ANALISIS FISICO QUIMICO DE AGUAS POR INSTRUMENTACIN

INTRODUCCIN

La aplicacin de mtodos de anlisis fsico-qumicos por instrumentacin en el campo ambiental se ha desarrollado con la fabricacin de equipos e instrumentos con sistemas de deteccin electrnica para uso en monitoreo campo y en laboratorios.

El anlisis de elementos a nivel de trazas (ppm,ppb, ppt) antes realizados por mtodos colorimtricos de amplios rangos de deteccin, exactitud garantizada y alta precisin es ahora posible lograrse con equipos e instrumentos que llevan la ventaja de su rapidez y medicin directa de la muestra en el lugar de origen , facilitando el tratamiento, y correccin necesarios para el buen manejo y control de efluentes , aguas naturales , potables y residuales conocer las concentraciones puntuales del parmetro o elemento que se analiza y detectar alteraciones y/o contaminaciones de efluentes y emisiones.

Estos mtodos tambin son aplicables a muestras ambientales de aire, suelos y sedimentos.

Los antiguos mtodos por va clsica no pierden su vigencia por la exactitud y precisin que ofrecen, por ello se aplican para calibracin de los instrumentales.

Incluiremos en este documento algunos de estos mtodos.

1ANLISIS DE PARMETROS FSICO QUMICOS POR INSTRUMENTACIN

1.1 PHEl pH es un indicador de la acidez de una sustancia. Est determinado por el nmero de iones libres de hidrogeno (H+) en una sustancia. La acidez es una de las propiedades ms importantes del agua. El agua disuelve casi todos los iones. El pH sirve como un indicador que compara algunos de los iones ms solubles en agua. El resultado de una medicin de pH viene determinado por una consideracin entre el nmero de protones (iones H+) y el nmero de iones hidroxilo (OH-). Cuando el nmero de protones iguala al nmero de iones hidroxilo, el agua es neutra. Tendr entonces un pH alrededor de 7. El pH del agua puede variar entre 0 y 14. Cuando el ph de una sustancia es mayor de 7, es una sustancia bsica. Cuando el pH de una sustancia est por debajo de 7, es una sustancia cida. Cuanto ms se aleje el pH por encima o por debajo de 7, ms bsica o cida ser la solucin. El pH es un factor logartmico; cuando una solucin se vuelve diez veces ms cida, el pH disminuir en una unidad. Cuando una solucin se vuelve cien veces ms cida, el pH disminuir en dos unidades. El trmino comn para referirse al pH es la alcalinidad.1.1.1 MEDICIN DE pH

1. Calibrar el equipo con soluciones buffer de pH 4 y 7; medir el pH a muestras con pH 2, 5, 9 y 11.

2. Calibrar el equipo con soluciones buffer de pH 7 y 10.

Repetir las mediciones de pH a muestras de (1) observar el efecto.

3. Observar el efecto de los siguientes factores (en las mismas muestras) y corregirlo.

Agitacin

Incremento del contenido de CO2 Temperatura (a 2 C y a 30 C)

Turbiedad en la muestra

Electrodo mal conectado, con poca solucin de relleno u obstruido. 1.2 TEMPERATURA

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de calor o fro, por lo general un objeto ms "caliente" tendr una temperatura mayor. Fsicamente es una magnitud escalar dada por una funcin creciente del grado de agitacin de las partculas de los materiales. A mayor agitacin, mayor temperatura. As, en la escala microscpica, la temperatura se define como el promedio de la energa de los movimientos de una partcula individual por grado de libertad.

En el caso de un slido, los movimientos en cuestin resultan ser las vibraciones de las partculas en sus sitios dentro del slido. En el caso de un gas ideal monoatmico se trata de los movimientos transnacionales de sus partculas (para los gases multiatmicos los movimientos rotacional y vibraciones deben tomarse en cuenta tambin).1.3 CONDUCTIVIDAD

La conductividad trmica es una propiedad fsica de los materiales que mide la capacidad de conduccin de calor. En otras palabras la conductividad trmica es tambin la capacidad de una sustancia de transferir el movimiento cintico de sus molculas a sus propias molculas adyacentes o a otras substancias con las que est en contacto.

La inversa de la conductividad trmica es la resistividad trmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

1.4 OXIGENO DISUELTOEl Oxgeno Disuelto (OD) es la cantidad de oxgeno que est disuelta en el agua y que es esencial para los riachuelos y lagos saludables. El nivel de oxgeno disuelto puede ser un indicador de cun contaminada est el agua y cun bien puede dar soporte esta agua a la vida vegetal y animal. Generalmente, un nivel ms alto de oxgeno disuelto indica agua de mejor calidad. Si los niveles de oxgeno disuelto son demasiado bajos, algunos peces y otros organismos no pueden sobrevivir.Gran parte del oxgeno disuelto en el agua proviene del oxgeno en el aire que se ha disuelto en el agua. Parte del oxgeno disuelto en el agua es el resultado de la fotosntesis de las plantas acuticas. Otros factores tambin afectan los niveles de OD; por ejemplo, en un da soleado se producen altos niveles de OD en reas donde hay muchas algas o plantas debido a la fotosntesis. La turbulencia de la corriente tambin puede aumentar los niveles de OD debido a que el aire queda atrapado bajo el agua que se mueve rpidamente y el oxgeno del aire se disolver en el agua.Nivel de OD (in ppm)Calidad del Agua

0,0 - 4,0MalaAlgunas poblaciones de peces y macroinvertebrados empezarn a bajar.

