rivières qui les recueillent peuvent en
contenir de 10 pg/l à 50 t.rg/l. L’analyse dest.ructive
5.1 .l .l Méthode spec rométrique catalytique
utilise quelques millilitres d’échantillon alors que
les techniques du type spectrométrie d’absorption
L’ion iodure d’une sol ution faible peut être dosé à
atomique sans flamme peuvent s’employer lors-
partir de son effet cat; jlytique sur la vitesse de ré-
qu’on ne dispose que de très petits volumes
action entre l’ion cérique et l’acide arsénieux. La
d’échanfitlon.
couleur jaune d’une solution cérique se mesure par
spectrométrie à un moment fixé après le début de
4.4 Chlorure ta réaction et l’on enregistre la réduction d’absor-
bance causée par une réaction plus rapide en pré-
La méthode par mesure de ta conductivité doit sa sence d’iodure. II est essentiel de surveiller de près
popularité à la relative simplicité et au coût peu la température des solutions réactives. Les concen-
élevé des conductivirnètres qui peuvent etre utilisés trations en iodure sont déterminées par référence à
in situ, ainsi qu’aux propriétés du traceur (chlorure une courbe d’étalonnage. Les étalons servant à
de sodium), qui se caractérise par son haut degré préparer la courbe d’étalonnage sont fabriqués à
de dissociation électrolytique en solution dans l’eau,
partir d’un gros échantillon d’eau wraturelle~~ pré-
sa facilité d’approvisionnement, son prix peu élevé,
levé dans l’écoulement en amont de l’injection et
ainsi qu’une solubilité modérée sur laquelle la tem-
servant de diluant.
pérature a peu d’influente. Le chlorure de sodium
La coloration de l’eau naturelle, la turbidité ou la
est par ailleurs peu nocif pour la faune et la flore
présence dans l’eau de substances capabes de ré-
aux concentrations utilisées et il est peu absorbé
duire le sulfate d’ammonium et de cérium (IV) peu-
par la végétation et les matériaux du lit du chenal.
vent perturber le mode opératoire. Les mélanges
L’inconvénient de la méthode de mesure de la con- réactifs dérivés d’eaux colorées ou turbides ont une
ductivité est son bruit de fond élevé, de 25 mS/cm transmission plus faible que les mélanges à base
à 500 mS/cm, qui résulte des autres solides dissous d’eau distillée; cette modification de la transmission
naturellement. Le seuil de détection du sodium ap- est aussi plus prononcée pour les mélanges réactifs
proche de 0,5 mg/l pour les conductivimètres géné- contenant des concentrations plus fortes en iodure
ralement disponibles mais, malgré tout, ta et donne un gradient plus faible à la courbe d’éta-
conductivité des eaux naturelles est parfois telle lonnage pour des eaux colorées. Ce phénomène,
qu’il faut utiliser de grandes quantités de chlorure
ajouté à la nature curviligne de la courbe d’étalon-
de sodiurn pour provoquer une variation mesurable nage, explique la nécessité de tracer une courbe
avec précision de la conductivité de l’eau du chenal. d’étalonnage pour chaque jaugeage en utilisant de
3
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ISO 95553:1992(F)
l’eau naturelle comme diluant. Cette manière de d’une solution échantillon dans une flamme. Avec
faire a aussi pour avantage de permettre de dispo- les appareils d’émission atomique les transfor-
ser des substances perturbatrices inconnues éven- mat.ions se produisant dans la flamme excitent les
tuelles à la même concentration dans les atomes de lithium au-delà de leur état énergétique
échantillons et dans les étalons. de base et ces atornes se stabilisent en émettant
une lumière dont la longueur d’onde prédominante
est de 671 nm. Avec les appareils d’absorption ato-
5.1 A.2 Méthode utilisant une électrode sélectrice
mique, une lumière de 671 nm de longueur d’onde
d’ion
principale passe à travers la flamme et l’on mesure
son absorption par les atomes de lithium lorsqu’ils
L’électrode sélectrice d’ion (ou plus précisément la
sont excités au-dessus de leur état énergétique de
cellule composée de l’électrode sélectrice d’ion, de
base. La méthode d’émission est plus sensible que
l’échantillon et d’une électrode de référence) produit
la méthode d’absorption mais cette dernière est
une différence de potentiel électrique qui est fonc-
moins sujette aux interférences, notamment par le
tion, sur une plage donnée, de l’activité de l’ion io-
calcium.
