Guía de Prácticas MMA 2012-I PARTE 2_cuestionario_03

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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA ESCUELA DE POSTGRADO MAESTRÍA EN CIENCIAS AMBIENTALES CURSO: MÉTODOS DE MEDICIÓN AMBIENTAL PRÁCTICAS DE LABORATORIO PARTE 2 Alumnos: KARIM REYES DIAZ La Molina, Diciembre del 2012

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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

ESCUELA DE POSTGRADOMAESTRÍA EN CIENCIAS AMBIENTALES

CURSO:MÉTODOS DE MEDICIÓN AMBIENTAL

PRÁCTICAS DE LABORATORIOPARTE 2

Alumnos: KARIM REYES DIAZ

La Molina, Diciembre del 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA ESCUELA DE POST GRADO MAESTRIA EN CIENCIAS AMBIENTALES

Ensayo 5MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS

ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN MOLECULAR – RANGO VISIBLE

PRUEBA EN LABORATORIO

ANALISIS DE FÒSFORO REACTIVO TOTALRESUMENEn esta práctica se realizó la determinación de fosforo en una muestra, a partir de una muestra estándar medimos la absorción y calculamos la concentración de una muestra problema, de la muestra estándar se midió la absorbancia con una longitud máxima de 880nm, entonces calculamos las concentraciones de los estándares 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 1.12 mg/L.

INTRODUCCIÓN

FosfatoLos compuestos de fósforo, sobre todo el ortofosfato PO4 3-, son considerados en la mayoría de las aguas estancadas y corrientes como el nutriente limitador. Un aumento de la concentración mediante una mayor entrada o aportación de fósforo (aguas residuales, erosión del suelo, etc.) implica directamente una mayor carga de nutrientes = “eutrofización” de las aguas con efectos como, un mayor crecimiento de algas y un agotamiento del oxígeno que puede llegar hasta la anoxia en las zonas profundas, etc.

Compuestos de fósforo en el agua:El fósforo aparece en 3 compuestos en las aguas naturales:• Ortofosfato inorgánico disuelto• Compuestos orgánicos de fósforo disuelto• Fósforo en partículas (ligado en la biomasa o depositado en partículas), cuya suma nos da el contenido total de fósforo o Ptot, que es un parámetro importante para las operaciones de las plantas de tratamiento de efluentes.

DETERMINACIÓN DE FOSFATOS POR ESPECTROSCOPIA VISIBLE

REACTIVOS: Para el análisis de fosfatos se tienen los siguientes reactivos:1: SOLUCIÓN DE MOLIBDATO DE AMONIO2: SOLUCIÓN DE ACIDO SULFÚRICO 5 N3: SOLUCIÓN DE TARTRATO ANTIMÓNICO DE POTASIO4: ACIDO ASCÓRBICO EN POLVO5: ACIDO SULFÚRICO 1 N6: ESTANDARD DE FOSFATOS

Reactivo combinado: Se prepara una mezcla de reactivos de la siguiente manera: Se pesan 1.76 gramos de acido ascórbico y se afora a 100 ml. con agua tridestilada.

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Se mezclan 50 ml. de H2SO4 5N, 5 ml de tartrato, 15 ml. de molibdato y 30 ml. De solución de acido ascórbico. Esta mezcla es estable únicamente durante 48 horas y debe desecharse y reponerse cuando sea necesario.Preparación de soluciones estandard: Se toma una sal de fósforo de grado químico analítico, y a partir de esta sal se prepara una solución patrón de 1000 ppm de fósforo como PO4-3. A partir de esta solución patrón se hacen las diluciones correspondientes para preparar soluciones y hacer las lecturas correspondientes para trazar una curva de calibración que esté en el rango de 0 a 3 ppm.

PROCEDIMIENTO:

Se toman 50 ml de la muestra del agua o solución que se desea analizar, así como de un blanco y de las soluciones estandar preparadas y con cada una de éstas se hace lo siguiente:Agréguese a los 50 ml. de solución 8 ml. de reactivo combinado y a los 10 minutos (aproximadamente) se efectúan las lecturas de absorbancia en: blanco, estándares y soluciones problema a 880 nm de longitud de onda.

Discusión

Luego del análisis determinado de los valores obtenidos, asi como de la propia elaboración de una curva de calibración con los datos arrojados como absorbancia de los estándares se procedió a elaborar una curva de calibración, mediante la cual en base a la estandarización y comportamiento lineal se pretendió obtener la concentración de fosfatos en una muestra de agua.Una vez que se hubo graficado se observo que los valores de absorbancia obtenidos para la muestra problema sin diluir salen del rango de la curva de calibración, por lo que por consiguiente se procedió a hacer una estimación de relación linear conforme al aumento de la concentración con respecto a la absorvancia, arrojando un grafico de este tipo:Mediante el cual se puede localizar la absorbancia de 0.626 de nuestra muerta problema encasillándola en una concentración de 4.75 ppm aproximada lo que viene a indicarnos que tiene aproximadamente 0.00475 g de ion fosfato por cada Litro de muestra problema.Obteniendo por ende en los cincuenta mililitros que nosotros tenemos 2.375 x 10-4 gr en nuestros cincuenta mililitros de muestra problema.El posible error e incertidumbre presente en esta muestra se ve incrementado debido ala suposición de la relación lineal entre la concentración y la abosrbancia y al acto de no sujetarse a los valores arrojados por los estándares de concentración conocida, así como al efecto de no haber utilizado un factor de disolución adecuado para nuestra muestra problema.

Preparación de los patrones

 Se preparan patrones del analito que cubran un intervalo adecuado de concentraciones, y se mide la señal analítica proporcionada por los mismos.

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                    Disoluciones del analito de concentración conocida y creciente

Paso 2: Obtención de la relación señal-concentración

Se traza un gráfico con las señales frente a la concentración de analito y se calcula la recta que "mejor" se ajusta a los datos mediante un ajuste por mínimos cuadrados. De esta forma se obtiene la pendiente (b) y la ordenada (a) en el origen que definen la recta.

         Gráfico señal-concentración y recta ajustada por mínimos cuadrados

 Paso 3: Uso de la curva de calibrado

 Se mide la señal analítica para las muestras desconocidas y se interpola en la recta de calibrado para obtener valores de concentración de analito.

