PRÁCTIC A N°
2
ANÁLISI S DE NITRATO S EN AGUAS
OBJETIVOS •
Determinar la cantidad de nitratos en aguas minerales
•
Comprender el uso del espectrofotómetro UV-Visible de doble haz
•
Determinar la influencia de nitratos en la salud
FUNDAMENTO DEL METODO NITRATOS EN AGUA Los nitratos constituyen la especie nitrogenada más abundante y de mayor interés en todos los cuerpos de aguas naturales. Los nitratos suelen hallarse en aguas naturales en concentraciones traza o de unos pocos ppms! mientras "ue en aguas residuales domésticas y agr#colas pueden alcanzar ni$eles relati$amente altos. La determinación de los nitratos en el agua de consumo humano es importante por"ue cuando estos se encuentran en concentraciones "ue sobrepasan los l#mites permitidos! pueden causar una enfermedad infantil conocida como %metahemoglobinemia&! "ue se caracteriza por la dificultad de la sangre para absorber o'#geno. (or otra parte! los nitratos! as# como los fosfatos! constituyen parte de los nutrientes esenciales para muchos organismos autótrofos o fotosintéticos y en este sentido! su presencia en el agua! puede ocasionar fenómenos de eutrificacion en r#os y lagos. Los nitratos! as# como el amonio! constituyen indicadores apropiados de aguas residuales domésticas. )l primero! es t#pico de las aguas residuales domesticas frescas y es muy mó$il y estable en condiciones aeróbicas. )l segundo también t#pico de aguas residuales frescas! pero se e$apora con facilidad y*o se absorbe fácilmente en el subsuelo.
MÉTODO ESPECTROFOTOMETRICO UV VISIBLE )ste método es aplicable a muestras limpias con ba+o contenido de materia orgánica! tales como las pro$enientes de plantas suministro y*o aguas subterráneas. Las mediciones se realizan utilizando un fotómetro a ,, nm! para concentraciones inferiores a mg*l! rango para el cual se cumple la Ley de /eer. 0eniendo en cuenta "ue tanto la materia orgánica como el ion nitrato absorben energ#a radiante a una longitud de onda de ,, nm y "ue la materia orgánica mas no el nitrato! absorbe también a ,12 nm! el método anal#tico realiza las mediciones a estas dos longitudes de onda! con el ob+eto de corregir las primeras mediciones por la interferencia "ue halla podido ocasionar la materia orgánica presente en la muestra. )l grado de esta corrección emp#rica se reacciona con la naturaleza y concentración de la materia orgánica y puede $ariar a partir de un agua a otra. )l método fotométrico es muy bueno para muestras limpias y puede adaptarse bien para muestras con materia orgánica! siempre "ue esta permanezca estable y constante. La filtración de la muestra se piensa para "uitar interferencia posible de part#culas suspendidas.
DESCRIPCION DE LA TECNICA EMPLEADA
La técnica empleada mide directamente la absorbancia del analito o después de "ue ha reaccionado con un reacti$o y se forma un producto capaz de absorber la radiación. La primera técnica tiene más restricciones! en particular con muestras comple+as por"ue pocas $eces se puede encontrar una longitud de onda en la "ue solo se absorba el analito. )n ocasiones! las separaciones pre$ias ayudan a eliminar las especies "ue puedan absorber e interferir con la determinación espectrofotométrica del analito. )n otros casos! las interferencias se pueden corregir con una segunda medición de absorbancia. Un e+emplo de este segundo enfo"ue es la determinación de nitrato en muestras de aguas naturales 3lo realizado4. )l ion nitrato absorbe a ,, nm! y la materia orgánica disuelta también puede absorber a esta longitud de onda. (ara corregir las interferencias debidas a la materia orgánica! se toma una segunda lectura de absorbancia a ,1 nm! donde no absorbe el nitrato. 5un"ue tome más tiempo a $eces es preferible hacer una separación pre$ia para eliminar las especies "ue interfieren. 0ambién es frecuente tratar la muestra con un reacti$o selecti$o! de modo "ue en la reacción se forme una especie "ue absorba una región donde no haya interferencias. )n la e'periencia dada realizamos los siguientes pasos6
7olución stoc8 de nitrato6 se disol$ió .9:g de ;<= > ! pre$iamente secado a 2 C durante ,: horas! en ,2 mL de agua y preser$ar por adición de , mL de cloroformo. )sta solución contiene ppm de nitrato como <. 3es estable por ? meses4
(reparación de solución patrón intermedia de nitrato de 2ppm a partir de la solución stoc8.