4,1 - 7,9Aceptable

8,0 - 12,0Buena

12,0 +Repita la pruebaEl agua puede airearse artificialmente

2MTODOS DE ANLISIS DE PARMETROS FSICO QUMICOS POR VA CLSICA

2.1 Mtodo complexomtrico con EDTA Discusin GeneralEl cido etilendiaminotetractico y sus sales sdicas forman complejo (quelato) soluble cuando se adiciona una solucin de ciertos cationes metlicos. Si se adiciona una pequea cantidad del colorante Eriocromo Negro T a una solucin que contiene iones Ca y Mg a pH 10 ( la solucin se tornar rojo vino. Si a continuacin se aade EDTA como titulador, se formarn complejos de calcio y magnesio y una vez agotados todos los iones, la solucin virar del color rojo vino a azul en el punto final de la titulacin.

La precisin del viraje mejora cuando aumenta el pH, pero esto debe ser controlado para evitar que se precipite el calcio y Magnesio bajo las formas de CaCO3 y Mg (OH)2. Se fija cinco minutos como tiempo lmite de duracin de la titulacin para reducir al mnimo la tendencia de precipitacin del CaCO3.

Muestreo y almacenamiento

Se puede almacenar en botellas de plstico o vidrio y guardar a 4 C por un tiempo mximo de siete das.

InterferenciasLas interferencias de algunos iones metlicos se reducen al mnimo agregando ciertos inhibidores a la muestra de agua antes de la titulacin con EDTA. La materia orgnica suspendida y coloidal tambin interfiere en la deteccin del punto final de viraje. Si se requiere, antes de hacer la determinacin se debe calcinar la muestra. La titulacin se realiza en un ambiente de temperatura moderada.

Aparatos: Bureta automtica de 50 ml.

Soporte para bureta con base de porcelana

Matraces erlenmeyer de 250 ml

Pipetas volumtricas de 50 ml

Pipetas de 1 ml.

Cucharilla de 0.2 a 0.3 g

Reactivos:

a)Solucin amortiguadora.- Se pesa 16.9 g de cloruro de amonio NH4Cl y se diluye en 143 ml de hidrxido de amonio NH4OH. Se pesa 644 mg de cloruro de magnesio MgCl2.6H2O o 780 mg de sulfato de magnesio MgSO4.7H2O y 1.179 de sal disdica de EDTA y se disuelve en 50 ml de gua destilada. Se mezclan bien las soluciones y se diluyen a 250 ml. Se conserva la solucin en un frasco de plstico con tapa enroscada hermticamente para impedir que el NH3 se pierda o el CO2 se diluya. Despus de un mes se debe descartar la solucin amortiguadora.

b)Solucin inhibidora.-Para dar un cambio de color claro en el punto final hay que aadir una solucin inhibidora a algunas de las aguas que contienen iones interferentes. Un ejemplo: se disuelve 4.5 g de clorhidrato de hidroxilamina en 100 ml de alcohol etlico o isopropanol del 95%.c)Indicador.- Se mezcla 0.5 g de colorante de Eriocromo Negro T con 100 de NaCl previamente secado y pulverizado. La humedad deteriora el indicador por lo cual debe conservarse en un lugar seco.d)Solucin titulante de EDTA 0.01M.-Se diluye 3.723 g de sal disdica del cido etilendiamino tetractico y se enrasa en un frasco volumtrico a 1 litro con agua destilada. Se valora esta solucin contra la valorada de carbonato de calcio.

e)Solucin valorada de carbonato de calcioSe pesa 1.0 (P.P.) de carbonato de calcio CaCO3, previamente secado a 150 C durante 4 horas; se aade 100 ml de agua destilada y a continuacin HCl 1:1 gota a gota hasta que se haya disuelto todo el CaCO3; se completa a 200 ml y se hierve por unos minutos para expulsar el CO2. Se enfra, se aade unas gotas de indicador rojo de metilo y se ajusta al color intermedio anaranjado ya sea agregando NH4OH 3N o H Cl 1+1. Luego se completa a 1000 ml con agua destilada. Esta solucin equivale a 1.000 mg CaCO3/ml.

Procedimientoa.Se toma 50 ml de muestra con una pipeta volumtrica y se vierten en un erlenmeyer de 250 ml.

b.Se aade 1 2 ml de la solucin amortiguadora; el pH de la muestra debe ser de 10.0 ( 0.1

c.Se aade 1 ml de la solucin inhibidora de hidroxilamina.

d.Se agrega 0.2 0.3 g del indicador y se titula con la solucin valorada de EDTA hasta que desaparezca el color rojizo, agregando las ltimas gotas a intervalos de cinco segundos acompaando de agitacin vigorosa (se torna azul).

Clculos:

Dureza total EDTA en mg/L de CaCO3 = ml del titulador EDTAx f x 1000

ml de muestra

Otro Mtodo:

REACTIVOS:

274, D-1SOLUCIN DE EDTA 0.01N.

275, D-2SOLUCIN TAMPON, pH 10.

277, D-3INDICADOR NEGRO DE ERIOCROMO

PROCEDIMIENTO:

Tomar en un erlenmeyer 50 ml de la muestra de agua.

Aadir 25 gotas del reactivo D-2.

Aadir una pequea cantidad del reactivo D-3, agitar. Si

aparece una coloracin azul la dureza total es igual a cero.

Si aparece una coloracin rosada, titular con el reactivo D-1

hasta que el indicador vire de rozado a azul.