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Obtención de la  concentración de analito en las muestras a partir de la gráfica y la recta

Finalmente, para obtener la concentración de analito en la muestra hay que tener en cuenta en los cálculos las posibles diluciones a las que se ha sometido la muestra para obtener las disoluciones M1 y M2 de medida.

Paso 3: Calculo de Resultados

Estándar Fosfato C mg/L Absorbancia0 0 01 0.2 0.1192 0.4 0.1963 0.6 0.2864 0.8 0.3795 1 0.4536 1.12 0.515

m1 ?  0.209m2 ?  0.432

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y = 0.4651xR² = 0.9949

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Abs

orba

ncia

Concentración (mg/L)

Resultado para la muestra 1:

Señal muestra: 2.09E-01No. Réplica 1 Concentración 4.34E-01Sc 2.59E-02t(95%)*Sc 6.65E-02

Resultado para la muestra 2:

Señal muestra: 4.32E-01No. Réplica 1 Concentración 9.32E-01Sc 2.69E-02t(95%)*Sc 6.90E-02

CUESTIONARIO

1. ¿Cuales son las diferentes formas químicas orgánicas/inorgánicas del hierro en los diversos compartimentos ambientales (aguas, suelos, sedimentos, PM, tejidos biológicos?

Agua:

Este metal es un buen agente reductor y, dependiendo de las condiciones, puede oxidarse hasta el estado 2+m 3+ o 6+. En la mayor parte de los compuestos de hierro está presente el ion ferroso, hierro(II), o el ion férrico, hierro(III), como una unidad distinta. Por lo común, los compuestos

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ferrosos son de color amarillo claro hasta café verdoso oscuro; el ion hidratado Fe(H2O)6

2+, que se encuentra en muchos compuestos y en solución, es verde claro. Este ion presenta poca tendencia a formar complejos de coordinación, excepto con reactivos fuertes, como el ion cianuro, las poliaminas y las porfirinas. El ion férrico, por razón de su alta carga (3+) y su tamaño pequeño, tiene una fuerte tendencia a capturar aniones. El ion hidratado Fe(H2O)6

3+, que se encuentra en solución, se combina con OH-, F-, Cl-, CN-, SCN-, N3

-, C2O42- y otros aniones para forma complejos de

coordinación.

Suelos:

El hierro en el suelo existe en dos formas: La forma divalente Fe2+, llamada forma ferrosa y la forma trivalente (Fe+3), denominada forma férrica. La forma dominante del hierro soluble en suelos son el quelatos de (Fe+3) y ocasionalmente la forma (Fe+2).

La abundancia de Fe en el suelo es bastante elevada. Se encuentra unido en la forma de Óxidos e Hidróxidos. Tale como: La hematita (Fe2O3), Geotita (FeOOH) y Magnetita (Fe3O4). También se encuentra en los suelos en forma de sulfuros, cuyo mineral predominante es la pirita (FES2)

Sedimentos:

La mayor parte del ión férrico se encuentra en los sedimentos en forma de hidróxidos férricos [Fe(OH-)3], fosfato férrico [FePO4] y en ocasiones como

silicato férrico [FeSiO] y carbonato férrico [Fe2(CO3)3]. Estos compuestos se depositan y se agregan en los sedimentos formando una capa coloidal compleja.

PM:

En este compartimento el Fe se encuentra como oxido de hierro Fe2O3.

Tejidos Biológicos:

Puede considerarse que el hierro en el organismo se encuentra formando parte de 2 compartimientos: uno funcional, formado por los numerosos compuestos, entre los que se incluyen la hemoglobina, la mioglobina, la transferrina y las enzimas que requieren hierro como cofactor o como grupo prostético, ya sea en forma iónica o como grupo hemo, y el compartimiento de depósito, constituido por la ferritina y la hemosiderina, que constituyen las reservas corporales de este metal.

El contenido total de hierro de un individuo normal es aproximadamente de 3,5 a 4 g en la mujer y de 4 a 5 g en el hombre. En individuos con un estado nutricional óptimo alrededor del 65 % se encuentra formando parte de la hemoglobina, el 15 % está contenido en las enzimas y la mioglobina, el 20 %

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como hierro de depósito y solo entre el 0,1 y 0,2 % se encuentra unido con la transferrina como hierro circulante.

2. Describa el fundamento analítico de las diferentes formas de hierro en diversos compartimentos ambientales.

Compartimiento Agua

El análisis de hierro, se realiza por Absorción atómica, el fundamento teórico es la concentración de hierro en agua puede variar entre 1Zg/L y 2mg/L.Este metal se puede encontrar en el agua por varias fuentes; porque el agua disuelva hierro de las rocas o de las menas que lo contienen. Puede proceder también de las tuberías por las que es distribuida el agua.Pero la fuente más importante es biológica. Cuando el hierro se encuentra en el agua en forma de Fe2O3 (insoluble) en suspensión. La materia orgánica consume el oxígeno y reduce el hierro a Fe2+, soluble en agua; Esto hace que determinadas aguas y en especial las subterráneas, tengan un alto contenido en hierro.Este es un parámetro que nos permitirá determinar si el agua a sufrido vertidos o esta de alguna forma contaminada.

Analisis de Hierro por métodos ultravioleta-visible, método con fenantrolina)

Fundamento teórico

El análisis de hierro, se realiza por Absorción atómica, el fundamento teórico es la concentración de hierro en agua puede variar entre 1Zg/L y 2mg/L.Este metal se puede encontrar en el agua por varias fuentes; porque el agua disuelva hierro de las rocas o de las menas que lo contienen. Puede proceder también de las tuberías por las que es distribuida el agua.Pero la fuente más importante es biológica. Cuando el hierro se encuentra en el agua en forma de Fe2O3 (insoluble) en suspensión. La materia orgánica consume el oxigeno y reduce el hierro a Fe2+, soluble en agua; Esto hace que determinadas aguas y en especial las subterráneas, tengan un alto contenido en hierro.

Principio del métodoSe hará una determinación de hierro mediante una espectroscopia Uv-visible, mediante el uso de fenantrolina,, mediante el equipo Espectrofotómetro ultravioleta-visible.