7oluciones de patrón de nitratos6 se preparan por dilución de la solución intermedia. De a ppm de <=>- < a 2mL
)l blanco6 en una fiola de 2 mL coló"uese apro'imadamente :2 ml de agua ultra pura! a@ádase ml de solución de ACl < y luego complétese el $olumen hasta el enrase.
0ratamiento de la muestra.! filtrada si fuera preciso! a@ádase antes de enrazar ml se solución de ACl
7e prepara la cur$a de calibración y se lee la absorbancia de las muestras y patrones.
Interferencias Bnterfieren la materia orgánica disuelta! los surfactantes! <= ,- y Cr ?. (ueden interferir $arios iones inorgánicos! "ue no se encuentran normalmente en el agua natural! como clorito y clorato. Las sustancias inorgánicas se pueden compensar con un análisis independiente de concentraciones y la preparación de cur$as de corrección indi$iduales.
DESCRIPCION DE LOS INSTRUMENTOS O APARATOS USADOS Espectrofot!etro "e "o#$e %a& )n un espectrofotómetro de doble haz! la luz pasa alternadamente por la cubeta de la muestra y de la referencia! dirigida por un motor "ue gira un espe+o! "ue de esta manera entra y sale del paso de la luz. Cuando el cortador no des$#a el haz! la luz pasa a tra$és de la muestra! y el detector mide la potencia radiante "ue llamamos (. Cuando el cortador des$#a el haz a tra$és de la cubeta de referencia! el detector mide (. )l haz se corta $arias $eces por segundo! y el circuito compara automáticamente ( y (! dando as# la transmitan c#a y la absorbancia. )ste procedimiento permite hacer una corrección automática de las $ariaciones de intensidad de la fuente! y de la respuesta del detector con el tiempo y la longitud de onda! por"ue se comparan con mucha frecuencia la potencia "ue sale de las dos muestras. Los espectrofotómetros de mayor calidad destinados a in$estigación también permiten un barrido automático de longitudes de onda y un registro continuo de absorbancia. Cuando se registra un espectro de absorbancia! es de rutina registrar primero el espectro de la l#nea base con las disoluciones de referencia 3disol$ente puro o blanco4 en las dos cubetas. Después se resta el espectro base de la absorbancia medida de la muestra! para obtener as# la $erdadera absorbancia de la muestra a las distintas longitudes de onda. )n la figura se muestra un espectrofotómetro $isible de doble haz. La luz blanca procede de una lámpara de halógeno de cuarzo 3como la de luz larga de un automó$il4! y la fuente ultra$ioleta es una lámpara de arco de deuterio! "ue emite en el inter$alo de ,-: nm. )n un momento dado sólo se utiliza una de ellas. La red de difracción selecciona una banda estrecha de longitudes de onda! "ue entra en el monocromador! y éste selecciona una banda an más estrecha! "ue es la "ue pasa a tra$és de la muestra. Después de cortado el haz! y una $ez "ue pasa por las cubetas de la muestra y referencia! la se@al es detectada por un tubo fotomultiplicador! "ue produce una corriente eléctrica proporcional a la potencia radiante "ue llega al detector.
