Universidad de Santiago de Chile Facultad de Química y Biología Laboratorio de Análisis Instrumental II
Turbidimetría Determinación de Sulfato en aguas
Nombre: Constanza Venegas A. Profesor: Dr. Mauricio Escudey Fecha de Realización: 11-abril-2013 Fecha de Entrega: 18-abril-2013 Muestra Problema: N° 2
Resumen
Los métodos turbidimétricos tienen como fundamento la formación de partículas de pequeño tamaño que causan la dispersión de la luz cuando una fuente de radiación incide sobre dichas partículas. El grado de dispersión de la luz (o turbidez de la solución) es proporcional al número de partículas que se encuentran a su paso, lo cual depende de la cantidad de analito presente en la muestra. En este informe se analizó una muestra de agua que contiene sulfato y se le agregó una sal de cloruro bario para que cause la formación de partículas de precipitado, además de una solución acondicionante. El bario en presencia de sulfatos precipita como sulfato de bario BaSO4, formando flóculos que causan un cierto grado de turbidez en la solución y este grado de turbidez es proporcional a la concentración de sulfatos presentes. El grado de turbidez se midió en un espectrofotómetro, midiendo Absorbancia como luz dispersada. De esta forma para poder determinar la concentración de esta muestra se construyo una curva de calibración con una solución patrón de sulfato.
Introducción
La Turbidimetria es un tipo de espectrofotometría que determina la cantidad de luz no dispersada, el fundamento de esta técnica es la dispersión de la luz por partículas no transparentes suspendidas en un líquido, como por ejemplo, pr ecipitado y suspensiones coloidales. 2-
En este caso para la determinación de los sulfatos mediante turbidimetría el ion SO4 se precipita con 2+
Ba
en condiciones tales que se formen cristales de tamaño uniforme de BaSO 4. Estos cristales se
mantienen en suspensión homogénea durante un periodo de tiempo suficientemente largo como para medir la cantidad de luz dispersada. El contenido de sulfatos de cada muestra se obtiene a partir de la curva de calibrado previamente obtenida. La turbidimetría se utiliza para determinar la transparencia y controlar el tratamiento de aguas potables, efluentes de plantas de tratamiento de aguas y otros tipos de aguas ambientales. Las medidas de dispersión de la luz se utilizan también para determinar la concentración de humos, polvo, niebla, aerosoles, etc.
Equipo, materiales y reactivos: o
Espectrofotómetro y cubetas correspondientes
o
Cronometro
o
6 matraces volumétricos de 25 mL
o
6 vasos precipitados de 100 mL
o
Bureta de 25 mL
o
Micropipeta
o
BaCl2 x 2H2O 30-40 mallas por particula
o
Soluciona condicionante: disolver 120 g de NaCl en 400 mL de agua destilada, agregar 10 mL de HCl pa concentrado, 500 mL de glicerol y completar a un litro.
Procedimiento experimental:
1. Para obtener la curva de calibración, por dilución de la solución estándar de 50 ppm se prepara un conjunto de soluciones de 0, 10, 15, 25, 30, 35 40 ppm en matraces de 25 mL. 2. Se toma una solución a la vez y se coloca en un vaso de precipitado. 3. Se agregan 10 mL de solución de solución acondicionante y 0,15 g de cristales de BaCl 2 x 2H2O. 4. Se agita la muestra por 1 minuto y se deja reposar por 4 minutos. 5. Agitar por 15 s mas, verter en la celda y leer valor de Absorbancia. 6. De igual modo tratar cada solución, la muestra problema y el blanco. 7. Realizar análisis de datos para determinar concentración de sulfato de muestra problema.
Resultados
-
Absorbancia del blanco = 0
-
Tabla 1. Valores de absorbancias (como luz dispersada) obtenidas para soluciones de estándar de sulfato.
Muestra
Concentración de soluciones de estándar [ppm]
Absorbancia (500 nm)
1 2 3 4 5 6 7
00 10 15 25 30 35 40
0,000 0,028 0,042 0,064 0,080 0,093 0,132
-
2-
Figura 1. Curva de calibración para SO4 .
