Determinacion De Sulfatos En Aguas

Determinación de sulfatos en aguas (método turbidimétrico)

Carlos F. Millan & Santiago Falla .

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la naturaleza el ion sulfato (SO42-) se encuentra ampliamente distribuido en las agua naturales con concentraciones que van desde un rango de unos pocos miligramos por litro hasta miles de miligramos por litro. La minería puede ser uno de los principales causantes de la presencia del ion sulfato (SO42-) en las aguas naturales ya que los residuos se forman de la oxidación de la pirita. Los sulfatos de sodio y magnesio ejercen una acción purgante.

Los métodos turbidimétricos de análisis 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. Para esto se toma un cierto volumen de muestra y se le agrega alguna sal que cause la formación de partículas de precipitado. En el caso de determinación de sulfatos por el método turbidimétrico se agrega a un volumen de muestra, solución de cloruro de bario. 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. La absorbancia de la luz en la suspensión de BaSO4 se mide con un espectrofotómetro y la concentración de SO42- se determina mediante comparación de la lectura con una curva estándar.

Existen diferentes métodos para la determinación de sulfatos en aguas dependiendo de su concentración. Los métodos de cromatografía de iones y el método de electroforesis (CIE) son los más adecuados para determinar la concentración de sulfatos superiores a 0,1mg/L. Los métodos gravimétricos se usan para la determinación de sulfatos superiores a 10mg/L. El método turbidimetrico se aplica para rangos de concentración de sulfato de 1mg/L a 40mg/L.

Recolección de la muestra: La muestra de agua fue recolectada del pozo de aguas estancadas de la Fundación Universidad de América. Se tomó aproximadamente 1L de muestra el día miércoles 23 de abril del 2014 a las 1:45 pm. Este lugar fue escogido como centro de análisis ya que se estipula que por su bajo cuidado, que el agua puede tener una turbidez útil para su estudio.

Este proceso de recolección de la muestra es llamado comúnmente trabajo de campo, donde un analista de aguas toma una muestra pequeña, implementando todas las medidas necesarias durante la toma de esta, como por ejemplo, evitando el contacto directo con la muestra para eludir la alteración de dichos resultados en un momento dado en el laboratorio. El equipo de muestreo generalmente usado, son guantes, tapabocas, un recipiente previamente esterilizado donde se recogerá la muestra, puede ser de vidrio o plástico, y un medio de documentación del trabajo de campo, como un cuaderno y una cámara, donde se puedan tomar registros de la actividad previamente realizada.

Tamaño de la muestra: En un recipiente de plástico previamente esterilizado, se tomó aproximadamente 1L de agua homogeneizada (muestra recolectada) como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Recolección de la muestra

Pre tratamiento de la muestra:

Se homogenizo la muestra de agua agitando vigorosamente por unos 20 segundos y se tomó una alícuota de 100 mL con probeta. Luego se filtró la muestra usando un montaje de filtración simple (Figura 2.) para que no hubiese interferencias en el momento de hacer las mediciones de turbidez. Cuando la filtración fue completa se recogió el filtrado sobre un Erlenmeyer de 100 mL limpio y purgado con la muestra y se marcó como M1. Si la muestra presenta una turbidez considerable, prepare una dilución 1:4. Tomando 25 mL de la muestra filtrada con una pipeta aforada sobre un balón aforado de 100 mL y diluir con agua desionizada hasta el aforo.

Figura 2. Montaje de filtración simple.

Procedimiento Preparación de diluciones

En la esta práctica número cinco se efecto el análisis de sulfatos presentes en aguas en la cual se ejecuta un procedimiento en base de tubídimetro y del espectrofotómetro en la cuales son necesarias la dilución acondicionadora y de la dilución stock que se realizan de la siguiente manera:

Dilución Acondicionadora:

Se toma en un beaker de 500 mL , 12 mL de HCL concentrado , 120 mL de agua destilada , 40 mL de alcohol etílico , 30 g de cloruro de sodio , se toma la mezcla y se lleva a una plancha de agitación magnética para que se homogenice perfectamente , posteriormente se adicione 20 mL de glicerina y homogenice .

Dilución stock de SO42- :

Se denomina stock debido al elevado número de compuestos que influyen y algunos de ellos se emplean a muy baja concentración , resulta más practico la dilución stock , ya que esto hace que más rápida futura preparación de medios y minimiza errores.