dure dans la solution. Pour les solutions de
concentration inférieure à 0,000 1 mol/1 environ
II existe une température de flamme optimale car
(12,7 mg/l, soit une solution molaire d’iodure de so-
l’ionisation augmente avec la température, ce qui
dium ayant une concentration de 127 g/l), on a
réduit le nombre d’atomes pouvant être excités par
l’équation suivante:
la flamme. Les éléments présents dans la solution
qui s’ionisent moins facilement que le lithium (le
/Y= E() - 59,12 Ig 1 (à 25 OC)
magnésium par exemple) favorisent également I’io-
nisation du lithium en attirant les électrons libres
où
dans la flamme. Inversement, les éléments s’ioni-
sant plus vite que le lithium (te potassiurn par
t
est le potentiel mesuré, en millivolts;
r I
exernple) augmentent la production d’atomes de li-
thium libres. La formation dans la flamme de molé-
/ ./ est le potentiel normal, en millivolts;
‘0
cules comprenant du lithium, par exemple oxyde ou
t.
est la concentration de 1’ I on io ldure dans
1 hydroxyde de lithium, réduit le nombre d’atomes de
la sol ution, en moles par litre.
lithium et des molécules contenant d’autres élé-
ments comme le calcium peuvent interférer dans le
En usage normal les échantillons et les étalons uti-
spectre. II est clair que la composition de l’échan-
lisés pour tracer la courbe d’étalonnage sont ame-
tillon joue un rôle important dans la sensibilité et la
nés à la même concentration ionique totale par
reproductibilité de l’analyse. Tous les échantillons,
addition d’un volume egal de solution de nitrate de
y compris les solutions de comparaison, doivent, si
potassium, de qualité pure pour réactif analytique
possible, sauf pour la teneur en lithium, avoir une
et de concentration 2 mol/l. On mesure le potentiel
composition quasi similaire et doivent être traités
traversant la cellule à l’aide d’un voltmètre à grande
de manière similaire. La stabilité de concentration
impédance et l’on détermine la concentration en io-
des ions en concurrence ainsi que du lithium naturel
dure par référence à la courbe d’étalonnage.
doit 6tre vérifiée pendant l’analyse avec traceur par
un examen complet des échantillons prélevés, de
Pour les jaugeages par dilution, il est nécessaire de
préférence au lieu d’échantillonnage avant et après
connaître uniquement la concentration du traceur
l’injection du traceur. II est possible également de
ajouté à l’eau de la rivière pendant le jaugeage et
prélever des échantillons réguliers en amont du
il est préférable d’utiliser l’eau naturelle de la ri-
point d’injection et. pendant cette dernière pourvu
vière comme diluant pour préparer les étalons car
qu’il n’y ait aucun apport supplémentaire d’eau
cette manière de faire élimine le problèrne des
dans la rivière entre le lieu d’échantillonnage du
substances interférentes, c’est-k-dire les substan-
traceur et le lieu d’échantillonnaqe de l’eau non
L
ces, outre l’iodure, auxquelles l’électrode est sensi-
tracée.
ble. L’iodure présente dans l’eau naturelle peut
provoquer de légers écarts de linéarité de la courbe
représentant le logarithme de la concentration en
5.1.3 Chlorure
fonction du potentiel électrique.
La méthode par conductivité se fonde sur la déter-
mination de la concentration en traceur dans le
5.1.2 Lithium
cours d’eau par un moyen indirect, c’est-d-dire la
variation de la conductivité électrique de l’eau.
La méthode pai spectrométrie d’émission/
L’application de ce principe est facilitée par le fait
d’absorption atomique dans la flamme, qui est utili-
que dans les électrolytes très dilués il existe un
sée normalement en laboratoire se fonde sur la
rapport linéaire entre la concentration en traceur, c,
mesure des énergies de transition des atomes de
et la conductivité électrique, S:
lithium soumis à la flamme. Dans cette méthode on
atomise le lithium par injection de fines goutelettes c = KS
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ISO 9555=3:1992(F)
où K est le coefficient de proportionnalité qui varie 5.1.4.2 Spectrométrie d’absorption atomique dans
en fonction du traceur. la flamme
NOTE 1 Pour le chlorure de sodium, par exemple, la
Cette méthode physique d’analyse des éléments
variation de conductivité est de 1,86 @/cm pour 1 mg/1
métalliques exploite la propriété des atomes d’ab-
de sel à 18 OC et la relation linéaire se poursuit jusqu’à
sorber les quanta d’énergie à certaines longueurs
598 gll.
d’onde. La solution à analyser est vaporisée dans
une flamme qui atomise les éléments présents dans
La conductivité de l’eau est mesurée à l’aide d’un
la solution. La flamrne est traversée par un faisceau
instrument qui détermine la résistance électrique
lumineux modulé provenant d’une source représen-
entre deux électrodes dans un circuit à pont à cou-
tée par une lampe à cathode creuse dont la cathode
rant alternatif fonctionnant à une fréquence de I’or-
faite dans le métal à analyser émet un spectre
dre de 2 kHz. L’utilisation du courant alternatif est
contenant les raies d’absorption particulières à
nécessaire pour éviter ta formation de bulles de gaz
l’élément considéré. La mesure de l’intensité de la
sous l’effet de I’électl-olyse de l’eau. II est possible
lumière du faisceau avant et pendant la vaporisation
de trouver des instruments portatifs assez bon
permet de déterminer la concentration de l’élément
marché actionnés par une batterie interne, qui peu-
analysé.
vent effectuer des mesures isolées ou des enregis-
trements en continu.