Fig. 1 Diagrama esquemático de un espectrofotómetro de doble haz
Espectrofot!etro "e '$tra(io$eta (isi#$e )l instrumento con el "ue se traba+o en la e'periencia fue un espectrofotómetro 7ABE5DFU "ue es un espectrofotómetro de doble haz "ue nos e$ita estar en cada medida de absorbancia poner el blanco de referencia por"ue tiene un comportamiento para este! las celdas paralelep#pedos con las "ue traba+amos fueron de cuarzo con un lado transparente a la radiación y el otro difuso por el no pasa la radiación y por donde se puede manipular! se puede traba+ar con el espectrofotómetro usando la pantalla li"uida "ue tiene o desde una computadora usando el softGare UV (H=V).
TABLA DE DATOS Y CALCULOS TABLA N) * So$'cin est+n"ar !a"re ,*-- pp!. 0.1841 g
Solución de KNO
250 mL
TABLA N) / Patrones a partir "e $a so$'cin inter!e"ia ,0pp!.1 !atrón Blanco (BK) P1 P2 P3 P4 P5 A#sor#ancia Lon3it'" "e on"a ,n!.P6
/-2 /82 /7; 2*-
-1/72 :-1--8 :-1--2
"#ml$
%oncentración −3 NO − N ( ppm )
0 1 2 3 4 5 10
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1
TABLA N) 2 M'estra "e A3'a !inera$ sin 3as4 Cie$o5 Vi"a5 San Mateo 6 San L'is ,#ote$$a "e 7/0 !L.
&uestra M1 (Cielo) M2 (Vida) M3 (San Mateo) M4 (San Luis)
"olumen #ml$ 10 2 49 49
TABLA N) 8 Deter!inacin "e $on3it'" "e on"a !+9i!a La longitud de onda de absorción má'ima "ue se obtu$o mediante una lectura rápida 3modo 7C5<4 con una l#nea base entre I y >2 nm.
λmax =203 nm
TABLA N) 0 Lect'ra "e $a a#sor#ancia "e $os est+n"ares prepara"os λmax =203 nm ,So$'ciones "e $ect'ra5 para rea$i&ar $a c'er(a "e ca$i#racin. A#sor#ancia
Concentracin − NO − N ( ppm ) 3
/lanco 3/;4 ( (, (> (: (2 (?
-.,> .:2 ., .,9 .,9> .:, .19
. . ., .> .: .2 .
TABLA N) 7 An+$isis "e $as !'estras con e$ espectrofot!etro to!a"os a λmax =¿ /-2 n!1 0abla
λmax = 230 nm .
M'estra
A#sor#ancia
Concentracin ,pp! NO:2.
E 3Cielo4 E, 3Vida4 E> 37an Eateo4 E: 37an Luis4
.9? .,1, .I .,
.,1? .>9I .2 .,I?
TABLA N) < Ca$c'$o "e $a concentracin "e $as !'estras M'estras "e a3'a !inera$
Concentracin !e"iante c'r(a "e ca$i#racin ,pp!.
Concentracin !e"iante espectrofot!etro,pp!.
Euestra 3Cielo4
?.,I12
?.:
Euestra , 3Vida4
:>.?I9I
:>.?1I
Euestra > 37an Eateo4
.1,I:
.?119
Euestra : 37an Luis4
CALCULOS C+$c'$o "e $a concentracin "e $a so$'cin est+n"ar !a"re en pp!1 *1:Preparacin "e$ patrn pri!ario4 Partien"o "e $a so$'cin !a"re "e =NO2 >-1*;8* 3?/0- !$5 se ca$c'$a e$ n@!ero "e !3 NO:2 : N ? *L so$'cin6 )ntonces6 .9:g K : g*mol <=-> - < ,2 ml .g*mol ;<=> −3 0.0255 g N O
250 mL
− N
x
3
.,22 g <=-> - < ,2ml
3
−3
mg 10 mL gN O − N =102 x ≈ 100 ppm L 1g 1 L
10
/1: Preparacin "e $a so$'cin patrn inter!e"ia "e 0pp! a partir "e $a so$'cin patrn inter!e"ia "e *-- pp!1 3 ppm ' V, 4 patrón primario 3ml ' 2ppm4 V, 2 ml 3tomar 2 ml de solución ppm y lle$arlo a ml para obtener la solución intermedia a 2ppm4
81: Preparacin "e patrones a partir "e $a so$'cin 0pp!. (6 =btener .ppm a partir de 2ppm en 2 ml 2ppm ' V .ppm
'
2ml
Vml.