Como primera etapa de la preparación de la dilución se pesa una balanza analítica de precisión 0.1610 g de Na2SO4 anhidro (previamente secado a 110 ℃ por una hora), luego se hace una pre disolución con 150 mL de agua des ionizada en beaker de 250 mL.

Luego se trasfiere a un balón aforado de 1000 mL , se le agrega 2,5 mL de ácido sulfúrico concentrado y por último se hace una dilución hasta el aforo del balón y se una homogenización

Para hacer esta dilución se tiene en cuenta los siguientes datos y los cálculos:

Peso de la muestra : 0.1610 g

El peso de Na2SO4 : 142.04 g

La pureza : 99.5% g

Volumen : 1 litro

Peso de SO42-: 96.06 g

0.1610g 〖Na〗_2 〖SO〗_4 ((99.5%)/(100%))*((96.06g 〖SO〗_4^(2-))/(142.04g 〖Na〗_2 〖SO〗_4 ))= 0,1083 g 〖SO〗_4^(2-)

0,1083 g 〖SO〗_4^(2-)(1000mg/1g) = 108.3380 mg〖SO〗_4^(2-)

Ppm= (108.3380 mg〖SO〗_4^(2-))/( 1l )

ppm = 108.3 〖SO〗_4^(2-)(muestra stock )

Nota: A partir de estos cálculos podemos ver que la concentración de la dilución stock tiene una pequeña desviación de la dilución ya que se espera la concentración en partes de millón de 100 o aproximadamente , esta pequeña desviación obedece a una variación del peso que se toma para realizar la dilución.

Procedimiento de las diluciones de los patrones a partir del stock de 〖SO〗_4^(2-) :

Se toma cinco balones aforados de 100ml limpios, posteriormente se purgan con agua desionizada , luego a cada balón marque con un marcador como P1 , P2 , P3 , P4 , P5 , P5 .Como segundo paso se realiza la extracción de la alícuotas mediante pipetas , para el primer patrón se toma una alícuota de 5.0 mL de ion 〖SO〗_4^(2-) , para el segundo patrón se toma una alícuota de 10.0 mL de ion 〖SO〗_4^(2-), para el tercero patrón se toma una alícuota de 15.0 mL de ion 〖SO〗_4^(2-) , para cuarto patrón se tomó una alícuota 20.0 mL de ion 〖SO〗_4^(2-) y por último el patrón cinco se toma un alícuota 20.0 ml de ion 〖SO〗_4^(2-). Posteriormente se afora cada balón con agua desionizada y se homogeniza.

La forma de hallar la concentración de los patrones se hace de la siguiente forma :

C_1*V_1=C_2*V_2

Ecuación 1: ecuación de las diluciones

De la anterior ecuación se puede saber que C1 es la concentración es la dilución de stock de 〖SO〗_4^(2-) que corresponde a 108.3 ppm 〖SO〗_4^(2-) y V1 son los diferentes volúmenes que se toman con pipetas los cuales son 5.0mL, 10.0mL ,15.0mL , 20.0mL , 25 , 0mL , V2 tiene el valor de 100 ml el cual corresponde al volumen que tiene el balón hasta el aforo y C2 es la incognitica que tenemos en la ecuación por lo tanto lo que está multiplicando a C2 se pasa a dividir a C1 y V1 .

CALCULOS

C_1*V_1=C_2*V_2

C_2=(C_1*V_1)/V_2

Para P1

C2=(108,3ppm*0,005L)/(0.1 L)=5,4ppm 〖SO〗_4^(2_)

Para P2

C2=(108,3 ppm*0.01L)/(0.1 L)=10.8 ppm 〖SO〗_4^(2_)

Para P3

C2=(108,3ppm*0.015L)/(0.1 L)=16.2 ppm〖SO〗_4^(2_)

Para P4

C2=(108,3 ppm*0.020L)/(0.1 L)=21.7 ppm〖SO〗_4^(2_)

Para P5

C2=(108,3 ppm*0.025L)/(0.1 L)= 27.1ppm 〖SO〗_4^(2_)

Patrón analítico Concentración (ppm en volumen )

P1 5,4

P2 10.8

P3 16.2

P4 21.7

P5 27.8

Tabla 1: concentración respeto al cada patrón

Nota:

Se puede notar que las concentraciones de las diluciones de los patrones, son las esperadas lo cual corresponde una variación de las concentraciones en forma ascendiente del P1 a P5 por esta razón se produce la variación de los volúmenes suministrados a cada balón de la dilución stock , de esta misma manera se puede evidenciar que C1 tiene una relación directamente proporcional a C2 . Se puede concluir que se presenta una mezcla homogenizada la cual se hace usó de un disolvente como agua, este proceso se hace por motivos de comida y efectividad de las cantidades requeridas en la investigación que se esté realizando en laboratorio.