Compartimiento Suelo.Se realiza la determinación de hierro con permanganato

Fundamento teórico:El permanganato es un importante agente oxidante en medio ácido, su reacción de reducción puede representarse mediante la ecuación:

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MnO 4- + 8H+ +5e- ! Mn 2+ + 5H2O

Como el permanganato no presenta las condiciones de sustancia patrón tipo primario, se comenzará por preparar una disolución de concentración aproximada y luego se determinará mediante una valoración con oxalato sódico patrón.

• Procedimiento:

En primer lugar preparamos la disolución 0.01M aproximadamente pesando unos 1.6 gramos de KMnO4, disolviendo en agua y diluyendo hasta 1 litro. Ahora vamos a normalizarla para averiguar su molaridad exacta. Para valorarla emplearemos una disolución 0.06M de oxalato sódico ya preparada, valoraremos 10.0 ml de esta disolución con la de permanganato. Como cada pareja del grupo preparó un erlenmeyer contamos con tres valores para hacer el tratamiento estadístico.La fórmula que vamos a emplear es la siguiente:

(VxM) MnO4- = 2/5(Vxm) C2O4-

Determinación de hierro en una muestra:

Fundamento Teórico:

El objeto de esta práctica es la determinación de hierro en una muestra expresado en % de Fe y en % de Fe2O3. El fundamento de la determinación consiste en valorar el hierro disuelto en el estado de oxidación Fe (II) con el reactivo KMnO4 en medio ácido. Esta valoración es posible debido a que el potencial del sistema MnO4-/Mn2+ (" 1.5V) es mayor que la del sistema Fe 3+/Fe 2+ (" 0.77V) en medio ácido.

3. Haga una lista de MÉTODOS DE ENSAYOS NORMALIZADOS (acreditados o no acreditados en el sistema Peruano de Normalización) para el análisis de hierro en diversos compartimentos ambientales.

METODOS DE ENSAYO NORMALIZADOS

Los métodos de análisis corresponden al Manual de Análisis de AguasPotables y Residuales.1998:• 3500-Fe-B Absorción Atómica• 3500-Fe-C Inductivo Plasma acoplado• 3500-Fe-D o-Fenantrolina

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Ensayo 6ESPECTROSCOPÍA DE DISPERSIÓN DE RADIACIÓN

TURBIDIMETRÍA

Determinación de la turbidez en aguas

CUESTIONARIO1. ¿En que consiste el método nefelométrico?

Este método se basa en la comparación de la intensidad de la luz dispersada por la muestra en condiciones definidas y la dispersada por una solución patrón de referencia en idénticas condiciones. Cuanto mayor es la intensidad de la luz dispersada, más intensa es la turbidez.

2. Una muestra de agua potable tiene una turbidez de 5 NTU, ¿cumple con la NTP 214.003.87?.

Turbiedad (UNT) (5 El 80% de las muestras debe contener <5UNT) Norma del 46 / OMS.

3. Haga una lista de MÉTODOS DE ENSAYOS NORMALIZADOS (acreditados o no acreditados en el sistema Peruano de Normalización) para el análisis de TURBIDEZ en diversos compartimentos ambientales.

MÉTODOS DE ANÁLISIS NORMALIZADOS DE TURBIDEZ

Método Nefelométrico son expresados en UNT (Unidades nefelométricas de Turbidez)

ANALISIS O PROPUESTA NACIONAL PERUANA

A1: En todo los casos donde se desinfecte el agua, la turbiedad debe ser baja, en concentraciones de 5 UNT, establecida por OMS los considera aceptables para los consumidores. Otras legislaciones consideran 10 UNT hasta 40 UNT.

A2: Se recomienda concentraciones de 1000 UNT por las condiciones naturales de los recursos hídricos y porque el sistema de tratamiento convencional permite obtener concentraciones menores.

A3: se recomienda concentraciones de 5000 UNT. El sistema de tratamiento avanzado permite la remoción de la turbidez hasta obtener concentraciones menores.

CONCENTRACIONES ESTABLECIDAS POR GUIAS INTERNACIONALES

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Según la OMS la turbidez del agua para consumo humano no debe superar en ningún caso las 5NTU.A1: Según la norma brasileña, para aguas dulces sus concentraciones son 40 UNT, para Honduras clase IIIA: 15 UNT y para Ecuador sus valores de concentración 10 UNT.A2: Para Brasil y Ecuador los valores aceptables son 100 UNT.

Ensayo 7

ESPECTROSCOPÍA DE EMISIÓN DE RADIACIÓNFOTOMETRÍA DE LLAMA Y FLUORESCENCIA

ENSAYO CONFIRMATORIO DE EMISIÓN POR LLAMA

PRUEBA EN LABORATORIO

Ensayo a la llama

Un ensayo a la llama es un procedimiento usado en química analítica para detectar la presencia de ciertos iones metálicos, con base en el espectro de emisión característico de cada elemento. El color de la flama en general también depende de la temperatura.

El ensayo involucra introducir una muestra del elemento o compuesto en una llama caliente no luminosa, y observar el color que resulta. Las muestras suelen sostenerse en un alambre de platino limpiado repetidamente con ácido clorhídrico para eliminar trazas de analitos anteriores.1 Debe probarse con diferentes llamas, para evitar información equivocada debido a llamas "contaminadas", u ocasionalmente para verificar la exactitud del color. Algunas veces también se usan alambres de nicrom.1 El sodio es un componente común o contaminante en muchos compuestos, y su espectro tiende a dominar sobre los otros. El ensayo a la llama es frecuentemente visto a través de un vidrio azul de cobalto para filtrar el amarillo del sodio y permitir ver mejor la emisión de otros iones metálicos.

El ensayo a la llama es rápido y fácil de ejecutar, y no requiere equipamiento alguno que no se encuentre generalmente en un laboratorio de química. Sin embargo, el rango de elementos detectados es pequeño, y el ensayo se apoya en la experiencia subjetiva del experimentador, en vez de mediciones objetivas. La prueba tiene dificultad en detectar concentraciones pequeñas de algunos elementos, mientras que puede producirse un resultado muy fuerte para algunos otros, lo que tiende a "ahogar" las señales más débiles.