0omar ml de la solución intermedia! agregar mL de ACl 3<4 y enrasarlo a 2ml con agua destilada para obtener as# la solución patrón intermedia. De la misma manera para los patrones restante.
0.Ca$c'$o De La Concentracin De La M'estra 7egn la ecuación de la gráfica 3>4 a la absorbancia de las E cielo.9? ! E,$ida .,1, E>7an Eateo .I E:7an luis ., le corresponde una concentración6 y .1?1' - .,>9 (ara la Euestra 6 0.186 = 0.7607 x C Muestra 1− 0.0238
A = ( ab ) . c −0.0238
C Muestra1=0.2758 ppm
'allamos la ecuación de la cur(a de calibrado mediante el a)uste de m*nimos cuadrados
So$'ciones est+n"ar para $a c'r(a "e ca$i#racin
So$'cin
Concentraci n Mn pp!
A#sor#ancia
/lanco 3/;4
-.,>
CP* CP/ CP2 CP8 CP0 CP7
. ., .>
.:2 ., .,9
.:
.,9>
.2
.:,
.
.19
Con los datos de concentración y absorbancia se grafica la cur$a de calibración 3$er grafica <>4 y aplicamos el a+uste por m#nimos cuadrados. A = m. c Muestra+ b y =mx + b
m=
p ∑ xi yi − ∑ xi p ∑ xi
2
So$'cin
∑ y − ( ∑ x )
i
2
i
∑ xi ∑ yi − ∑ xi ∑ xi yi b= p ∑ xi − ( ∑ xi ) 2
2
2
Concentracin A#sor#ancia M'estras "e A>6 a3'a pp! >
/
/
/lanco 3/;4
-.,>
.2
CP*
.
.:2
.
.,
CP/
.,
.,
.:
.:
CP2
.>
.,9
.I
.:>>
CP8 CP0
.:
.,9>
.: 2 ., : .?, : .>,
.?
.9
.2
.:,
.,2
.??
CP7
.
.19
.
.222
+ S'!a tota$
,.2
.1>2
., .19 .I2
.22
.9>:
m=
−2.5 x 1.735 =0.78016 ppm− 6 x 1.55 −( 2.5 )
6 x 1.1195
b=
1
2
−2.5 x 1.1195 =−0.03590 6 x 1.55 −(2.5 )
1.55 x 1.735
2
A = ( ab ) . c −0.03590
y =0.78016 x − 0.03590 A =( 0.78016 ppm
−1
) .c Muestra−0.03590
So$'ciones !'estra Ejemplo de cálculo de la concentración de Nitratos en la muestra 1 :
La muestra se preparó con mL de agua Cielo lle$ados a un $olumen de solución final de 2mL teniendo como absorbancia $alor igual a .9?! reemplazando este $alor en la ecuación de la cur$a de calibración6 A =( 0.78016 ppm
−1
0.186
) .c NO
−3
−0.03590
− N
=( 0.78016 ppm− ) . c NO 1
−3
c NO− − N =0.2844 ppm
−0.03590
3
− N
Usamos el factor gra$imétrico6 62 g
C NO− Muestra =c NO − − N Muestra xfg=c NO− − N Muestra x 3
3
3
mol
14 g
mol
C NO− Muestra =0.2844 ppmx 3
( )= 62 14
−3
NO
N
1.2595 ppm
Aallamos la concentración de la muestra usando el factor de dilución6 c NO − − N Muestra = c NO− − N xfd =( 1.2595 ppm ) x 3
3
( )= 50 10
6.2975 ppm
Concentracion de la Muestra 1 ( Agua Cielo ) mediante el instrumento :
c NO − Muestra= c NO− − N x ( fg ) x ( fd )=( 0.2760 ppm ) x 3
3
( ) 62 14
x (
50 10
)= 6.1114 ppm
De manera similar con las demas muestras :
M'estras "e a3'a !inera$
Concentracin !e"iante c'r(a "e ca$i#racin ,pp!.
