ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA POLITECNI CA DE CHIMBORAZO FACULTAD CIENCIAS ESCUELA INGENIERÍA QUÍMICA ANALISIS INSTRUMENTAL INSTRUMENTAL
DETERMINACIÓN DE SULFATOS EN AGUAS POR MÉTODO ESPECTROFOTOMETRICO. Objetivo general: Identificar la cantidad de sulfatos que puede contener una muestra de agua por medio de la espectrofotome espectrofotometría tría y de ese modo determinar su potabilidad y seguridad. Reseña Este ion sulfato es uno de los aniones más comunes en las aguas naturales, se encuentra en concentraciones que varían desde unos pocos hasta miles de mg/L. debido a que los sulfatos de sodio y magnesio tienen un efecto purgante , se recomienda un límite superior en aguas potables de 250 mg/L de sulfatos. El contenido de sulfatos es también importante porque las aguas que presentan niveles altos de sulfatos tienden a formar incrustaciones en las calderas y en los intercambiadores de calor. En cuanto en aguas residuales la cantidad de sulfatos es un factor muy importante para la determinación de los problemas de las alcantarillas, es decir, olores desagradables como a huevo podrido, el gas en toxico (puede ocasionar la muerte), el gas es explosivo (mezclas de aire con 4 a 46% de H2S), en solución se hace difícil tratar las aguas residuales, cuando el H2S se oxida por ciertas bacterias, ataca las estructuras metálicas y de concreto. Para la determinación de sulfatos se analiza una muestra a una longitud de onda máxima de 420 nm en la cual se registra la mayor absorbancia de las muestras de agua. Un concepto para y tener en cuenta es la ley de Lambert y Beer la cual indica de forma cuantitativa como la atenuación depende de la concentración de las moléculas absorbentes y el trayecto en el que ocurre la absorción así que estas nociones relacionan la absorción de luz con las propiedades de la sustancia que absorbe dicha luz; también se podría describir la relación entre la luz que atraviesa la sustancia y la luz que sale de allí. Debido a que todo método analítico tiene ciertas restricciones entre las cuales funciona adecuadamente la confiabilidad de sus resultados aparecen los limites de detección los cuales representan la cantidad mínima de concentración de una sustancia que puede ser hallada por el método de análisis que se está aplicando, de esta manera también hay límites de detección máximos los cuales se definen como la concentración máxima de un analito que se puede analizar, lo que ocurre en este caso es que las soluciones quedan quedan tan concentradas que toda la luz que emite el equipo es absorbida por la solución por lo cual la lectura del equipo será errónea. Una solución para este problema sería diluir un poco la solución para poder encajarla en los límites de detección de en este caso el método espectrofotométrico. Por otro lado el método turbidimétrico (aplicable a concentraciones hasta de 60 mg/L) es un método muy usado para determinar sulfatos por su rapidez, esto consiste en que
el ion sulfato tiende a precipitarse como sulfato de bario, en medio acido, con cloruro de bario y cloruro de sodio. La absorción, de esta suspensión se mide con un espectrofotómetro y la concentración del ion sulfato es posible determinar por comparación de la lectura con una curva de calibración.