Aunque esta prueba sólo da información cualitativa, y no cuantitativa, acerca de la proporción real de los elementos en la muestra; puede obtenerse información

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cuantitativa por las técnicas relacionadas de fotometría de llama o espectroscopia de emisión de llama.

Metales comunes

Algunos metales comunes y sus colores correspondientes son:

Símbolo Nombre Color

As Arsénico Azul

B Boro Verde brillante

Ba Bario Verde pálido/manzana

Ca Calcio Rojo ladrillo

Cs Cesio Azul - Violeta

Cu(I) Cobre(I) Azul

Cu(II) Cobre(II) (no-halogenuro) [Verde

Cu(II) Cobre(II) (halogenuro) Azul-verdoso

Fe Hierro Dorado

In Indio Azul

K Potasio Lila

Li Litio Carmín

Mn(II) Manganeso(II) Verde amarillento

Mo Molibdeno Verde amarillento

Na Sodio Amarillo intenso

P Fósforo Verde pálido azulado

Pb Plomo Azul

Rb Rubidio Rojo-violeta

Sb Antimonio Verde claro

Se Selenio Azul

Sr Estroncio Escarlata

Te Telurio Verde claro

Tl Talio Verde puro

Zn Zinc Verde azulado

Ensayo a la llama en sulfato de cobre

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Ensayo a la llama en sulfato de cobre, visto a través del vidrio de cobalto

Ensayo a la llama en el carbonato de sodio

Ensayo a la llama en el carbonato de sodio visto a través de vidrio de cobalto

Ensayo a la llama en una sal de litio

Ensayo a la llama en una sal de potasio

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CUESTIONARIO

1. Explique el fundamento de la espectroscopia de emisión.

Los métodos atómicos de emisión se basan en la medida de la radiación emitida por los átomos de una muestra, previamente excitados, en un proceso del tipo

Muestra (X) + ENERGIAX*X + hν

La energía uilizada en el proceso de excitación puede proceder de diferentes fuentes, dando lugar a distintas técnicas, como se muestra en la tabla 6.1.

Tabla 6.1. Métodos atómicos de emisión Fuente de

energía Técnica

llama Fotometría de llama radiación electromagnética Fluorescencia atómica

eléctrica Espectrometría de emisión plasma ICP rayos X Fluorescencia de rayos X

2. ¿Cuál es la diferencia entre fluorescencia fosforescencia y quimioluminiscencia?

El proceso de emisión de radiación como consecuencia de la desactivación de una molécula se denomina genéricamente luminiscencia, mientras que el término fotoluminiscencia se refiere al caso particular en el que la excitación tenga lugar por absorción de fotones. Cuando la energía de excitación es de otro tipo, se originan otras modalidades de luminiscencia: así, la quimio-luminiscencia es un fenómeno análogo a la fluorescencia, excepto en el hecho de que la energía de excitación proviene de una reacción química. Cuando la quimio-luminiscencia tiene lugar en un ser vivo, como por ejemplo, en la luciérnaga, recibe el nombre de bioluminiscencia. Por otra parte, la tribo-luminiscencia (del Griegro, tribo = frotar) se produce al liberarse la energía almacenada en ciertas sustancias cristalinas, como azúcar, y como consecuencia de su rotura. La fotoluminiscencia puede clasificarse, en principio, en fluorescencia y fosforescencia, según el mecanismo mediante el cual la sustancia vuelve al estado fundamental, si bien, una distinción desde el punto de vista práctico se basa en el tiempo transcurrido entre la absorción y la emisión.

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La fluorescencia es un fenómeno por el cual algunas sustancias tienen la capacidad de absorber luz a una determinada longitud de onda, por lo general en el rango ultravioleta, y luego emiten luz en una longitud más larga. Dicho de otra manera, absorben fotones con una determinada energía, y liberan fotones con menor energía. Este proceso es casi inmediato, la luz es recibida y vuelta a emitir en millonésimas de segundo, por lo tanto podemos decir que la fluorescencia dura tanto como el estímulo, ya que cuando éste cesa, también cesa el fenómeno de fluorescencia. Esta es la principal diferencia con el fenómeno de fosforescencia, en el cual la luz absorbida se vuelve a emitir luego de transcurrido un cierto lapso.

3. Explique el funcionamiento de una lámpara fluorescente domestica.

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1. Cuando activamos el interruptor de una lámpara de luz fluorescente que

se encuentra conectada a la red doméstica de corriente alterna, los electrones comienzan a fluir por todo el circuito eléctrico, incluyendo el circuito en derivación donde se encuentra conectado el cebador (estárter).

2. El flujo de electrones de la corriente eléctrica al llegar al cebador produce un arco o chispa entre los dos electrodos situados en su interior, lo que provoca que el gas neón (Ne) contenido también dentro de la cápsula de cristal se encienda. El calor que produce el gas neón encendido hace que la plaquita bimetálica que forma parte de uno de los dos electrodos del cebador se curve y cierre un contacto eléctrico dispuesto entre ambos electrodos.

3. Cuando el contacto del cebador está cerrado se establece el flujo de corriente eléctrica necesario para que los filamentos se enciendan, a la vez que se apaga el gas neón.

4. Los filamentos de tungsteno encendidos provocan la emisión de electrones por caldeo o calentamiento y la ionización del gas argón (Ar) contenido dentro del tubo. Esto crea las condiciones previas para que, posteriormente, se establezca un puente de plasma conductor de la corriente eléctrica por el interior del tubo, entre un filamento y otro.

5. La plaquita bimetálica del cebador, al dejar de recibir el calor que le proporcionaba el gas neón encendido, se enfría y abre el contacto dispuesto entre los dos electrodos. De esa forma el flujo de corriente a través del circuito en derivación se interrumpe, provocando dos acciones simultáneas:

a. Los filamentos de la lámpara se apagan cuando deja de pasar la corriente eléctrica por el circuito en derivación.

b. El campo electromagnético que crea en el enrollado del balasto la corriente eléctrica que también fluye por el circuito donde éste se encuentra conectado, se interrumpe bruscamente. Esto provoca que en el propio enrollado se genere una fuerza contraelectromotriz, cuya energía se descarga dentro del tubo de la lámpara, en forma de arco eléctrico. Este arco salta desde un extremo a otro del tubo valiéndose de

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los filamentos, que una vez apagados se convierten en electrodos de la lámpara.