CALCULOS:

Para obtener la dureza total multiplicar los ml gastados de D-1 por 20 y reportar la concentracin en ppm.

Aceites y GrasasLa fraccin aceite y grasa de un agua residual o efluente industrial incorpora a compuestos grasos de origen vegetal o animal, hidrocarburos minerales compuestos, hidrocarbonados de Cl, N y S y otras especies orgnicas extractables en el solvente empleado como pigmentos.

Su eliminacin en el tratamiento de un agua residual o efluente debe ser completa porque alteran los procesos aerobios y anaerobios, forman pelculas que impiden el desarrollo de la fotosntesis y cubren los fondos y lechos de ros y lagos degradando el ambiente durante el proceso de descomposicin.

2.2 Mtodo gravimtrico Discusin generalPara la extraccin de aceites y grasas se emplean varias fracciones de hexano las que se agitan sucesivamente con la muestra de agua a pH 6, en embudos de separacin, las fracciones del solvente se unen en una cpsula previamente tarada, se secan a bao mara a 80 C se enfran en un desecador y luego se llevan a peso constante. Con este procedimiento se extraen sustancias con bajo punto de ebullicin a pH 6 y a pH 1 en una nueva extraccin. En los aceites y grasas extrados los aceites y grasas minerales constituyen la fraccin no saponificable y los cidos grasos la saponificable, las cuales pueden separarse en una nueva etapa y analizarse por espectrofotometra infrarrojo y cromatografa de gases, respectivamente.

El uso del fren (Triclorotrifluoretano) con P.E. de 47 C evita la oxidacin de algunos aceites y grasas incrementando la recuperacin y reduciendo costos.

El volumen de muestra y de solvente depender del grado de contaminacin del agua.

En la evaporacin del solvente suelen perderse hidrocarburos de cadena corta y destilados de petrleo, recuperndose por extraccin los aceites y grasas animales, vegetales y minerales y los cidos grasos libres.

Muestreo y almacenamientoLas muestras se colectan en botellas de vidrio con tapa esmerilada en volmenes de 1 5 litros; la adicin del hexano puede ser previa a la de la muestra teniendo cuidado de que las botellas queden bien asegurados para que no se abran durante el transporte.

InterferenciasEn la extraccin con hexano se recuperan sustancias orgnicas como agentes de superficie activa, azufre, pigmentos orgnicos, etc.

La formacin de emulsiones se elimina adicionando cloruro o sulfato de sodio.

Aparatos Frasco de vidrio de un litro con tapa esmerilada para muestra

Embudo de separacin de dos litros

Cmara de secado a 80 C

Desecador con gel de slice

Plato de vidrio o cpsula

Balanza analtica

Reactivos

N-hexano

Procedimiento Se toma un litro de muestra y se acidifica a pH 2 con HCl 6N (5 ml).

Se lleva a embudo de separacin de dos litros, se agrega 30 ml de hexano y se agita, se deja separar las capas y se drena el solvente a una cpsula o plato de vidrio de peso constante, es recomendable recuperar el solvente empleando balones de destilacin en lugar de cpsulas.

Se hace dos extracciones ms con 30 ml de hexano cada una y se lleva a destilar en bao mara a 80 C y luego a cmara de secado a 80 C por 15 minutos, se enfra en desecador y se pesa. En el caso de formarse emulsiones muy fuertes filtrar los extractos en papel de filtro conteniendo Na2SO4 antes de destilar.

Clculos

mg De aceite y grasa / 1 = B A x 1000

ml de muestra

A = peso inicial de la cpsula vaca

B = peso final de la cpsula con el extracto.

Nota: Con este mtodo puede determinarse concentraciones de hasta 0.1 mg/1 dependiendo del volumen de agua tomado.

2.3 Determinacin de alcalinidad

Principio.- se basa en la capacidad de un agua de neutralizar los cidos fuertes, se debe a la presencia de sales de cidos dbiles o bases fuertes (CO3 =HCO3-, OH-).

REACTIVOS:

FENOLFTALEINA AL 1%.

ANARANJADO DE METILO AL 0.1%.

INDICADOR - MEZCLA.

H2SO4 N/50.

PROCEDIMIENTO:

Medir exactamente 10 ml de la muestra.

Aadir 1 gota de solucin indicadora de fenolftalena.

Si aparece una coloracin rosada titular con H2SO4 N/50, hasta que el indicador vire a incoloro. Tomar nota del volumen gastado como V1.

Seguidamente aadir 2 gotas de solucin indicadora rojo de metilo

(reactivo 260).

Continuar la titulacin con H2SO4 N/50 hasta que la coloracin cambie de azul verdoso a rosado.

CALCULOS: La alcalinidad F (fenolftalena), se obtiene multiplicando el volumen V1 por 100 .

La alcalinidad M, se obtiene multiplicando el volumen V2 por 100.

La alcalinidad OH, en ppm se obtiene multiplicando la alcalinidad F por 2 y restando de esta cantidad la alcalinidad M.

Reportar la alcalinidad F,M y OH en ppm.

NOTA: Si en el paso (3) no aparece coloracin rosada, considerar la alcalinidad F = 0 y continuar el paso (4).

2.4 Determinacin de clorurosREACTIVOS:

CROMATO DE POTASIO AL 10%

NITRATO DE PLATA 0.0172N.

H2SO4 N/1

PROCEDIMIENTO:

Medir exactamente 10 ml de la muestra.

Agregar 1 gota de indicador fenolftalena.

Si aparece coloracin rosada, neutralizar con H2SO4 N/1 hasta que el indicador vire a incoloro.