Concentracin !e"iante instr'!ento ,pp!.
Euestra 3Cielo4
?.,I12
?.:
Euestra , 3Vida4
:>.?I9I
:>.?1I
Euestra > 37an Eateo4
.1,I:
.?119
Euestra : 37an Luis4
GRAFICOS Mráfica 34. Determinación de longitud de onda má'ima6
,n u(- pro(e n !cel"
A!"#$!%&'(% V". L#&)(*+, , #&,% 0.29 0.2
0.26
0.19 0.1
A!"#$!%&'(%
0.09 0.0 -0.01 190 -0.06
210
230
250
270
290
-0.11 -0.16 # (n$)
λmax =203 nm
Deter!inacin "e c'r(a "e ca$i#ra"o to!a"a a λmax =203 nm Cur$a de calibrado en )'cel6
Concent%aci&n de ' de cada $uest%a
310
330
C#&'&*$%'(& , /%" +"*$%" 0.5 0. 0.3
C#&'&*$%'(#& 0.2 0.1 0
0
1
2
3
5
M+"*
%$DISCUSIN DEL METODO EMPLEADO La determinación de nitratos en aguas es dif#cil dado los procedimientos comple+os con los "ue se cuentan! la gran posibilidad de encontrar sustancias interferentes y los rangos de concentración limitados "ue presentan las diferentes técnicas. )ntre los métodos "ue aparecen
para la cuantificación de nitratos en aguas! se
pueden citar6 Cromatograf#a iónica! método espectrofotométrico ultra$ioleta selecti$o! método del electrodo de nitrato! método de reducción de cadmio! método del cloruro titanoso! método automatizado de reducción de hidracina! método automático de reducción de cadmio. )l método de reducción de hidracina se basa en la reducción de nitrato a nitrito! empleando como agente reductor al sulfato de hidracina. Luego el nitrito se determina espectrofotométricamente a 2: nm! longitud de onda "ue es absorbida por el colorante! "ue se forma por diazotación con sulfanilamida y apareamiento con diclorhidrato de <-3-naftil4-etilendiamina. )l rango de aplicación de este método es de . a mg <3<= >-4*L. )l método espectrofotométrico ultra$ioleta! no es un método espec#fico para la determinación de ion nitrato en agua y debe ser utilizado con los recaudos necesarios. )ste método presenta la dificultad de no ser adecuado para el estudio de aguas contaminadas! es decir sólo es $álida su aplicación para muestras de agua con ba+o contenido en materia orgánica. (ara
la
determinación
de
ion
nitrato
en
aguas
subterráneas!
el
método
espectrofotométrico ultra$ioleta selecti$o presenta como caracter#sticas principales la ba+a
demanda
de
tiempo
y
reacti$os
necesarios
y
su
fácil
e+ecución.
Comparati$amente! esta es una $enta+a frente al método de la reducción con hidracina. N )n I?I la =rganización Eundial de la 7alud 3=E74 admitió como agua mineral natural toda agua no contaminada bacteriológicamente "ue procedente de una fuente subterránea natural o perforada! contiene una determinada mineralización y puede inducir efectos fa$orables para la salud! debiendo estar as# reconocido por la autoridad pertinente del pa#s de origen. 5s# mismo La =rganización Eundial de la 7alud considera "ue la concentración má'ima en agua potable debe ser de 2 miligramos por litro.
DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS )l Oma' obtenido del barrido inicial es igual a ,> nm con absorbancia de .,?>. Los resultados obtenidos de la concentración de <= >- en las muestras son Euestra 3Cielo4 ?.:ppm! Euestra , 3Vida4 :>.?1Ippm y Euestra > 37an Eateo4 .?119ppm! $alores por deba+o de lo permitido de 2 ppm segn la =E7. (or tanto de esto se concluyó "ue las muestras analizadas son aptas para el consumo humano.
7i se traba+a directamente con la solución stoc8 habr#a mucho error por eso se traba+a con solución intermedia "ue es una solución diluida a partir de la solución madre.
La cur$a de patrones es a partir de la dilución de la solución intermedia. )l blanco se utiliza para corregir 3restar4 las absorbancias de las interferencias. 7e a@ade ACl < para las interferencias "ue haber en el agua como carbonatos! hidró'idos! cloruros! etc. La materia orgánica también interfiere.
)n este e"uipo solo se cambia el contenido de la celda "ue tiene la muestra! la otra celda contiene el blanco! esto hace "ue los resultados sean más precisos.
(ara leer en UV no es necesaria "ue la muestra sea coloreada. La técnica utilizada es solamente para seleccionar muestras con ba+o contenido de materia orgánica.
)n este método es necesario ser muy e'actos en las mediciones por"ue se trata de cantidades muy pe"ue@as.
RECOMENDACIONES
5gitar $igorosamente los patrones y muestras antes de cada lectura ya "ue si no se efecta este procedimiento el e"uipo no leerá correctamente las absorbancias.
La boca de la pipeta debe estar seca para "ue el l#"uido contenido ba+e con facilidad.
CONCLUSIONES Las sustancias absorben la luz "ue posse una longitud de onda caracteristica para dicha sustancia y una fuente de luz de deuterio.
La sensibilidad del instrumento empleado puede generar errores de medición pues las muestras pueden contener algunas sustancias orgánicas presentes como trazas.
Los instrumentos de doble haz hacen medidas de forma prácticamente continua de la luz "ue atra$iesa las celdas de la muestra y de la referencia.
(ara e$itar los efectos ad$ersos del nitrato sobre la salud humana! la concentración del mismo a sido limitada en aguas de bebida a :2 mg<= >-*L en )stados Unidos! 22 mg<= >-*L en )uropa1 ! :2 mg<=>-*L en 5rgentina y 2 mg<=>-*L basado en la recomendación de la =E7 .
Los resultados obtenidos de la concentración de <= >-! < - son por deba+o de lo permitido de 2 ppm segn la =E7. (or tanto de esto se concluyó "ue las muestras de agua son aptas para el consumo humano! siendo la muestra de agua $ida la "ue tiene más alta concentración de nitratos.
Los nitratos generalmente son pro$enientes del ciclo del nitrógeno en la naturaleza.
7i los nitratos están por encima de lo "ue indica la norma puede producir un cuadro de metahemoglobinemia "ue se caracteriza por la dificultad de absorción del o'#geno por la sangre. =tro problema con la ingesta de cantidades apreciables de nitratos es la formación en el organismo de nitritos "ue se sabe tienen propiedades cancer#genas! por lo cual considero "ue la aplicación de la norma es muy débil para algunas compa@#as de agua mineral pues como notamos en la e'periencia una muestra estaba cerca del l#mite má'imo establecido en nuestro pa#s.
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"ideos La cone%encista +olo%es ai*&n ala so%e el ciclo del nit%&*eno co$o lle*an los nit%atos a las a*uas7 asi co$o 8od%a aecta% en la salud los nit%atos nit%itos en la ali$entaci&n" https6**GGG.youtube.com*GatchS$:>Vbgh+HH9)
(reparación del patron de 8<= -> 6
https6**GGG.youtube.com*GatchS$5c>??z57z:9
Eedida de la absorbancia de muestras de nitratos6 https6**GGG.youtube.com*GatchS$dLIT;r9t-E