Por lo consiguiente en este tipo de análisis se tiene en cuenta que tan grande son las partículas puesto que se desea medir aquellas que tenga tamaño apropiado, teniendo que agregar una solución para estabilizar y la suspensión. La muestra problema mediante el uso de la técnica de turbinaría , la cual consiste en la medición de la turbidez de una solución se llega a determinar su concentración y su masa de la muestra problema.

Algo a tener en cuenta es el método que se usa para hacer la agitación correcta y con menos margen de error, por lo anterior se usa una plancha de agitación magnética (Figura 3) la cual usa una velocidad de agitación constante , para que la dilución se mantenga estable durante un tiempo la suspensión requerida por otro lado la velocidad exacta de agitación no es crítica pero debe mantener constante para todas para agitaciones de las muestras y patrones y por ultimo ajustar las salpicaduras.

Figura 3. Plancha de agitación magnética.

Preparación de la curva calibración:

Los componentes insolubles prestan problemas para sus análisis de concentración en soluciones por medios ópticos , el método que se usó para determinar la absorbancia está bajo ciertas condiciones que si es posible determinar la concentración de un ion que precipita en su forma de sal a partir de sus propiedades ópticas , las cuales propiedades de la solución varían cuando se encuentran en suspensión ,cuando se hace incidir una fuente de radiación electromagnética , la energía radiada a la suspensión es disipada en partes por absorción , en reflexión también en radiación mientras que el restante se transmite en espectrofotómetro .

Como primer paso se toma 14 vasos de precipitados previamente limpios, purgados con agua desionizada y posteriormente se marcan como B, P1, P3, P4, P5, M1B, M1,M2B ,M2 , M3B, M4B , M4 .

Por otra parte se agrega 10.0 mL de agua desionizada al blanco, este es representado como (B).A los patrones, que están representada por la letra (P) se le agrega 10.0 mL de la dilución de procedente de la dilución stock , luego se sigue a tratar la muestra lo cual corresponde a un blanco (MB), se agrega la muestra previamente filtrada sin la adición de BaCl2 * 2 H2O y por último la muestra representada con la letra ( M )se le agrega la BaCl2 * 2 H2O a la muestra previamente filtrada .Posteriormente a cada uno de los beaker que contenían la diluciones de P3 y de M3 y M3B ,se le adiciona 1 mL de dilución.

De seguido se tomó en un vidrio de reloj bien limpio y seco para dar mayor exactitud en el peso, el cual es 0.50g de BaCl2 * 2 H2O únicamente en el beaker que está marcado como (M) , siguiendo el procedimiento se toma cada beaker los cuales contiene la muestra , el patrón y el blanco de la muestra .

De la misma manera la dilución de interés se agita en una plancha magnética durante un minuto y como último procedimiento se deposita en el menor tiempo posible el contenido de beaker en una celda para poder medir la absorbancia en el espectrofotómetro el cual debe estar calibrado con el blanco y posteriormente se lleva 420 nm, el cual depende de la linealidad de la longitud de onda trabajada. Como resultado, de cada de la absorbancia según el patrón y la muestra los siguientes datos (Tabla 2).

Tipo de muestra Absorbancia

P1 0.211

P2 0.375

P3 0.295

P4 0.722

P5 0.934

M3B 0.022

M3 0.081

M3-M3B 0.059

Tabla 2: La absorbancia respeto a cada muestra

La presencia de una mezcla de glicerina y de etanol en dilución tiene un papel importante ya que es la que estabiliza y mantiene el precipitado en suspensión de sulfato en bario , lo cual contribuye a que la dilución tenga la propiedad que se está utilizando en el método como lo es la turbidez , con el fin de obtener la absorbancia correcta. Del mismo modo la adición de los reactivos se debe tener en cuenta el tiempo de trascurrido entre la adición del cloruro de bario y la lectura de la absorbancia ya que se puede perder la suspensión.