Aadir 2 gotas de K2CrO4 (reactivo 224).

Titular la muestra con reactivo 229 (AgNO3) hasta que el indicador

cambie de amarillo a rojo ladrillo.

CALCULOS:

Para obtener la concentracin de cloruros como NaCl, multiplica el volumen gastado de AgNO3 por 100. Reporta este resultado en ppm.

2.5 Determinacin de slidos

Principio.- Consiste en la separacin de las partculas slidas de la muestra de agua por filtracin a travs de una membrana de 0.45 micrmetro de dimetro.

En el filtrado se encuentran los slidos disueltos los que se llevan a residuo seco a 105C

Materiales y reactivos.

Embudo

Kitasato de 500 ml.

Estufa a 105 C

Cpsula de porcelana de 50 ml.

Probeta de 50 ml.

Balanza

Determinacin de slidos en suspensin y disueltos

Procedimiento

50 ml. de muestra

Filtracin

Al vaco

0.45 um

Cpsula con filtrado (pre-pesada)

Evaporar y secar a 103-105C

Pesada final de cpsula + muestra

(Peso constante)

(A B) x 1000

mg/l slidos disueltos =

ml de muestra

(C - D) x 1000

mg/l slidos en suspensin =

ml de muestra

A = Capsula + muestra

C = Filtro + muestra

B = Capsula vaca

D = Filtro

Fsforo total

Principio.- la accin en solucin dilucin diluida de los ortofosfatos con molibdato de Amonio y Tartrato de Antimonio y Potasio forma un acido Heteropolyfosfomolibdico el que por reduccin con el acido Ascrbico produce Azul de Molibdeno.

Material y reactivos.

Cocinilla elctrica

Erlenmeyers

Tubo de Nessler o fiola de 50 ml.

Sol. De Fenoltaleina

H2SO4 conc.

HNO3

Relativo Combinado

Correr blanco

50 ml. Muestra

+ 1 ml. De H2SO4 conc. + 5ml. De HNO3

Digestin hasta el volumen 1 ml.

(1 hora)

Enfriar

+ 20 ml. De H2O destillada + 1 gota de fenolftana + NaOH 1ON ROSADO + H2SO4 10N incoloro

Pasar a tubos filtrar si hubiera furicidad

Nessler de 50 ml. O fiolas de 50 ml

Aadir 8 ml de relativo combinado y mezclar coloracin azul

Esperar 10 y leer 800 nm

Hallar la cura de calibracin mgP

Mg/1P = mg P x 1000

Ml de muestra

Fsforo soluble

Principio.- por este mtodo se determina los componentes de Fsforo solubles en agua (Ortofosfatos)

Material y mtodos

Erlenmeyers de 125 ml. O violas de 50 ml.

Pipeta de 10 ml. (volumtrica)

Pipeta graduada de 10 ml.

H2 SO4 5N

Sol. De Fenolftalena

Sol. De reactivo combinado25 ml. De muestra

+ 1 gota de fenolftalena rojo

+Gota H2 SO4 5N

Incoloro

Aadir 8 ml. De reactivo combinado

Mezclar color azul

Esperar 10 y leer a 880 nm

Halar en la curva de calibracin los mgP

Mg p x 1000

Mg/1 P =

Ml de muestra

Oxigeno disuelto

Principio.- El oxgeno disuelto oxida al hidrxido manganoso formando el MnCl2 y una solucin lcali Ioduro (NaOH + NaI), hasta hidrxido mangnico el cual ,en presencia de un cido es reducido y a su vez oxida al Ioduro presente hasta Yodo molecular ; este ltimo es titulado con solucin de tiosulfato de sodio 0.02 N.

Material y reactivos

Frasco de 300 ml. Con tapa esmerilada

Erlenmeyers de 250 ml.

Sol. De MnCl2 o Mn SO4

Sol. De alcali Ioduro

Sol. De tiosulfato de sodio 0.02 N

Sol. De almidn al 1%

2.6 Mtodo de winkler

300 ml. De muestra

2 ml. Sol. de MnSO4

2 ml. Sol. lcali Ioduro

Tapar y agitar 15 veces precipitado marrn rojizo

Dejar sedimentar

Agitar

Sedimentar a 2/3 de vol.

Agregar 2 ml. de H2SO4 conc.

Tapar agitar disolucin

Tomar 203 ml.

Titilacin con Na2S2O3 0.025N --- amarillo claro

+ 1 ml. Sol. Almidn --- azul.

Desaparicin del color azul

Clculo- para 200 ml. de muestra, 1 ml. De tiosulfato 0.25 N = 1mg/1 OD

2.7 DETERMINACION DE SULFURO

2.7.1 METODO YODOMETRICO

PRESENCIA Y SIGNIFICADO

Los sulfuros se encuentran a menudo en el agua subterrnea, especialmente en manantiales calientes. Su presencia comn en las aguas residuales se debe en parte a la descomposicin de la materia orgnica, presente a veces en los residuos industriales pero presente casi siempre en la reduccin bacteriana de los sulfatos. EL sulfuro de hidrgeno que escapa al aire a partir de de las aguas residuales que contienen sulfuros produce olores molestos.. La concentracin umbral de olor para H2S en agua limpia esta comprendida entre 0.025 y 0.25 g/l H2S es muy txico y ha motivado la muerte de trabajadores en alcantarilla. Ataca directa e indirectamente a los metales y ha producido corrosiones graves en las conducciones de cemento por oxidarse biolgicamente a H2SO4 en las paredes de las tuberas. REACTIVOS

a) Acido clorhdrico HCL, 6N

b) Solucin patrn de yodo 0.0250N. Disulvase de 20 a 25 g KI en un poco de agua y adase 3,2 g de yodo .Despus de la disolucin del yodo, dilyase a 1000 ml y estandarice frente a Na2S2O3 0.0250N utilizando almidn como indicador.

c) Solucin de Tiosulfato sdico 0.0250N

d) Solucin de almidn.