6. Bajo estas nuevas condiciones, la corriente de electrones, que en un inicio fluía a través del circuito en derivación de la lámpara donde se encuentra conectado el cebador, comienza hacerlo ahora atravesando interiormente el tubo de un extremo a otro, valiéndose de los dos electrodos.

7. La fuerte corriente que fluye por dentro del tubo provoca que los electrones comiencen a chocar con los átomos del gas argón, aumentando la cantidad de iones y de electrones libres. Como resultado se crea un puente de plasma, es decir, un gas compuesto por una gran cantidad de iones y de electrones libres, que permite que estos se muevan de un extremo a otro del tubo.

8. Esos electrones libres comienzan a chocar con una parte de los átomos de mercurio (Hg) contenidos también dentro del tubo, que han pasado del estado líquido al gaseoso debido a la energía que liberan dichos electrones dentro del tubo. Los choques de los electrones libres contra los átomos de mercurio excitan a sus electrones haciendo que liberen fotones de luz ultravioleta.

9. Los fotones de luz ultravioleta, invisibles para el ojo humano, impactan a continuación contra la capa de fósforo (P) que recubre la pared interior del tubo fluorescente. El impacto excita los electrones de los átomos fósforo (P), los que emiten, a su vez, fotones de luz visible, que hacen que el tubo se ilumine con una luz fluorescente blanca.

10.El impacto de los electrones que se mueven por el puente de plasma contra los dos electrodos situados dentro del tubo, hace que estos se mantengan calientes (a pesar de que los filamentos se encuentran ya apagados). Mantener caliente esos dos electrodos se hace necesario para que la emisión de electrones continúe y el puente de plasma no se extinga. De esa forma, tanto el ciclo de excitación de los átomos de vapor de mercurio como el de los átomos de fósforo dentro del tubo continúa, hasta tanto activemos de nuevo el interruptor que apaga la lámpara y deje de circular la corriente eléctrica por el circuito.

4. Explique el funcionamiento del Plasma Acoplado Inductivamente (ICP). ¿Qué usos se le da?.

Un plasma se define como un gas ionizado, esto es, una mezcla gaseosa que contiene una concentración significativa de cationes y de electrones. Si dicho gas es argon, deberá establecerse el siguiente equilibrio:

El gas argón fluye a través de un tubo de cuarzo de unos 2.5 cm de diámetro, rodeado en su extremo superior por tres o cuatro anillos de una bobina de

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inducción alimentada por un generador de radiofrecuencias (figura 6.13.). La frecuencia de operación estándar es de unos 27 MHz y la potencia de 1 a 3 kW. La corriente de alta frecuencia fluyendo a través de la bobina de inducción genera campos magnéticos oscilantes cuyas líneas de fuerza están orientadas axialmente en el interior del tubo, como se representa en la figura 6.13. La ionización del argón que fluye por el interior del tubo se inicia por medio de una descarga producida por una bobina Tesla. Los iones originados en esta descarga y sus electrones asociados interaccionan entonces con el campo magnético oscilante, como consecuencia de lo cual hace que se muevan en trayectorias anulares cerradas, encontrando resistencia a ese movimiento, lo que origina un calentamiento óhmico. El plasma, una vez formado, se auto-mantiene, y el resultado es un gas altamente ionizado con temperaturas entre 6000 y 10000 ºK (figura 6.14.). Por el mecanismo explicado anteriormente, se origina una especie de "llama" fuertemente luminosa, pero no hay combustión.

En el plasma pueden distinguirse dos zonas: un núcleo blanco brillante que termina en una cola en forma de llama. En el núcleo tiene lugar una intensa emisión continua procedente de la recombinación de los electrones con los iones argón. Esta emisión se desvanece unos 10 mm por encima del núcleo, por lo que la región situada entre unos 15 y 20 mm es ópticamente transparente, y es donde se llevan a cabo las medidas analíticas. La antorcha de plasma está constituida por tres tubos concéntricos, como se muestra en la figura 6.14. La muestra, normalmente en disolución, es aspirada por un sistema nebulizador (ver más adelante) y transportada por el tubo central, arrastrada por el gas portador (argón) a una velocidad relativamente pequeña (≈1 mL/min). Como la temperatura obtenida es muy elevada, es necesario aislar térmicamente el plasma para evitar el sobrecalentamiento del tubo de cuarzo. Para ello, se introduce argón tangencialmente por el tubo más externo a la velocidad de 10-15 L/min. Este flujo de argón enfría las paredes internas del tubo de cuarzo externo, y a la vez, estabiliza y centra el plasma.

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Introducción de la muestra

Aunque la muestra puede ser introducida en el plasma en forma gaseosa, líquida, o incluso como polvo muy fino, casi siempre se usan dispositivos semejantes a los que se emplean en los métodos de llama. En la figura 6.15. se muestra un nebulizador concéntrico acoplado a la antorcha de plasma. Aunque este tipo de nebulizadores se utiliza muy extensamente en ICP, se han desarrollado otros con objeto de aumentar el rendimiento. Así, con nebulizadores ultrasónicos, se incrementa la sensibilidad entre 3 y 10 veces.

Para el análisis de micro-muestras y cuando es necesario que el límite de detección sea muy bajo, se ha utilizado la vaporización electrotérmica, si bien aquí, el horno se usa solamente para la introducción de la muestra y no para la atomización de la misma, como en absorción atómica.

5. ¿Cuál es la diferencia entre ICP-EOS e ICP-MS?. Explique.

El plasma de acoplamiento inductivo (ICP) es una fuente de ionización que junto a un espectrofotómetro de emisión óptico (OES) constituye el equipo de ICP-OES.

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En esta técnica, la introducción continua de la muestra líquida y un sistema de nebulización forma un aerosol que es transportado por el Argon a la antorcha del plasma, acoplado inductivamente por radio frecuencia. En el plasma, debido las altas temperaturas generadas, los analitos son atomizados e ionizados generándose los espectros de Emisión atómicos de líneas características. Los espectros son dispersados por la red de difracción y el detector sensible a la luz se encarga de medir las intensidades de las líneas. La información es procesada por el sistema informático.