Pour le chrome, la raie spectrale la plus fortement
absorbée est 357,8 nm et la courbe d’étalonnage
suit la loi de Beer-Lambert sur la plage de concen-
tration s’étalant entre 0,5 119 et 100 pg de chrome
par litre.
5.1.4 Chrome
5.2 Mesurage in situ
5.1.4.1 Colorimétrie
5.2.1 Iodure
Les échantillons ne sont pas suffisamment colorés
L’ion iodure peut être déterminé in situ à l’aide
pour pouvoir être analysés directement par colori-
d’une électrode sélectrice d’ion placée dans une
métrie. Il est nécessaire de faire apparaître une
cellule. La cellule présente l’avantage de permettre
couleur à l’aide d’un réactif. Le principal réactif uti-
l’agitation de l’échantillon de facon contrôlée et sa
lisé pour le dosage calorimétrique du chrome
protection contre la Iurnière. ca température de
hexavalenf est à base de diphénylcarbazide (DPC)
l’eau traversant la cellule doit être contrôlée à l’aide
CGH,),CO(NH),I~
d’un thermostat, le potentiel normal fio variant de
- 0,6 mV/K. Pour un mesurage précis il est néces-
Le complexe formé par addition de ce réactif à des
saire de faire un ajout contrôlé d’un régulateur de
solutions aqueuses de chrome hexavalent (C?) est
force ionique (voir 5.1 A.2).
de couleur rose-violet et suit la loi de Beer-Lambert
avec un pic d’intensité vers 545 nm. L’action du ré-
Même sans les perfectionnemenfs du thermostat et
actif est encore améliorée dans un milieu acide.
du réglage de la force ionique, I’éIec2rode sélectrice
d’ion est un indicateur valable du passage du tra-
Plusieurs solvants du DPC peuvent être utilisés pour
ceur (pour la méthode par injection instantanée) ou
préparer le réactif, par exemple 0,125 g de DPC,
de l’arrivée à un palier (pour la méthode d’injection
2 g d’anhydride phtalique et 50 ml d’alcool éthylique
à débit constant). (Voir ISO 9555-l.)
pur.
5.2.2 Lithium
C
...
NORME
INTERNATIONALE
Première édition
1992-1 l-01
--.--- --- -
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Méthodes de dilution en régime
permanent utilisant des traceurs -
Partie 3:
Traceurs chimiques
Measurement of liguid flow in open channeis - Tracer dilution methods
for the measurement of steady flow -
Part 3: Chemical tracers
Numéro de référence
ISO 95553: 1992(F)
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ISO 95553:1992(F)
Sommaire
Page
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1 Domaine d’application
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Référence normative
3 Définitions, symboles et unités de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2
3.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3.2 Symboles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3.3 Unités de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
4 Traceurs utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.
2
4.1 Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
4.2 Iodure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.
4.3 Lithiurn
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
4.4 Chlorure
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5 Chrome
3
. .~.,,.
5 Mesurages du traceur
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1 Principes
5
5.2 Mesurage in situ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
5.3 Mesurage en laboratoire . .
6 Facteurs environnementaux affectant les traceurs . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
7
6.1 Facteurs chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .e. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
6.2 Facteurs physiques
9
..v...........,......................e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3 Facteurs biologiques
9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Techniques d’injection des traceurs
10
8 Techniques d’échantillonnage .-.,.,.*.,.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
9 Analyse et sources d’erreurs
10
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.
10 Prescriptions spéciales
10
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.1 Iodure
0 ISO ‘1992
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être repro-
duite ni utilisee sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou
mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-121 1 Gen&ve 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 95553:1992(F)
10
10.2 Lithium .,.~.
..*.............................. 10
10.3 Chlorure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II
10.4 Chrome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.
Annexe
A Caractéristiques générales des traceurs chimiques communément
.
12
utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
..*
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 9555-3:1992(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres
de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre inté-
ressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé
à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux tra-
vaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
interwtionale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotech-
nique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techni-
ques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 9/0 au moins
des comités membres votants.
La Norme internationale ISO 9555-3 a été élaborée par le comité tech-
nique ISO/TC 113, Mesure de débit des liquides dans les canaux décou-
verts, sous-comité SC 4, Méthodes de dilution.