PROCEDIMIENTO

Adase con bureta a un matraz de 500 ml una cantidad de solucin del yodo estimado como un exceso sobre la cantidad de sulfuro presente. Adase agua destilada , si fuera necesario para llevar el volumen a 20 ml . Aada 2 ml de HCL 6 N . Llvese con la pipeta 200 ml de muestra en el matraz descargando la pipeta bajo la superficie de la solucin. Si desaparece el color del yodo , adase ms yodo para mantener el color . Titlese por retroceso con solucin de Na2S2O3 aadiendo unas gotas de solucin de almidn al acercarse al punto final y continuando hasta desaparecer el color azul.

CALCULOS

( (A X B ) ( C X D ) X 16.000 )

mg/L S2-/L = ------------------------------------------

ml de Muestra

A: ml de solucin

B: Normalidad de la solucin de yodo

C: ml solucin Na2S2O3D: Normalidad de la solucin de Na 2S2O3

2.8 DETERMINACION DE CONDUCTIVIDAD

2.8.1 METODO ELECTROMETRICO

INTRODUCCION

La conductividad es la expresin numrica de la capacidad de una solucin para transportar una corriente elctrica. Esta capacidad depende de la presencia de iones y de su concentracin total, de su movilidad valencia y concentraciones negativas, as como la temperatura de la medicin. Las soluciones de la mayora de los cidos bases y sales presentan coeficientes de conductividad adecuados.Ala inversa las molculas de los compuestos orgnicos que no se disocian en soluciones acuosas tienen una conductividad casi nula.

REACTIVOS:

a) Agua de conductividad: Se hace pasar agua destilada por un desionizador descartndose el primer litro, la conductividad debe ser menor de 1S /cm.

b) Solucin estndar de cloruro potsico KCL 0.0100M: Disulvase 745.6 mg de KCL en agua de conductividad , diluyendo hasta 1000 ml a 25C. Esta es la solucin de referencia estndar a 25 C de 1413 S /cm.

TOMA DE MUESTRA Y PRESERVACION

Se debe almacenar en botellas de plstico o vidrio en un volumen aproximado de 100 ml de muestra y efectuar la medicin en un tiempo mximo de 24 horasSe recomienda efectuar la medicin in situ con el instrumento de campo apropiado.

PROCEDIMIENTO

Se emplea equipo conductivmetro con electrodo selectivo , el cual debe ser calibrado previamente para proporcionar lectura correcta.

a) Encender el equipo

b) Sumergir el electrodo o sensor en la muestra.

c) Agitar el sensor en el fondo para asegurar que no hayan burbujas de aire atrapadas en el fondo del recipiente

d) Esperar unos segundos hasta que se estabilice.

e) Tomar la lectura directa. en S/cm

f) Enjuagar electrodo con agua destilada.

El equipo Conductivmetro proporciona lecturas directas de salinidad temperatura y slidos totales disueltos.REFERENCIAS

Conductividad, Standard methods for the examination of Water and wasterwater 17 Edicin .Pg 2-63

2.9 DETERMINACION DE COLOR INTRODUCCION

El color del agua puede estar condicionado por la presencia de iones metlicos naturales (hierro y manganeso) de humus y turbas de plancton, de restos vegetales. Tal coloracin se elimina para adaptar un agua a usos generales e industriales. Las aguas residuales industriales coloreadas suelen requerir la supresin del color antes de su desage. El color puede ser expresado como aparente o real. El color aparente est producido por materiales disueltos y materia en suspensin. Filtrando o centrifugando los slidos en suspensin, se puede determinar el color verdadero.

INTERFERENCIAS

Interfiere la turbidez. El proceso de su eliminacin es mediante filtrado.

INSTRUMENTAL Y APARATOS

3ESPECTROFOTOMETRA DE ABSORCIN ATMICA

3.1 TOMA DE MUESTRA Y PRESERVACION

Se debe recoger las muestras en frascos de vidrio o plstico. Evite la agitacin excesiva o el contacto prolongado con el aire. Las muestras pueden guardarse 24 horas enfrindolas a 4C.

PROCEDIMIENTO

Se emplea espectrofotmetro. El cual determina la concentracin del color en unidades de Platino-Cobalto. Se emplea estndares de 500 unidades de PtCo para la calibracin de la curva patrn.

a) Encender el estectrofotmetro y seleccionar el mtodo a una longitud de onda de 425 nm.

b) Tomar 25 ml de muestra con una pipeta volumtrica en una celda.

c) Tomar en otra celda 25 ml de agua desionizada para el blanco.

d) Colocar el blanco en el espectrofotmetro y presionar Zero.

e) Luego colocar la muestra y presionar Read/Enter.

f) Tener en cuenta que las celdas se deben limpiar con papel Tis en forma vertical de arriba hacia abajo evitando ralladuras que posteriormente pueden dar resultados errneos.

g) Luego de unos segundos el equipo registrar el resultado en unidades de Platino-Cobalto.