La técnica de espectrometría de masas con plasma de acoplamiento inductivo (ICP-MS, del nombre en ingles Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry), es una variante de las técnicas de análisis por espectrometría de masas. Las ventajas principales de esta técnica radican en la alta precisión, bajos límites de detección y bajo coste económico, analizando la mayoría de los elementos e isótopos presentes en la tabla periódica de manera simultánea en no mas de un par de minutos. Es por lo tanto una técnica ideal en el análisis de aguas, lixiviados de rocas y minerales, alimentos etc. Además, desde los últimos años la utilización del LASER acoplado al ICP-MS, permite el análisis de elementos trazas y tierras raras en minerales, fósiles, metales, semiconductores, etc, en un área de muestra de hasta 50 µm. La técnica de ICP-MS combina dos propiedades analíticas que la convierten en un potente instrumento en el campo del análisis de trazas multielemental. Por una parte obtiene una matriz libre de interferencias debido a la eficiencia de ionización del plasma de Ar y por otra parte presenta una alta relación señal-ruido característica en las técnicas de espectrometría de masas. El plasma de acoplamiento inductivo de argón es usado como una fuente muy eficaz de iones en su estado M+. El espectro de masas de esta fuente de iones es medido por medio de un espectrometro de masas cuadrupolar. Esto es posible mediante una zona de interfase capaz de introducir los iones del plasma a traves de un orificio (Cono) por medio de una unidad de vacio diferencial y posteriormente dentro del filtro cuadrupolar de masa (Skimmer).

El sistema de inyección de la muestra líquida se realiza mediante un sistema nebulizador. Este sistema consigue la atomización, por efecto

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Venturi, de la vena líquida que entra en el dispositivo por medio de una bomba peristáltica.

6. ¿A qué tipo de analitos esta dirigido cada uno de las técnicas de la pregunta 5?.

La espectroscopia de emisión óptica por plasma acoplado inductivamente es una técnica importante para el análisis elemental. Esta técnica se caracteriza por ser multielemental, ya que puede leer hasta 70 muestras al mismo tiempo y porque puede analizar muchos elementos de la tabla periódica los cuales aparecen sombreados en la figura

El manejo de muestras para el sistema ICP – MS es típicamente de 20 a 30 elementos por minuto dependiendo de factores como el nivel de concentración y la precisión requerida.

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Analiza 73 elementos de la tabla periódica simultáneamente Técnica rápida (73 elementos/minuto) Analiza bajas concentraciones (ppt- ppm) Análisis de isótopos Analiza muestras sólidas (accesorio de Ablación láser). Amplio rango lineal

7. Haga una lista de 05 Normas Técnicas de Ensayo nacional o internacional que hagan uso de la espectroscopia de emisión.

ASTM D 3237:1997 Método de Ensayo para Plomo en Gasolina por el Método de Espectrometría de Absorción Atómica

ASTM D 4951:2006 Método de Ensayo para determinar los elementos aditivos en aceites lubricantes mediante espectroscopia de emisión atómica por inducción de plasma acoplado.

UOP 391:1991 Traza de mestales en aceites mediante ceniza por via húmeda e ICP-OES

8. Presente la lista de los parámetros del ECA de agua y LMPs de parámetros de efluentes o emisiones donde se aplica las técnicas anterioresMETALES TOTALES Y DISUELTOS DE MUESTRAS DE AGUA

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Ensayo 8MÉTODOS ELÉCTRICOS

POTENCIOMETRÍA

Determinación del pH en aguas naturales

PRUEBA EN LABORATORIO

El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. El pH es la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas sustancias.El valor del pH se puede medir de forma precisa mediante un potenciómetro, también conocido como pH-metro, un instrumento que mide la diferencia de potencial entre dos electrodos: un electrodo de referencia (generalmente de plata/cloruro de plata) y un electrodo de vidrio que es sensible al ión hidrógeno.También se puede medir de forma aproximada el pH de una disolución empleando indicadores, ácidos o bases débiles que presentan diferente color según el pH.Generalmente se emplea papel indicador, que se trata de papel impregnado de una mezcla de indicadores cualitativos para la determinación del pH. El papel de litmus o papel tornasol es el indicador mejor conocido. Otros indicadores usuales son la fenolftaleína y el naranja de metilo.

FundamentoEl pH-metro (Figura) realiza la medida del pH por unmétodo potenciométrico. Este método se basa en el hecho de que entre dos disoluciones con distinta [H+] se establece una diferencia de potencial. Esta diferencia de potencial determina que cuando las dos disoluciones se ponen en contacto se produzca un flujo de H+, o en otras palabras, una corriente eléctrica. En la práctica, la medida del pH es relativa, ya que no se determina directamente la concentración de H+, sino que se compara el Ph de una muestra con el de una disolución patrón de pH conocido.

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Para ello se utiliza un electrodo de pH (ver tabla). Cuando el electrodo entra encontacto con la disolución se establece un potencial a través de la membrana de vidrio que recubre el electrodo. Este potencial varía según el pH. Para determinar el valor del pH se necesita un electrodo de referencia, cuyo potencial no varía. El electrodo de referencia puede ser externo o puede estar integrado en el electrodo de pH (ver tabla inferior).