L’ISO 9555 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre gé-
néral Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Mé-
thodes de diiufioij en régime permanent utilisant des traceurs:
- Partie 1: Généralités
- Partie 2: Traceurs radioactifs
- Partie 3: Traceurs chimiques
- Partie 4: Traceurs fluorescents
L’annexe A fait parlie intégrante de la présente partie de I’ISO 9555.
iv
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 9555-3:1992(F)
Introduction
L’ancienne série de normes ISO 555 a été subdivisée en fonction de la
méthode utilisée in situ, c’est-à--dire la méthode d’injection à débit
constant et la méthode par intégration (injection instantanée). Étant
donné que le choix du traceur à utiliser in situ dépend souvent de la
compétence de l’utilisateur et de l’équipement de laboratoire disponi-
ble, la nouvelle série de normes ISO 9555 est divisée en fonction du type
de traceur utilisé. Ainsi, une telle division s’avérera plus pratique pour
l’utilisateur et permettra d’éviter les répétitions inutiles dans le texte
des différentes parties.
L’ISO 9555 traite du mesurage de débits dans les canaux découverts,
en régime permanent, par les méthodes de dilution utilisant des tra-
ceurs. Toutefois, ces méthodes peuvent être étendues au mesurage de
débits variant lentement. Ces méthodes ne s’appliquent que lorsque les
conditions d’écoulement assurent un mélange convenable de la solution
injectée à l’ensemble de l’écoulement.
Pour le mesurage de débits très importants, toute méthode utilisant des
traceurs peut être onéreuse en termes de coût de traceur et de durée
de mesurage. Néanmoins, l’utilisation des traceurs minimise souvent
les dangers pour le personnel pendant les fortes crues.
L’ISO 9555-l présente les principes généraux des méthodes par injec-
tion à débit constant et par intégration (injection instantanée).
L’ISO 9555-2, I’ISO 9555-3 et I’ISO 9555-4 traitent des aspects spécifi-
ques de l’usage des traceurs radioactifs, chimiques et fluorescents,
respectivement, ainsi que des procédés spécifiques d’analyse.
Ce plan a été retenu pour les raisons suivantes:
- faciliter les opérations ultérieures de mise à jour, les compléments
ou révisions qui ne devraient concerner que I’ISO 9555-2,
I’ISO 9555-3 ou I’ISO 9555-4;
- rendre le document plus pratique pour l’utilisateur qui est souvent
conduit à choisir le traceur le plus approprié à l’équipement d’ana-
lyse disponible.
---------------------- Page: 5 ----------------------
Page blanche
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NORME INTERNATIONALE ISO 9555-3:1992(F)
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts -
Méthodes de dilution en rég’ime permanent utilisant de%
traceurs -
Partie 3:
Traceurs chimiques
,
Leur seuil de détection est relativement élevé;
1 Domaine d’application
chaque jaugeage demande donc une plus
grande quantité de traceur. Pour des raisons
La pr@sente partie de I’ISO 9555 traite de l’utilisation
pratiques, ceci peut réduire l’usage de ces tra-
de traceurs chimiques dans le cadre des mesurages
ceurs aux petits débits. Cependant, pour certains
de débit par la méthode de dilution. Les appareils
traceurs, les techniques de reconcentration pet=
et procédés d’application
sont exposés dans
mettent de mesurer des débits importants (de
I’ISO 9555-l et ne sont pas répétés ici, à l’exception
l’ordre de 1 000 m3/s) lorsque les conditions de
de ceux qui sont spécifiques aux traceurs chimi-
mélange et les pertes de traceur sont accep-
ques.
tables.
Les traceurs chimiques présentent plusieurs avan-
Sauf pour la méthode par conductivité utilisant
tages:
le chlorure de sodium, les plages de dosage des
méthodes d’analyse en laboratoire sont limitées,
a) Comme pour les traceurs fluorescents, leur ma-
ce qui nécessite une dilution des échantillons
nipulation s’effectue suivant les pratiques nor-
prélevés dans la rivière avant l’analyse. Cette
males de laboratoire et sans matériel spécial
restriction explique qu’il soit préférable pour les
(par exemple écran antirayonnement). II est né-
traceurs chimiques d’utiliser la méthode d’injec-
cessaire toutefois de manipuler avec soin les
tion à débit constant (sauf pour la méthode par
traceurs concentrés pour éviter de polluer les
conductivité), car il serait difficile de déterminer
échantillons et certains traceurs pour des rai-
sons de toxicité. le pic de concentration résultant d’une injection
instantanée.
b) En général, les traceurs chimiques se trouvent
Les bruits de fond naturels et notamment la
facilement dans le commerce et peuvent se
conductivité (résultant de la dissolution de soli-
conserver de manière illimitée.
des dans les eaux naturelles) peuvent être de
niveau élevé et variable et nécessiter une quan-
c) L’analyse peut s’effectuer avec les matériels de
tité de traceur plus grande que cela ne sem-
laboratoire déjà utilisés pour déterminer la qua-
blerait utile en ne considérant que les seuils de
lité de l’eau.
détection.
d) En général les traceurs chimiques sont
Il n’est pas possible d’utiliser un porteur, comme
photochimiquement stables.
pour les traceurs radioactifs, et dans certains
Les inconvénients des traceurs chimiques sont les
cas les pertes par adsorption peuvent être no-
suivants:
tables.