REFERENCIAS

Color, Standard methods for the examination of Water and wasterwater 17 Edicin .Pg2-2

3.2 CONSIDERACIONES GENERALESCuando un tomo en el estado elemental absorbe energa en forma de luz de una longitud de onda especfica es elevado a un estado excitado, la cantidad de luz absorbida incrementar conforme incrementa el nmero de tomos presentes.

Para determinar la concentracin de un elemento se emplea la relacin entre la cantidad de luz absorbida y la concentracin del elemento en estndares conocidos.3.2 INSTRUMENTACIONEl esquema siguiente, representa sistemas de absorcin atmica de llama de haz simple y doble. La fuente de luz en un sistema de absorcin atmica es primaria, la fuente de radiacin es una lmpara de ctodo hueco o una lmpara de descarga, la fuente de energa para la produccin de tomos libres es calor en la forma de una llama de aire-acetileno o acetileno xido nitroso.

La seleccin de la lnea en la cual el tomo absorbe energa (lnea de resonancia) la hace un monocromador el fotodetector ve solamente la lnea de resonancia cuando el sistema es de doble haz ste da una lnea de base estable de buena precisin analtica.

Basados en el sistema ptimo hay tres tipos bsicos de instrumentos, haz simple, doble haz y doble haz dual, en el instrumento de un solo haz, el haz de luz pasa directamente de la muestra a travs de la llama hasta el detector. En un sistema de doble haz la luz es dividida por un Chopper en dos haces, uno de ellos el haz de referencia va directamente al detector, el otro, el de la muestra va a travs de la llama a la muestra y cualquier diferencia entre el haz de referencia y el de muestra se mide como una funcin directa de la luz absorbida, reducindose la importancia de la estabilidad de la fuente de poder, sin embargo la mayor ventaja de los equipos de doble haz es que no necesitan calentamiento. Las ventajas de los equipos de haz simple son el uso de lmparas de baja intensidad y posiciones de Slit y de Gain ms pequeas operando con ruido ms bajo y sensibilidad ms alta, especialmente en el rango ms bajo de longitud de onda.

Con el sistema dual de doble haz se analizan dos elementos a la vez y permite usar la estandarizacin interna, algunos equipo de absorcin atmica pueden ser operados en la forma de emisin (Na y K) otros en la forma de fluorescencia atmica, aplicable a anlisis de trazas ya que tienen mayor sensibilidad.

La mayora de los anlisis de agua se pueden hacer con la llama empleando tcnicas de extraccin que mejoran la sensibilidad. Los tipos de quemadores ms usados en anlisis de agua por AA son el de flujo laminar (pre-mix) siendo ms ventajoso para emisin de llama el de consumo total (surface-mix), para temperaturas ms altas con llama de acetileno xido nitroso se requiere de quemadores especiales.

Sin embargo el sistema nebulizador quemador solamente quema una fraccin de la muestra, para superar esta deficiencia se ha diseado un sistema que atomiza toda la muestra y la retiene en el paso de luz por un perodo mayor incrementando la sensibilidad de la tcnica, en este sistema la llama es reemplazada por un tubo de grafito calentado elctricamente en el cual se introduce directamente la muestra. La sensibilidad y los lmites de deteccin con esta tcnica incrementan porque el calentamiento es programado en varios pasos para activar el solvente y otros componentes de la matriz quedando slo el elemento a determinar dentro del paso de luz en el tubo por un tiempo mayor la relacin entre la absorbancia y la temperatura para el Te, durante el precalentamiento y la atomizacin se aprecia en la Fig.

Otras caractersticas mejoradas son: a) La correccin del background producida por la dispersin de la luz en partculas en la llama y la absorcin por molculas de la matriz. (Fig.)

b) La tcnica del vapor fro (sin llama) aplicada a elementos como el Hg de baja sensibilidad a la llama y alta presin de vapor.

c) La de conversin a hidruros y aspiracin hacia una llama de argn - hidrgeno requiere de accesorios especiales para la produccin de hidrgeno y calentamiento del hidruro.2.aTcnicas en Espectroscopia de Absorcin Atmica

Han alcanzado gran desarrollo varias tcnicas aplicables a una mayor variedad de muestras y elementos que presentaban algunas dificultades.

3.3 ABSORCIN ATMICA A LLAMAActualmente las interferencias con esta tcnica estn identificadas y son fcilmente controladas, su estandarizacin es simple, el costo del equipo es relativamente bajo, el manejo del instrumento es fcil y requiere una experiencia mnima del operador. Sin embargo, elementos como el B, V, Ta y W no son disociados completamente en la llama y no se les puede determinar. Otros metales como el Mo y las tierras alcalinas tampoco se disocian completamente ocasionando interferencias, aquellos elementos cuyas lneas de resonancia se ubican en el lejano Uv (P, S y halgenos) no son fcilmente determinados.

3.4 ABSORCIN ATMICA DE PLASMA INDUCTIVAMENTE ACOPILADOHay varios sistemas que emplean plasma siendo ste el ms usado. Los lmites de deteccin para la mayora de los elementos son dos o tres veces ms bajos o ms altos que los de la llama, por ejemplo, los elementos no refractarios pueden ser fcilmente determinados con el ICP lo mismo que los metales parcialmente disociados en la llama, sin embargo se presentan interferencias de otro tipo como ocurre con altas concentraciones de materia inorgnica, las que pueden alterar la posicin de la porcin caliente del plasma y alterar la seal de determinado analito; deben considerarse diferencias espectrales seleccionando lneas para un elemento especfico con diferentes matrices.