0,14
0,12
0,10 a i c n a 0,08 b r o s b A 0,06
0,04
0,02 10
15
20
25
30 2-
Concentración de SO 4 [ppm]
35
40
y=a+b*x
a = - 0,00364 ± 0,00676
b = 0,003 ± 2,61644E-4
r = 0,98147
-
Tabla 2. Valores de absorbancias (como luz dispersada) para muestra problema N°2
Muestra 1 2 3
A (500 nm) 0,021 0,024 0,027
Con los valores de la curva de calibración, se calcula la concentración de la MP2, de la siguiente forma;
2-
[SO4 ]MP2 =
–
Donde, AMP : Absorbancia como luz atenuada de la muestra problema 2. a : intercepto b : pendiente ejemplo de cálculo: 2-
[SO4 ]MP2 =
–
2-
[SO4 ]MP2 = 8,213 ppm -
Tabla 3. Concentración de muestra problema sulfato en agua.
Muestra
Concentracion MP2 [ppm]
1
8,213
2 3
9,213 10,213
X±σ
9,213 ± 1
_
Por lo tanto la concentración de sulfato en agua de la muestra problema 2 es de 9,213 ± 1 ppm
Cálculo del límite de detección
El límite de detección puede ser expresado como: concentración más baja de un determinado analito que puede ser detectada en forma concluyente por un determinado método.
LD =
Donde. σ = desviación estándar de la respuesta
S = La pendiente de la curva de calibración La pendiente S puede ser estimada a partir de la curva de calibración de soluciones diluidas del analito. La estimación de σ puede determinarse de varias formas:
Basado en la desviación estándar de un blanco. Mide la magnitud de la respuesta de fondo analítica realizado por el análisis de un número apropiado de blanco de muestras (placebo) y calculando la desviación estándar de estas respuestas. Basada en la curva de calibración. Una curva de calibración específica debe ser estudiada usando muestras que contengan el analito en el rango del LD y LQ, la desviación estándar residual de la línea de regresión o la desviación estándar de y-intercepto de la línea de regresión puede ser usada como desviación estándar. Por lo tanto,
LD =
= 6,76 ppm
Análisis
La turbidimetría es un método en el que se mide la disminución de la potencia de la radiación transmitida debido a la dispersión y fue medida en un espectofotómetro UV/Vis a 550 nm. También pueden usarse instrumentos visuales sencillos, tales como el turbidímetro Parr o e l espectrofotometro Duboscq. La determinación del contenido de Sulfato de la muestra problema, se obtiene a partir de la curva de calibración previamente obtenida. Este método no es recomendable para aguas con color, materias en suspensión o con elevado contenido en materias orgánicas, ya que interfieren en la determinación, pudiendo ser eliminadas por filtración o centrifugación. Debido a que turbidez de una suspensión de BaSO4 es difícil de reproducir; por lo tanto es necesario seguir estrictamente el procedimiento experimental. La velocidad de la precipitación así como la concentración de los reactantes debe ser controlada añadiendo (después que todos los otros componentes estén presentes) cloruro de bario dihidratado puro de un tamaño de grano definido, su velocidad de disolución controla la velocidad de la reacción de precipitación.
Antes de la precipitación se añaden NaCl y HCl (componentes de la solución acondicionante) en solución con fin de inhibir el crecimiento de microcristales de BaSO 4, para mantener el pH óptimo y minimizar el efecto de cantidades variables de otros electrolitos presentes en la muestra sobre el tamaño de las partículas suspendidas de BaSO 4. Además se utiliza una solución acondicionante que contiene glicerol/alcohol, de forma que modifica la viscosidad de la muestra, permitiendo así una turbidez estable y homogénea en un período de tiempo suficiente para medir la turbidez. La variable más crítica para el éxito del análisis turbidimétrico es el control del tamaño y la forma de las partículas, las cuales en una suspensión raramente son de tamaño uniforme. Por lo tanto, es extremadamente importante que las muestras y patrones de calibración tengan la misma distribución de partículas. Esto, a su vez requiere que las muestras y los estándares sean preparados bajo condiciones idénticas, lo que frecuentemente no es una tarea fácil. Las siguientes condiciones deben controlarse cuidadosamente con el objetivo de preparar suspensiones razonablemente uniformes: -
La concentración de los dos iones que se mezclan para producir el precipitado, así como las relaciones de las concentraciones de las soluciones.