La diferencia de potencial (E) es proporcional a [H+], y viene definida por la ecuación de Nernst:

E medido = E referencia + (2,3 RT/NF) pH

Donde E medido es el potencial (en voltios) detectado a través de la membrana de vidrio, E referencia es el potencial del electrodo de referencia, y (2,3 RT/NF) es el factor de Nernst, que depende de la constante de los gases (R), la constante de Faraday (F), la carga del ión (N), que para el pH vale 1, y la temperatura en grados Kelvin (T). El comportamiento del electrodo depende de la temperatura. Por eso es importante que a la hora de calibrar el pH-metro siempre esperemos a que las disoluciones patrón sacadas de la nevera se pongan a temperatura ambiente (Figura de la derecha).Como a 25ºC el factor de Nernst vale aproximadamente 0,06 y el potencial de referencia se considera igual a cero, la ecuación de Nernst queda reducida a:

E medido = -0,06 pH

Este método ofrece numerosas ventajas respecto al método colorimétrico:

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Es más preciso, ya que permite apreciar diferencias de 0,005 unidades de pH mientras que el método colorimétrico sólo aprecia diferencias de 0,1 unidades de pH

No se ve afectado por la coloración que pueda presentar la muestra, como ocurre con el método colorimétrico

PRUEBA EN LABORATORIO

Agua de San Borja

pH= 7.10 TºC= 21.5 ºC

Agua de San Pozo

pH= 7.56TºC= 21.5 ºC

Conclusiones:Los resultados obtenidos en las muestras tanto en el agua perteneciente a San Borja y al Agua de Pozo obtuvieron un pH neutro, esto significa que las concentraciones de iones presente en el agua se igualan.

CUESTIONARIO1. ¿Por qué los valores de pH D.S. Nº003-2002 – PRODUCE y D.S. Nº

010-2008 – PRODUCE están entre 5 y 9?

El valor de pH en los decretos supremos fueron datos recopilados de data obtenida a nivel nacional. Ademas estos datos son representativos para el

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tipo de actividad que se indica en el D.S. Nº003-2002 – PRODUCE y D.S. Nº 010- 2008 – PRODUCE

2. ¿Qué unidades tiene el valor del pH?

El valor que tiene es unidades de pH

3. Un efluente de la sección de Tintorería de una Industria textil tiene un valor de pH = 12 ¿Qué le indica este valor? ¿Qué tipos de buffer debe emplear para calibrar su pH metro?

El valor de Ph significa que el efluente procedente de la tintorería es alcalino o básico.

Definamos primero que es un Buffer y así contestar las dos preguntas un Buffer o también llamada solución amortiguadora es una solución de un PAR ÁCIDOBASE conjugado que resiste los cambios de pH . Los químicos empleamos normalmente este tipo de soluciones para mantener el pH constante y ha cierto valor:En el caso de esta pregunta el pH que quieres AMORTIGUAR es básico, así que debemos buscar un par ácido-base que tenga un pKa arriba de 7.0 o podría ser de 6.1 ya que se podría preparar una solución buffer de 7.1 ya que la capacidad de amortiguamiento puede ser de una unidad; es decir si tenemos una especie acido-base con un pKa de 8.0 puedo preparar un buffer desde 7.0 hasta 9.0; una unidad abajo de su pKa y una unidad arriba de su pKa, ahora pongamos los ejemplos:

es más el ácido fosfórico tiene tres pKas los dos últimos de ellos pueden ser de utilidad para formar un buffer básico:

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4. Haga una lista de MÉTODOS DE ENSAYOS NORMALIZADOS (acreditados o no acreditados en el sistema Peruano de Normalización) para el análisis de pH en diversos compartimentos ambientales.

Método Volumétrico.-

La alcalinidad o basicidad se determina por:• Titulación de la muestra con una solución.• Potenciométricos.• Por medio del cambio de color utilizando dos indicadores ácido-baseAdecuados.

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Ensayo 9MÉTODOS ELÉCTRICOS

CONDUCTIMETRÍA

La conductividad eléctrica, se define como la capacidad que tienen las sales inorgánicas en solución (electrolitos) para conducir la corriente electrica.El agua pura, prácticamente no conduce la corriente, sin embargo el agua con sales disueltas conduce la corriente eléctrica. Los iones cargados positiva y negativamente son los que conducen la corriente, y la cantidad conducida dependerá del número de iones presentes y de su movilidad.En la mayoría de las soluciones acuosoas, entre mayor sea la cantidad de sales disueltas, mayor será la conductividad, este efecto continúa hasta que la solución está tan llena de iones que se restringe la libertad de movimiento y la conductividad puede disminuir en lugar de aumentas, dándose casos de dos diferentes concentraciones con la misma conductividad. ( ver Tabla )Todos los valores de conductividad están referidos a una temperatura de referencia de 25 ° C. Valores de conductividad de algunas muestras típicas

Algunas sustancias se ionizan en forma más completa que otras y por lo mismo conducen mejor la corriente. Cada ácido, base o sal tienen su curva característica de concentración contra conductividad.

Son buenos conductores: los ácidos, bases y sales inorgánicas: HCl, NaOH, NaCl, Na2CO3 ,etc.

Son malos conductores: Las moléculas de sustancias orgánicas que por la naturaleza de sus enlaces son no iónicas: como la sacarosa, el benceno, los hidrocarburos, los carbohidratos, etc, estas sustancias, no se ionizan en el agua y por lo tanto no conducen la corriente eléctrica.Un aumento en la temperatura, disminuye la viscosidad del agua y permite que los iones se muevan más rápidamente, conduciendo más electricidad. Este

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efecto de la temperatura es diferente para cada ion, pero típicamente para soluciones acuosas diluidas, la conductividad varía de 1 a 4 % por cada ° C.Conociendo estos factores, la medición de la conductividad nos permite tener una idea muy aproximada de la cantidad de sales disueltas PrincipiosLa conductividad eléctrica es el recíproco de la resistencia a-c en ohms, medida entre las caras opuestas de un cubo de 1.0 cm de una solución acuosa a una temperatura especificada. Esta solución se comporta como un conductor eléctrico donde se pueden aplicar las leyes físicas de la resistencia eléctrica.Las unidades de la conductividad eléctrica son el Siemens/cm (las unidades antiguas, erán los mhos/cm que son numéricamente equivalentes al S/cm ).En la práctica no se mide la conductividad entre electrodos de 1 cm3 sino con electrodos de diferente tamaño, rectangulares o cilíndricos, por lo que al hacer la medición, en lugar de la conductividad, se mide la conductancia, la cual al ser multiplicada por una constante ( k ) de cada celda en particular, se transforma en la conductividad en S/cm.

Así, un electrodo de 1 cm de separación y con area de 1 cm , tendrá una k = 1 La medición eléctrica se efectúa mediante un puente de Wheastone para medir resistencias. Las resistencias R1 y R2 son fijas y su valor va de acuerdo al ntervalo de conductividad que se pretende medir. La resistencia Rx es la que proporciona la solución a la cual se le va a medir la conductividad. La resistencia R3 se varía en forma continua hasta poner en equilibrio el puente, de tal forma que no pase corriente hacia el medidor.