---------------------- Page: 7 ----------------------
60 9555-3:1992(F)
misé dans une fla mme da ns une
gamme donnée de
2 Référence normative
longueurs d’onde selon la loi de Beer-La
mbert.
La norme suivante contient des dispositions qui, par
3.1.7 adsorption: Fixation des ions d’une solution
suite de la référence qui en est faite, constituent des
par une surface solide.
dispositions valables pour la présente partie de
I’ISO 9555. Au moment de la publication, l’édition
3.1.8 méthode par mesure de la conductivité:
indiquée était en vigueur. Toute norme est sujette à
Technique de détermination de la concentration en
révision et les parties prenantes des accords fondés
traceur à partir de la conductivité électrique.
sur la présente partie de I’ISO 9555 sont invitées à
rechercher la possibilité d’appliquer l’édition la plus
récente de la norme indiquée ci-après. Les mem- 3.2 Symboles
bres de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur à un moment Les symboles utilisés dans la présente partie de
donné.
I’ISO 9555 sont définis lorsqu’ils apparaissent dans
le texte.
ISO 772:1988, Mesure de débit des liquides darjs les
canaux découverts - Vocabulaire et symboles.
3.3 Unités de mesure
Les unités de mesure utilisées dans la présente
3 Définitions, symboles et unités de
partie de I’ISO 9555 sont celles du Système Interna-
tional (SI).
3.1 Définitions
4 Traceurs utilisés
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 9555
les définitions suivantes s’appliquent. Les défini-
4.1 Généralités
tions relatives aux nombreux aspects de la mesure
de ditbit, y compris aux méthodes de dilution sont
Les trace lurs chimiques d’usage courant sont les
données dans I’ISO 772.
suivants:
3.1.1 électrode sélectrice d’un ion: Sonde potentio-
a) l’iodure sous forme d’iodure de sodium, solubi-
métrique dont le potentiel de sortie mesuré pai
lité 1 800 kg par m”;
rapport à celui d’une électrode de référence appro-
priée est proportionnel à l’activité de l’ion choisi
b) le lithium sous forme de chlorure de lithium, so-
dans la solution testée.
lubilité 600 kg par rn3;
3.1.2 interférence: Erreur dans la détermination
c) le chlorure sous forme de chlorure de sodium,
d’un ion chimique causée par la sensibilité de la
solubilité 350 kg par m3;
méthode d’analyse à la présence d’autres ions dans
la solution.
d) le chrome sous forme de dichromate de sodium,
solubilité 800 kg par m3.
3.1.3 loi de Beer-Lambert: Loi physique stipulant
que l’absorption d’énergie lumineuse par un milieu Les bromures et les fluorures sont des traceurs sa-
tisfaisants mais ne sont pas d’usage courant. D’au-
absorbant varie de facon exponentielle avec
tres substances ont également été utilisées comme
l’épaisseur et la concentration molaire de ce milieu.
le sulfate de manganèse et le nitrate de sodium.
3.1.4 calorimétrie: Méthode d’analyse chimique
Les caractéristiques générales des traceurs chimi-
fondée sur la mesure de l’absorption de la lumière
ques communément utilisés sont données sous
visible par des substances en solution dans une
forme de tableau dans l’annexe A.
gamme donnée de longueurs d’onde selon la loi de
Beer-Larnbert.
4.2 Iodure
3.1.5 spectrométrie d’absorption atomique dans la
flamme: Méthode d’analyse chimique fondée sur la L’iodure de sodium et l’iodure de potassium sont
mesure de l’absorption de la lumière visible par un deux éléments extrêmement solubles dont les solu-
échantillon atomisé dans une flamme dans une tions sont toutes deux utilisées comme traceurs.
gamme donnée de tongueurs d’onde selon la loi de
L’iodure de sodium est meilleur marché par unité
Beer-Lambert. de masse d’iodure. L’ion iodure peut être dosé par
spectrophotométrie catalytique ou à l’aide d’une
3.1.6 spectrométrie d’émission atomique dans la électrode sélectrice d’ion. Dans chaque cas la limite
flamme: Méthode d’anatyse chimique fondée sur la de détection est d’environ 1 Fg/1 et la gamme nor-
mesure de ta lumière émise par un échantillon ato- mate de travail est comprise entre 10 pg/l et
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100 ug/l. Les concentrations dans les eaux douces Le traceur doit être dilué dans de grandes quantités
naturelles peuvent atteindre jusqu’à 2 )ig/l mais d’eau afin d’obtenir une solution injectable de
sont en général très inférieures. La méthode par
masse volumique spécifique suffisamment faible
spectrophotométrie catalytique est préférable en la-
pour éviter une stratification par densité.
boratoire (voir 5.1.1.1) tandis que la méthode à
électrode sélectrice d’ion peut être utilisée in situ
4.5 Chrome
(voir 5.1.1.2 et 5.2.1).