Esta tcnica es multielemental, pudiendo usarse varios detectores simultneamente.

3.5 ABSORCIN ATMICA CON HORNO DE GRAFITOCon esta tcnica se alcanzan los lmites ms bajos de deteccin de 10 a 100 veces mejores que la de llama ICP teniendo la ventaja de requerir pequeos volmenes de muestra, anteriormente la principal limitacin con esta tcnica eran las interferencias fsicas y qumicas muchas de las cuales han sido corregidas por diversos medios, siendo an mayor el nivel de interferencias con esta tcnica que con las otras, adems es una tcnica lenta y slo se puede analizar un elemento.

En la figura se comparan los lmites de deteccin de las tres tcnicas citadas.

3.6 ABSORCIN ATMICA POR GENERACIN DE HIDRUROSSe aplica para aquellos elementos cuyos hidruros pueden convertirse fcilmente a hidruros metlicos gaseosos a temperatura ambiente. Es posible determinar As y Se en ppb en aguas y tejidos vegetales o animales, otros elementos que se analizan son Se y Bi.

EQUIPAMIENTO

Los instrumentos de espectroscopia atmica para su funcionamiento requieren de:

rea adecuada para instalacin.

Extractor de aire

Aire comprimido

Acetileno, xido nitroso.

Hidrgeno y Argn

Argn y Nitrgeno para sistemas con horno de grafito

Conexiones para gas.

Lmparas fuente para AA

Cilindros para gas

Servicios de energa, desage, conexin a tierra.

El rea de trabajo para un equipo de AA debe estar libre de polvo y de gases corrosivos la mesa debe ser lo suficientemente grande como para acondicionar el equipo y accesorios, los cuales estarn libre de vibraciones si la base de la mesa se asla, especialmente bajo suelo construyendo un bloque de concreto separado con capas de espuma, carbn, etc. del suelo.

El flujo del sistema de ventilacin debe ser 5,400-8000 1/min, en la campana del equipo no debe prepararse muestras ni manipular material corrosivo.

El suministro de aire comprimido debe ser en un mnimo de 20 l/min a una presin de 275 KPa (40 Psig) cuidndose de mantener un filtro de aceite y agua entre la compresora y el equipo.

Debido al ruido que produce la compresora debe instalarse fuera del laboratorio en un rea ventilada, en la cual se pueden almacenar los balones de gas convenientemente asegurados.

Acetileno. Si no existen proveedores para gas acetileno puede usarse el de soldadura. Sin embargo ste puede contener acetona, lo cual puede dar resultados errneos para elementos con Ca, Sn, Cr, Mo que dependen del flujo combustible /O2 por ello debe reemplazarse cuando la presin llegue a 600 KPa; la presin de uso recomendada es de 80 KPa x 12 psig y nunca < 100 KPa.

Oxido Nitroso. Cuando se emplea este gas debe tenerse especial cuidado porque los envases son de alta presin (5000 KPa), igualmente debe evitarse que las lneas estn libres de grasa o materiales orgnicos.

Envase de Drenaje. Este debe ser de plstico con boca ancha y el tubo de drenaje sumergido en agua unos 15 cms.

Lmparas. Las ms empleadas son las de ctodo hueco y las de descarga sin electrodos que tienen mayor elasticidad, sensibilidad y tiempo de vida. Algunos elementos como el Al, Sb, As, Bi, Cu, Pb, Hg, P, K, Q, Ti, Zn mejoran su detencin con estas lmparas.

Energa. Se requiere de fuente de 110-220 V 60 Hz, si se detectan variaciones de voltaje se recomiendan transformadores de 250-500 watts.

Los sistemas de horno de grafito o ICP requieren adems de otros accesorios y servicios los cuales se incluyen en los manuales de los proveedores.

3.7 MANTENIMIENTO DE LOS ESPECTROFOTMETROS DE ABSORCIN ATMICA

En la siguiente tabla se indican frecuencias y procedimientos para el chequeo del instrumento y sus partes.

ComponenteFrecuenciaProcedimiento

Lmpara de ctodo hueco o descargaDiariaCalentar previamente hasta estabilizar la corriente, optimizar la posicin de la lmpara con el medidor de energa.

Longitud de ondaDiariaFijar la longitud de onda y afinar con el medidor de energa.

SlitDiariaFijar como lo indica el manual.

CmaraDiariaLavarla con agua destilada y acetona, secarla.

QuemadorDiariaAlinear el quemador horizontal y verticalmente y ajustar la posicin al pico de absorbancia.

AnilloDiariaRevisarlo y si es necesario reemplazarlo.

Tubo de nebulizadorDiarioLimpiar depsitos de carbn.

Tubo y nivel de drenaje.DiarioInspeccionarlo visualmente y ajustarlo o reemplazarlo si es necesario.

Medidor de gas y balnDiarioInspeccionar vlvula de presin para el valor apropiado y ajustar el medidor de flujo.

NebulizadorDiariaAjustarlo por rotacin y afinar hasta sensibilidad mxima.

Estndar externoAspirar 5 ppm de Cu y ajustar el nebulizador a absorcin mxima el valor debe ser > 0.25.

SensibilidadDiariaAspirar soluciones estndar y comparar la sensibilidad contra resultados previos.

NebulizadorSemanalDesmontar y lavar con agua destilada.

Ventana de la lmpara.

SemanalLimpiar con una tela muy suave.

Cubierta exterior del instrumentoTrimestralLimpiar con agua y jabn si es necesario.

Cabeza del quemadorTrimestralLavar con HCl diluido.