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OBJETIVOMedir la conductividad eléctrica del agua, lo que nos dará una idea de la cantidad total de sólidos disueltos.

CALIBRACIÓNRecomendable cada vez que se vaya a realizar una medida de la conductividad.

MATERIALConductímetro, vasos de precipitación de 50 o 100 ml, un destornillador de joyería (para calibrar el aparato), frasco lavador con agua para enjuagar el electrodo, cristalizador para verter el agua de los lavados, solución estándar para la calibración.

LABORATORIO

Agua de San Borja

C.E= 584 µS/cm TºC= 21.8 ºC

Agua de San Pozo

C.E= 2.86 mS/cCon dilución 10/100 ml C.E= 345 µS/cm

TºC= 22.6 ºC

Conclusiones:

En conclusión se puede decir que el Agua tomada en San Borja se encuentra con una cantidad de iones en solución elevada como cloruro, nitrato, sulfato, fosfato, sodio, magnesio y calcio, en concentraciones menores que el Agua de Pozo tomada en la Universidad.Asimismo los TDS describe la cantidad de sólidos totales disueltos en el agua.Cuanto mayor sea la cantidad de sales disueltas en el agua, mayor será el valor de la conductividad eléctrica.

CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es la relación entre la conductividad eléctrica y los sólidos disueltos?.

El término TDS describe la cantidad total de sólidos disueltos en el agua. La TDS y la conductividad eléctrica están estrechamente relacionadas. Cuanto mayor sea la cantidad de sales disueltas en el agua, mayor será

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el valor de la conductividad eléctrica. La mayoría de los sólidos que permanecen en el agua tras una filtración de arena, son iones disueltos. El cloruro de sodio por ejemplo se encuentra en el agua como Na+ y Cl-. El agua de alta pureza que en el caso ideal contiene solo H2O sin sales o minerales tiene una conductividad eléctrica muy baja. La temperatura del agua afecta a la conductividad eléctrica de forma que su valor aumenta de un 2 a un 3 % por grado Celsius.

2. Calcule los sólidos disueltos en la muestra analizada a partir del dato de CE. Haga una comparación de los resultados con el obtenido a base de la determinación de cloruros (estime el contenido de sales como NaCl).

Por teoría se tiene 1.56 ZS/cm = 1 ppm (2 ZS x 0.5 = 1 ppm)

Agua de San Borja

C.E= 584 ZS/cm

Entonces, el agua tendrá 374.36 ppm

Agua de Pozo

C.E= 2.86 mS/c

Con dilución 10/100 ml C.E= 345 ZS/cm

Entonces, el agua tendrá 221.15 ppm

3. Haga una lista de MÉTODOS DE ENSAYOS NORMALIZADOS (acreditados o no acreditados en el sistema Peruano de Normalización) para el análisis de conductividad en diversos compartimentos ambientales.

CONDUCTIVIDAD

Standard Methods APHA-

AWWA-WEF 2510 B 21st

Edition 2005

2005 Método de Laboratorio

Producto(s):

AGUA POTABLE

AGUA SUPERFICIAL

EFLUENTES

CONDUCTIVIDAD APHA 2510 - B Pág. 2-47 a 2-48 21ava edición

2005 Conductivity: Laboratory Method

Producto(s):AGUAS

AGUAS RESIDUALES

AGUAS SUBTERRÁNEAS

AGUAS SUPERFICIALES

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EFLUENTES LÍQUIDOS DE LA INDUSTRIA MINERA

CONDUCTIVIDAD SMEWW-APHA-AWWA-WEF Part 2510 B, 21st Ed.

2005 Conductivity. Laboratory Method

Producto(s):

AGUAS DE BEBIDA

AGUAS RESIDUALES

AGUAS SUPERFICIALES

CONDUCTIVIDAD SMEWW-APHA-AWWA-WEF Part 2510 B, 21st Ed.

2005 Conductivity. Laboratory Method

Producto(s):

AGUA DE CONSUMO

AGUA NATURAL, EXCEPTO AGUA DE MAR

AGUA RESIDUAL

4. ¿Qué importancia tiene conocer la conductividad eléctrica de aguas naturales o tratadas?. Desarrolle.

Al determinar la conductividad se evalúa la capacidad del agua para conducir la corriente eléctrica, es una medida indirecta la cantidad de iones en solución (fundamentalmente cloruro, nitrato, sulfato, fosfato, sodio, magnesio y calcio). La conductividad en los cuerpos de agua dulce se encuentra primariamente determinada por la geología del área a través de la cual fluye el agua (cuenca). Por ejemplo, aguas que corren en sustrato graníticos tienden a tener menor conductividad, ya que ese sustrato esta compuesto por materiales que no se ionizan. Descargas de aguas residuales suelen aumentar la conductividad debido al aumento de la concentración de Cl-, NO3- y SO4-2, u otros iones. Debe tenerse en cuenta que derrames de hidrocarburos (aceites, petróleo), compuestos orgánicos como aceites, fenol, alcohol, azúcar y otros compuestos no ionizables (aunque contaminantes), no modifican mayormente la conductividad.

La unidad básica para medir la conductividad es el siemens por centímetro. El agua destilada tiene una conductividad en el rango de 0,5 a 3 μSiemens/cm (un μS1 es la millonésima parte de un Siemens). La conductividad de nuestros sistemas continentales generalmente es baja, variando entre 50 y 1.500 μS/cm. En sistemas dulceacuícolas, conductividades por fuera de este rango pueden indicar que el agua no es adecuada para la vida de ciertas especies de peces o invertebrados. Algunos efluentes industriales pueden llegar a tener más de 10.000 μS/cm.

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Es por esto que la conductividad es una medida generalmente útil como indicador de la calidad de aguas dulces. Cada cuerpo de agua tiene un rango relativamente constante de conductividad, que una vez conocido, puede ser utilizado como línea de base para comparaciones con otras determinaciones puntuales. Cambios significativos pueden ser indicadores eventos puntuales de contaminación.

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