Le chrome en tant que traceur est utilisé sous ta
4.3 Lithium
forme de dichromate de sodium; la mise en solution
est endothermique.
Le Iithium est disponible sous ta forme d’une multi-
Le chrome hexavalent, de concentration approchant
tude de sels et c’est le chlorure qui est généi
0,l mg/l, peut être dosé directement par colorimé-
ralement utilisé pour les études par traceurs. Le
trie à l’aide de réactifs appropriés, mais il est
chlorure de lithium est la forme chimique la moins
également possible d’effectuer une reconcentration
onéreuse pour un poids donné de lithium. La
préliminaire par extraction qui améliore la sensi-
saumure de lithium, qui peut contenir jusqu’à 83 g
bilité de la méthode d’un facteur 10 et même 100,
de lithium par litre, est plus pratique à manipuler
et permet d’atteindre 1 pg/l.
que te chlorure de lithium anhydre qui est
déliquescent et se dissout de faFon exothermique
Le chrome total est dosé dans les gammes de
(voir 10.2.1).
concentration similaires par spectrométrie d’ab-
sorption atomique dans la flamme.
Le lithium est dosé normalement par spectrométrie
d’émission atomique ou d’absorption atomique dans
la flamme et ses limites de détection sont g&né-
5 Mesurages du traceur
ralement de 0,l lj.g/l et 10 mg/l respectivement. Les
concentrations en canaux découverts s’échelonnent
5.1 Principes
entre moins de 0,l p.g/I dans les ruisseaux de mon-
tagne et plus de 10 mg/l dans les effluents d’usine
de traitement des rninerais. Les eaux résiduaires et
5.1 .l Iodure
l’eau des rivières qui les recueillent peuvent en
contenir de 10 pg/l à 50 t.rg/l. L’analyse dest.ructive
5.1 .l .l Méthode spec rométrique catalytique
utilise quelques millilitres d’échantillon alors que
les techniques du type spectrométrie d’absorption
L’ion iodure d’une sol ution faible peut être dosé à
atomique sans flamme peuvent s’employer lors-
partir de son effet cat; jlytique sur la vitesse de ré-
qu’on ne dispose que de très petits volumes
action entre l’ion cérique et l’acide arsénieux. La
d’échanfitlon.
couleur jaune d’une solution cérique se mesure par
spectrométrie à un moment fixé après le début de
4.4 Chlorure ta réaction et l’on enregistre la réduction d’absor-
bance causée par une réaction plus rapide en pré-
La méthode par mesure de ta conductivité doit sa sence d’iodure. II est essentiel de surveiller de près
popularité à la relative simplicité et au coût peu la température des solutions réactives. Les concen-
élevé des conductivirnètres qui peuvent etre utilisés trations en iodure sont déterminées par référence à
in situ, ainsi qu’aux propriétés du traceur (chlorure une courbe d’étalonnage. Les étalons servant à
de sodium), qui se caractérise par son haut degré préparer la courbe d’étalonnage sont fabriqués à
de dissociation électrolytique en solution dans l’eau,
partir d’un gros échantillon d’eau wraturelle~~ pré-
sa facilité d’approvisionnement, son prix peu élevé,
levé dans l’écoulement en amont de l’injection et
ainsi qu’une solubilité modérée sur laquelle la tem-
servant de diluant.
pérature a peu d’influente. Le chlorure de sodium
La coloration de l’eau naturelle, la turbidité ou la
est par ailleurs peu nocif pour la faune et la flore
présence dans l’eau de substances capabes de ré-
aux concentrations utilisées et il est peu absorbé
duire le sulfate d’ammonium et de cérium (IV) peu-
par la végétation et les matériaux du lit du chenal.