Salida de la lmparaAnualChequear con medidor de potencia.

En el espectofotmetro de AA con horno de grafito se debe chequear diariamente el tubo de grafito, el argn, el compensador de temperatura y el agua de refrigeracin cuidando que se mantengan las condiciones de trabajo.

El sistema para analizar mercurio por vapor fro debe chequearse diariamente para una operacin normal.

Despus de usarlo se deben aspirar las siguientes soluciones en el orden que se indica:

Na OH al 10% por 5 minutos

Agua destilada por 2 minutos

Agua destilada por 5 minutos

Mensualmente se recomienda limpiar la celda UV (con agua y acetona) la columna con Na OH al 10%, las espirales de vidrio y el separador gas lquido con la misma solucin, trimestralmente se reemplazarn los tubos de transmisin.

Potencial Redox EhLos potenciales redox controlan los procesos qumicos naturales e indican los cambios en las propiedades del agua debido a los procesos biolgicos aerobios o anaerobios. Los potenciales menores de 200 mv se dan en procesos anaerbicos, entre 0 y -200 mv son transicionales y los valores positivos indican procesos aerbicos.

Mtodo potenciomtrico Discusin generalLa medicin del potencial redox presenta la relativa intensidad de las condiciones oxidante y reductora de las soluciones y su valor es proporcional al valor del pH. Este potencial se mide con un electrodo indicador inerte y otro de referencia.

En equilibrio la diferencia de potencial entre el electrodo indicador y el de referencia representa el potencial redox del sistema.

Los electrodos ms usados como indicadores son los de Pt, Au o grafito; como electrodos de referencia se emplean los calomel o plata/cloruro de plata.

Para verificar la respuesta del electrodo a la temperatura de la medicin se usan soluciones buffer cuyo potencial es conocido como patrones de comparacin; estas soluciones buffer dan diferentes valores de potencial redox caractersticos del tipo de electrodo empleado (Pt, H, etc.)

Mediante los diaramas Eh-pH se evala el comportamiento qumico de los elementos presentes en un agua natural.

InterferenciasLa medicin del potencial redox depende de factores tales como actividad inica, naturaleza y temperatura del electrodo, cantidad de la muestra, manejo y preservacin. Por ello su medicin debe ser inmediata para evitar cambios debidos a efectos de temperatura, oxigenacin, etc. Los efectos de la suciedad en los electrodos producen fluctuaciones en la medicin.

Las variaciones de pH incrementan o disminuyen el potencial de los iones (H+).

Aparatos Electrodo de Pt o Au

Medidor de pH/mv (( 1,400 mv)

Electrodo de referencia

Vasos de 150 ml

Agitador magntico

Reactivos Solucin buffer redox apropiada para el electrodo que se emplea.

ProcedimientoCalibracin del instrumento:

Sumergir los electrodos en solucin estndar y equilibrar a la temperatura de la muestra.

Colocar el equipo para medicin de mV y despus de cinco minutos registrar el dato si la lectura es ( 10 mV del valor terico, si no lo fuera, limpiar y enjuagar el electrodo y repetir la medicin hasta conseguir la aproximacin debida.

Colocar la muestra en un vaso de 150 ml, sumergir el electrodo por aproximadamente cinco minutos o hasta el valor constante.

Registrar el valor del potencial redox en milivoltaje y enjuagar el electrodo.

Repetir la medicin.

CuadroElectrodo de hidrgenoSolucin buffer redoxpHmV

Quihidrona saturada4.62

7.00427 mV

285 (25 C)

Dureza Total Segn las fuente y tratamiento al cual el agua ha sido sujeta, la dureza puede encontrarse entre cero y algunos cientos de miligramos por litro de carbonato de calcio. Las aguas duras como las aguas blandas para el uso domstico, son satisfactorias pero las aguas duras no son efectivas para la limpieza. La dureza es un parmetro de inters en el agua y las cantidades relativas de dureza de calcio y magnesio, dureza carbonatada y bicarbonatada, son factores determinantes en la seleccin del tipo ms econmico de proceso de ablandamiento cuando se disea un sistema de tratamiento de agua. En los procesos de ablandamiento, la determinacin de la dureza sirve para el control de rutina.CALIBRACION Y BUEN USO DE EQUIPOSpticos.- Espectrofotmetro UV Vis

Principio: Cualquier sustancia coloreada o que pueda formar un color al reaccionar con otra sustancia puede ser analizada comparando la intensidad de su color con la del color de otra sustancia de concentracin conocida mediante la medicin de la absorvancia de energa radiante por las soluciones.

Objetivos: Calibrar el equipo variando las condiciones de operacin que afectan las mediciones y discutir algunos problemas relacionados con las caractersticas y limitaciones del instrumento.

Equipos y Reactivos:

Espectofotmetro UV-Vis Hewlett Packard

Spectronic 20 Bausch and Lomb

Celdas

Solucin patrn de cloruro de cobalto

Solucin de dicromato de potasio 4 x 10-3 M

Filtro de didimio

Agua destilada

Procedimiento1. Verificar que el equipo se encuentre correctamente conectado.

2. Calibrar el equipo segn las instrucciones del manual. Registrar los datos y graficar la curva.

3. Efectuar mediciones en las siguientes condiciones: a) poca solucin, b) celda daada, c) solucin turbia o con burbujas, d) longitud de onda corrida, e) filtro inapropiado.

4. Comparar las mediciones con las realizadas en otro equipo, discutirlo.2015

ANLISIS QUMICO

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