La curva de calibración es un método grafico que se usa para medir la concentración de una sustancia por medio de la relación de las concentraciones conocidas de una solución y la absorbancia que reporta cada una de ellas. Aquí es importante tener en cuenta que valores graficados cumplen la ley de Beer lo cual significa que se ajustan a una línea recta que pasa por el origen de dicha grafica. Para llevar a cabo un proceso de muestreo adecuado y que garantice una perfecta conservación del material inicialmente se escoge el sitio de muestreo, seguido a esto otocolo establecido por el “standard methods”, se tratan los recipientes de acuerdo al pr otocolo en el cual establecen que si el recipiente es nuevo se debe lavar con una mezcla formica por 12 horas, enjuagar con abundante agua destilada y dejar secar a temperatura ambiente; posteriormente se realiza el debido etiquetado de dicho recipiente en el cual se debe especificar el lugar, la hora y la fecha de la recolección además de las condiciones del medio ambiente que pueden generar interferencias en la muestra. Para tomar la muestra en esta práctica hay que tener en cuenta que si la muestra contiene materia orgánica y cierto tipo de bacterias (sulfato reductoras), los sulfatos son reducidos por las bacterias a sulfuros. Para evitar lo anterior, las muestras que tengan alta contaminación, se deben almacenar en refrigeración o tratadas con un poco de formaldehido. Si la muestra contiene sulfitos, estos reaccionan a un pH superior a 8.0, con el oxígeno disuelto del agua y pasan a sulfatos, se evita esta reacción, ajustando el pH de la muestra a niveles inferiores a 8.0. Aparte de los casos especiales mencionados, mencionados, la muestra no requiere requiere de un almacenaje especial. especial. La reglamentación establece como valor orientador de calidad 250 mg/l y como límite máximo tolerable 400 mg/l, concentració concentración n máxima admisible Los sulfatos suelen ser sales solubles en agua a excepción de los de Pb, Ba y Sr por lo que se hayan profusamente repartidos en todas las aguas. El origen de este ión en las aguas se debe fundamentalmente a los procesos de disolución de yesos (sulfato de calcio) sin olvidar las cantidades procedentes de la oxidación de los sulfuros. El fundamento de esta determinación es la reacción entre el anión sulfato y el catión Ba para formar un producto insoluble, que con ayuda de suspensión de goma arábiga permanece en disolución un tiempo adecuado para su análisis turbidimétrico. Los sulfatos se encuentran en las aguas naturales en un amplio intervalo de concentraciones. Las aguas de minas y los efluentes industriales contienen grandes cantidades de sulfatos provenientes de la oxidación de la pirita y del uso del ácido sulfúrico. 3. Materiales: * 1 Balón aforado de 1000 mL
* 6 Balones aforados de 100 mL * 7 Erlenmeyer de 100 ml o Beakers * 2 Beakers de 250 mL * 7 vidrios de reloj * 3 pipetas de 5 y 10 mL * 3 Agitadores de vidrio * 1 Espátula Equipos: * Balanza analítica. * Placa de agitación. * Espectrofotómetro que permita operar a una longitud de onda de 420 nanómetros, con celda de 1 cm de espesor Reactivos: * Solución acondicionadora * BaCl2 2H2O * Disolución patrón de 100 ppm de SO4= Para realizar este análisis espectrofotométrico, primero se toman 6 estándares de trabajo (5,10,15,20,25 y 50 ml de la solución stock de Na2SO4 que corresponde a 4.950, 9.899,14.849,19.789,24.748 y 49.495 ppm SO4 respectivamente), antes de realizar la lectura de absorbancia, se lleva 10 ml en un vaso de precipitado a una placa agitadora donde se agrega 1 ml de la solución acondicionadora (3 mL de HCl concentrado, 30 mL de agua destilada, 10 mL de alcohol etílico, y 7.5 gramos de cloruro de sodio y 5 mL de glicerina) la cual no permite la precipitación de la sustancia de interés y 0.5 gramos de BaCl2 2H2O el cual permite la formación de BaSO4, de esta forma se agita durante un minuto y después si se procede a la lectura de absorbancia, de igual manera se efectúa con el blanco analítico y las muestras reales, en consecuencia es posible la construcción de la curva de calibración.