vent perturber le mode opératoire. Les mélanges
L’inconvénient de la méthode de mesure de la con- réactifs dérivés d’eaux colorées ou turbides ont une
ductivité est son bruit de fond élevé, de 25 mS/cm transmission plus faible que les mélanges à base
à 500 mS/cm, qui résulte des autres solides dissous d’eau distillée; cette modification de la transmission
naturellement. Le seuil de détection du sodium ap- est aussi plus prononcée pour les mélanges réactifs
proche de 0,5 mg/l pour les conductivimètres géné- contenant des concentrations plus fortes en iodure
ralement disponibles mais, malgré tout, ta et donne un gradient plus faible à la courbe d’éta-
conductivité des eaux naturelles est parfois telle lonnage pour des eaux colorées. Ce phénomène,
qu’il faut utiliser de grandes quantités de chlorure
ajouté à la nature curviligne de la courbe d’étalon-
de sodiurn pour provoquer une variation mesurable nage, explique la nécessité de tracer une courbe
avec précision de la conductivité de l’eau du chenal. d’étalonnage pour chaque jaugeage en utilisant de
3
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l’eau naturelle comme diluant. Cette manière de d’une solution échantillon dans une flamme. Avec
faire a aussi pour avantage de permettre de dispo- les appareils d’émission atomique les transfor-
ser des substances perturbatrices inconnues éven- mat.ions se produisant dans la flamme excitent les
tuelles à la même concentration dans les atomes de lithium au-delà de leur état énergétique
échantillons et dans les étalons. de base et ces atornes se stabilisent en émettant
une lumière dont la longueur d’onde prédominante
est de 671 nm. Avec les appareils d’absorption ato-
5.1 A.2 Méthode utilisant une électrode sélectrice
mique, une lumière de 671 nm de longueur d’onde
d’ion
principale passe à travers la flamme et l’on mesure
son absorption par les atomes de lithium lorsqu’ils
L’électrode sélectrice d’ion (ou plus précisément la
sont excités au-dessus de leur état énergétique de
cellule composée de l’électrode sélectrice d’ion, de
base. La méthode d’émission est plus sensible que
l’échantillon et d’une électrode de référence) produit
la méthode d’absorption mais cette dernière est
une différence de potentiel électrique qui est fonc-
moins sujette aux interférences, notamment par le
tion, sur une plage donnée, de l’activité de l’ion io-
calcium.
dure dans la solution. Pour les solutions de
concentration inférieure à 0,000 1 mol/1 environ
II existe une température de flamme optimale car
(12,7 mg/l, soit une solution molaire d’iodure de so-
l’ionisation augmente avec la température, ce qui
dium ayant une concentration de 127 g/l), on a
réduit le nombre d’atomes pouvant être excités par
l’équation suivante:
la flamme. Les éléments présents dans la solution
qui s’ionisent moins facilement que le lithium (le
/Y= E() - 59,12 Ig 1 (à 25 OC)
magnésium par exemple) favorisent également I’io-
nisation du lithium en attirant les électrons libres
où
dans la flamme. Inversement, les éléments s’ioni-
sant plus vite que le lithium (te potassiurn par
t
est le potentiel mesuré, en millivolts;
r I
exernple) augmentent la production d’atomes de li-
thium libres. La formation dans la flamme de molé-
/ ./ est le potentiel normal, en millivolts;
‘0
cules comprenant du lithium, par exemple oxyde ou
t.
est la concentration de 1’ I on io ldure dans
1 hydroxyde de lithium, réduit le nombre d’atomes de
la sol ution, en moles par litre.
lithium et des molécules contenant d’autres élé-
ments comme le calcium peuvent interférer dans le
En usage normal les échantillons et les étalons uti-
spectre. II est clair que la composition de l’échan-
lisés pour tracer la courbe d’étalonnage sont ame-
tillon joue un rôle important dans la sensibilité et la
nés à la même concentration ionique totale par
reproductibilité de l’analyse. Tous les échantillons,
addition d’un volume egal de solution de nitrate de
y compris les solutions de comparaison, doivent, si
potassium, de qualité pure pour réactif analytique
possible, sauf pour la teneur en lithium, avoir une
et de concentration 2 mol/l. On mesure le potentiel
composition quasi similaire et doivent être traités
traversant la cellule à l’aide d’un voltmètre à grande
de manière similaire. La stabilité de concentration
impédance et l’on détermine la concentration en io-
des ions en concurrence ainsi que du lithium naturel
dure par référence à la courbe d’étalonnage.
doit 6tre vérifiée pendant l’analyse avec traceur par
un examen complet des échantillons prélevés, de
Pour les jaugeages par dilution, il est nécessaire de
préférence au lieu d’échantillonnage avant et après
connaître uniquement la concentration du traceur
l’injection du traceur. II est possible également de
ajouté à l’eau de la rivière pendant le jaugeage et
prélever des échantillons réguliers en amont du
il est préférable d’utiliser l’eau naturelle de la ri-
point d’injection et. pendant cette dernière pourvu
vière comme diluant pour préparer les étalons car
qu’il n’y ait aucun apport supplémentaire d’eau
cette manière de faire élimine le problèrne des
dans la rivière entre le lieu d’échantillonnage du
substances interférentes, c’est-k-dire les substan-
traceur et le lieu d’échantillonnaqe de l’eau non
L
ces, outre l’iodure, auxquelles l’électrode est sensi-
tracée.
ble. L’iodure présente dans l’eau naturelle peut
provoquer de légers écarts de linéarité de la courbe
représentant le logarithme de la concentration en
5.1.3 Chlorure
fonction du potentiel électrique.