-
La manera, el orden, el tiempo y la velocidad de mezcla.
-
Las cantidades de otras sales y sustancias prese ntes.
-
El tiempo de reposo para el crecimiento de las partículas.
-
El pH.
-
La temperatura.
Las variaciones en el crecimiento de las partículas es la causa más frecuente de error en la turbidimetría. En base a los datos entregados por la Figura 1. el valor de “r”, coeficiente de correlación de Pearson es de 0,99147, lo que indica que la relación no es perfectamente lineal, un posible factor que puede haber afectado lo dicho, son los tiempo de reposo y agitación de la soluciones antes de ser medidas en el espectrofotómetro, pudiendo haber variado el tiempo de reposo entre las soluciones y la agitación ya que deber ser a la misma velocidad y e l mismo tiempo para obtener partículas de tamaño uniforme. La concentración determinada de sulfato en agua de la muestra problema 2 es de 9,213 ± 1ppm, no se puede dar mayor información al respecto, por ser una muestra problema, sin embargo estos van a depender estrechamente si los datos de la curva de calibración son correctos y si se siguió estrictamente el procedimiento experimental por lo mencionado anteriormente. Otro procedimiento analítico estrechamente relacionado con la turbidimetría es la nefelometría, ambos se basan en la dispersión de la radiación por las partículas de materia. En la turbidimetría se compara la intensidad del rayo de luz que emerge con la del que llega a la disolución. En cambio, en la nefelometría la medida de la intensidad de luz se hace con un ángulo de 90º con respecto a la radiación incidente. El instrumento usado en la nefelometría, el nefelómetro se asemeja al fluorómetro. En cambio en turbidimetría se utiliza el turbidímetro que es un fotómetro de filtro o un espectrofotómetro.
Las dos técnicas se usan para determinar la transparencia y controlar el tratamiento de aguas potables, efluentes de plantas de tratamiento de aguas y otros tipos de aguas ambientales. La elección entre una medición nefelométrica y una turbidimétrica depende de la fracción de luz dispersada. Cuando la dispersión de luz es extensa, debido a la presencia de muchas partículas, la turbidimetría es el procedimiento más satisfactorio. Si la dispersión es miníma y la disminución de potencia el haz incidente es pequeña, las mediciones nefelométricas dan mejores resultados.
Otra diferencia es el tamaño de las partículas dispersantes. En la nefelometría la intensidad de la radiación dispersada a 90°C es mayor si las partículas son bastante pequeñas. Si las partículas son mayores la
intensidad de la dispersión disminuirá a 90°C. En turbidimetría la señal consiste en la disminución relativa de la radiación transmitida, por lo que el t amaño de las partículas dispersantes es menos importante. En ambas técnicas la intensidad de la radiación dispersada está influenciada por la forma y tamaño de las partículas. Para un análisis cuantitativo es necesario mantener la distribución de las partículas uniformemente en la muestra y los patrones. La mayoría de los métodos de turbidimetría y nefelometría depende de la formación de partículas por precipitación. Otros métodos para la determinación de sulfato; El Método gravimétrico, mediante precipitación con cloruro de bario, es un método muy preciso y aplicable a concentraciones superiores a 10 mg/l. El Método volumétrico, Este método es aplicable para la determinación de sulfatos en concentración inferior a 100 mg/l. El contenido de sulfato se determina por valoración con sal sódica del EDTA. Cromatografía de intercambio iónico, método de separación que permite la separación de moléculas basada en sus propiedades de carga eléctrica, esta técnica es mucho más sensible y selectiva para la determinación de iones sulfatos en solución.
Conclusiones o
La determinación de la concentración de sulfato en una muestra de agua se realizó mediante el método de turbidimetría, siendo de 9,213 ± 1 ppm.
o
La turbidimetría se puede realizar comúnmente en un espectrofotómetro de UV/VIS.
o
Las variaciones en el crecimiento de las partículas es la causa más frecuente de error en la turbidimetría, por lo tanto es una técnica que necesita ser realizada siguiendo el procedimiento experimental estrictamente.
Bibliografía
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