DETERMINACIÓN ESPECTROFOTOMÉTRICA DE PLATA INTRODUCCIÓN Aun cuando la determinación de pequeñas cantidades de plata puede efectuarse mediante espectrofotometría de absorción atómica resulta interesante, en la actualidad, el estudio y puesta a punto de métodos analíticos implicando instrumentación más sencilla y asequible a cualquier laboratorio. En este sentido, un grupo atractivo de métodos se basa en la extracción en disolventes orgánicos de compuestos de asociación iónica originados entre un complejo aniónico de Ag(I) y la forma monoprotonada de un colorante básico. Una medida espectrofotométrica en el visible en la capa orgánica permite la determinación del ion metálico (1-8). Tales procedimientos presentan gran sensibilidad, pues a la elevada absortividad molar del colorante, responsable de la absorción en e! líquido orgánico se une el efecto de concentración inherente al proceso de extracción. En esta línea de investigación investigación se encuentra el trabajo que aquí presentamos, donde se estudia la extracción del par iónico originado entre la Ag (I) en medio bromurado y la forma monoprotonada del azul de tionina, colorante tiazínico que si bien ha encontrado diversas aplicaciones analíticas (9, 10) no ha sido investigado como formador de compuestos de asociación iónica. Los estudios efectuados nos permiten proponer un nuevo método espectrofotométrico para la determinación de plata, sensible y aplicable a la determinación de esta especie en plomo metálico y concentrados de plomo con excelentes resultados. resultados. PARTE EXPERIMENTAL APARATOS Espectrofotómetros PYE UNICAM SP8-I00 (Vis-UV) y SP-1900 (Absorción atómica). DISOLUCIONES Todos los productos químicos utilizados han sido calidad reactivo análisis. Disolución acuosa de AgNO3 (Merck, R.A) de 1.000 Hg-ml~' preparada por pesada de 1.574 g de la sal y disolución hasta un litro con agua bidestilada. Contrastada potenciométricamente potenciométricamente (II). Disolución de azul de tionina (Hoechst) 10"^ M preparada por pesada de 0'3475 g del producto (3-dimetilamino-7-dietilaminofenotiazonio, I.C. 52025) y disolución hasta un litro con agua bidestilada. bidestilada. Otras disoluciones menos concentradas se prepararon por dilución conveniente de las anteriores.
PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACIÓN ESPECTROFOTOMÉTRICA DE PLATA La muestra conteniendo entre 0'4 y 8 ng de Ag(I) se sitúa en un embudo de decantación de 100 mi, se añaden 2 ml de H2SO4 0'9 N, 3 ml de KBr 0.1 M, V2 ml de azul de tionina 10"'' M y se lleva con agua bidestilada hasta 20 ml. Se añaden 5 ml de la mezcla tolueno/ciclohexanona 2/3, v/v y se agita durante 3 minutos. Tras separar las fases se transfiere la orgánica a un tubo cónico donde se centrifuga para separar totalmente las últimas trazas de agua. Se mide la absorbancia del extracto orgánico a 665 nm frente a un ensayo en blanco preparado de forma similar. PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACIÓN ESPECTROFOTOMÉTRICA DE PLATA EN PLOMO METÁLICO Se pesan exactamente cantidades de plomo comprendidas comprendidas entre 0'2 y 1 g de muestra, según el contenido en plata, que se sitúan en un Erlenmeyer y se añaden 15 ml de HNO3 1:3 calentando hasta disolución total. Tras enfriar se añaden 3 ml de ácido sulfúrico concentrado poco a poco y se calienta hasta la aparición de humos blancos persistentes. Se deja enfriar, se diluye hasta 50 ml con agua y se filtra a través de un crisol „de placa filtrante (n.° 5). Al filtrado se añade disolución acuosa de NH, hasta un ligero olor persistente. Si aparece algún precipitado se filtra de nuevo. El líquido sobrenadante se acidula con H2SO4 hasta el viraje del naranja de metilo. La disolución se enrasa con agua destilada hasta un volumen adecuado. Se toman alícuotas de esta disolución que se someten a su análisis según el procedimiento descrito en el apartado anterior. PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACIÓN ESPECTROFOTOMÉTRICA DE PLATA EN CONCENTRADOS DE PLOMO Se pesan exactamente cantidades de muestra de alrededor de 0'2 g que se tratan con 5ml de ácido nítrico y se llevan hasta casi sequedad. Después de enfriar, se añaden 5 ml de ácido perclórico evaporando hasta humos blancos densos. Se diluye con aproximadamente 100 ml de agua y se hierve la disolución durante unos minutos. Se deja enfriar, se añaden 20 ml de disolución de Pb(NO3)2 0'2 M y se precipita el PbCl2 por adición de NaCl 1 M gota a gota (aproximadamente 3 ml). El precipitado se lava varias veces con agua y se disuelve con 10 ml de NH4OH 2 M y 3 ml de ácido cítrico al 25%. Se neutraliza la disolución con ácido sulfúrico hasta el viraje del naranja de metilo. Se lleva a un volumen adecuado y se mide la absorbancia absorbanc ia aplicando el método para determinar plata a alícuotas de esta disolución. disolución.