La méthode par conductivité se fonde sur la déter-
mination de la concentration en traceur dans le
5.1.2 Lithium
cours d’eau par un moyen indirect, c’est-d-dire la
variation de la conductivité électrique de l’eau.
La méthode pai spectrométrie d’émission/
L’application de ce principe est facilitée par le fait
d’absorption atomique dans la flamme, qui est utili-
que dans les électrolytes très dilués il existe un
sée normalement en laboratoire se fonde sur la
rapport linéaire entre la concentration en traceur, c,
mesure des énergies de transition des atomes de
et la conductivité électrique, S:
lithium soumis à la flamme. Dans cette méthode on
atomise le lithium par injection de fines goutelettes c = KS
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où K est le coefficient de proportionnalité qui varie 5.1.4.2 Spectrométrie d’absorption atomique dans
en fonction du traceur. la flamme
NOTE 1 Pour le chlorure de sodium, par exemple, la
Cette méthode physique d’analyse des éléments
variation de conductivité est de 1,86 @/cm pour 1 mg/1
métalliques exploite la propriété des atomes d’ab-
de sel à 18 OC et la relation linéaire se poursuit jusqu’à
sorber les quanta d’énergie à certaines longueurs
598 gll.
d’onde. La solution à analyser est vaporisée dans
une flamme qui atomise les éléments présents dans
La conductivité de l’eau est mesurée à l’aide d’un
la solution. La flamrne est traversée par un faisceau
instrument qui détermine la résistance électrique
lumineux modulé provenant d’une source représen-
entre deux électrodes dans un circuit à pont à cou-
tée par une lampe à cathode creuse dont la cathode
rant alternatif fonctionnant à une fréquence de I’or-
faite dans le métal à analyser émet un spectre
dre de 2 kHz. L’utilisation du courant alternatif est
contenant les raies d’absorption particulières à
nécessaire pour éviter ta formation de bulles de gaz
l’élément considéré. La mesure de l’intensité de la
sous l’effet de I’électl-olyse de l’eau. II est possible
lumière du faisceau avant et pendant la vaporisation
de trouver des instruments portatifs assez bon
permet de déterminer la concentration de l’élément
marché actionnés par une batterie interne, qui peu-
analysé.
vent effectuer des mesures isolées ou des enregis-
trements en continu.
Pour le chrome, la raie spectrale la plus fortement
absorbée est 357,8 nm et la courbe d’étalonnage
suit la loi de Beer-Lambert sur la plage de concen-
tration s’étalant entre 0,5 119 et 100 pg de chrome
par litre.
5.1.4 Chrome
5.2 Mesurage in situ
5.1.4.1 Colorimétrie
5.2.1 Iodure
Les échantillons ne sont pas suffisamment colorés
L’ion iodure peut être déterminé in situ à l’aide
pour pouvoir être analysés directement par colori-
d’une électrode sélectrice d’ion placée dans une
métrie. Il est nécessaire de faire apparaître une
cellule. La cellule présente l’avantage de permettre
couleur à l’aide d’un réactif. Le principal réactif uti-
l’agitation de l’échantillon de facon contrôlée et sa
lisé pour le dosage calorimétrique du chrome
protection contre la Iurnière. ca température de
hexavalenf est à base de diphénylcarbazide (DPC)
l’eau traversant la cellule doit être contrôlée à l’aide
CGH,),CO(NH),I~
d’un thermostat, le potentiel normal fio variant de
- 0,6 mV/K. Pour un mesurage précis il est néces-
Le complexe formé par addition de ce réactif à des
saire de faire un ajout contrôlé d’un régulateur de
solutions aqueuses de chrome hexavalent (C?) est
force ionique (voir 5.1 A.2).
de couleur rose-violet et suit la loi de Beer-Lambert
avec un pic d’intensité vers 545 nm. L’action du ré-
Même sans les perfectionnemenfs du thermostat et
actif est encore améliorée dans un milieu acide.
du réglage de la force ionique, I’éIec2rode sélectrice
d’ion est un indicateur valable du passage du tra-
Plusieurs solvants du DPC peuvent être utilisés pour
ceur (pour la méthode par injection instantanée) ou
préparer le réactif, par exemple 0,125 g de DPC,
de l’arrivée à un palier (pour la méthode d’injection
2 g d’anhydride phtalique et 50 ml d’alcool éthylique
à débit constant). (Voir ISO 9555-l.)
pur.
5.2.2 Lithium
C
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.