Nota:

Desde luego cabe resaltar la absorbancia del patrón número tres incorrecta ya que el dato arrojado no corresponde a linealidad que se espera por que presenta un valor menor que el patrón número dos , posteriormente se desechó en los residuos el patrón y se reconstruye este mismo con cada una de las etapas anteriormente mencionadas, nuevamente se presentó un margen de error en este caso la absorbancia dio como resultado un número mayor que el patrón número cuatro .

Interferencias:

Las interferencias que se pueden presentar en el color o en la materia suspendidas en grandes cantidades interfieren. Algunas materias suspendidas se pueden retirar por filtración, si ambos color y materia son pequeños en comparación con la concentración de SO_4^(2_) las interferencias se corrige como se indica de manera adecuada.

La presencia de sílice que exceda de 500mg/l causara interferencias y en aguas que contiene grandes cantidades de materia orgánica es posible que el BaSO4 no se pueda precipitar satisfactoriamente. En aguas potables no hay iones de 〖SO〗_4^(2_) que formen compuestos insolubles con bario bajo condiciones fuertemente acidas. La determinación se hace a temperatura ambiental ,a una variación en un rango de 10℃ no es causa de errores apreciables .

Por otra parte la mínima concentración que detecta el espectrofotómetro es aproximadamente de 1 mg SO_4^(2_)

De tal manera que se evidencio un tipo de error accidental ya que la absorbancia presento una variación de los resultados, en la toma de muestra este tipo de error se define como Los errores accidentales lo cuales son producidos variaciones en precisión de las observaciones sucesivas realiza por mismo practicante bajo a mismas condiciones, para la corrección de este tipo de error se realiza por métodos estadísticos.

Curva de calibración:

Con los datos recogidos de trasmitía para las muestras problemas se construyó la curva de calibración de absorbancia contra la concentración, a través de la cual es posible hallar la concentración de la muestra problema, y con esta los factores de dilución correspondientes, se determina la cantidad ion de sulfato en ppm.

En esta curva de calibración solo se tomaron en cuenta 4 patrones (P1, P2, P4, P5), pues el patrón 3 arrojaba valores que no tenían relación con los otros patrones y por esta razón fue rechazada.

Este error pudo haber sido generado por una mala toma de datos en el momento de leer el resultado de la absorbancia en el espectrofotómetro, o un error en los cálculos previos, para hallar la concentración de cada patrón.

Por otra parte la realización de la curva de calibración está dada por los datos de las concentraciones de patrones contra la absorbancia de la dilución que se puede observar a continuación:

Grafica 1: grafica de curva de calibración

(Absorbancia vs concentración)

A continuación, se hallará el valor de la concentración de sulfato (ppm) de la disolución preparada en el pre-tratamiento. Esto se logra gracias a la ecuación de la recta obtenida por regresión lineal. Donde Y es la absorbancia corregida ya encontrada.

y = 0,033x +0,0239

(|0.059-0,0239|)/0,033=x

1,06 ppm=x

La concentración de ion SO_4^(-2) fue de 1.06 ppm.

En el desarrollo de estos cálculos, se tomó el valor absoluto del numerador para que los resultados fueran lógicos.

Según esto el intervalo de linealidad del método está entre 1.0 y 40.0 ppm de 〖SO〗_4^(2-). Según la concentración obtenida, ésta es considerada agua potable ya que su concentración es menor a 250 ppm que es el límite de la potabilidad del agua, debido a que en concentraciones altas genera acción de purgante además de un sabor amargo, mal olor y corrosión en las alcantarillas.

La presencia de sulfatos en el agua puede causar un sabor perceptible. El umbral a partir del cual se percibe este sabor varía desde 250 mg/litro (sulfato sódico) y 1000 mg/litro (sulfato cálcico).

Para nuestra muestra, la cual contiene 1,06 mg/L se puede decir que es apta para consumo humano sin embargo se deben realizar más pruebas para determinar sus diferentes propiedades y otra serie de tratamientos previos para detectar y eliminar otros contaminantes, como: el hierro, el nitrógeno y además el aspecto ligeramente turbio que posee no la hace un agua del todo confiable,

INTERFERENCIAS

En esta práctica laboratorio se pueden presentar diferentes interferencias como el no homogenizar la muestra durante un buen periodo de prueba, el contaminarla con sustancias que alteren el resultado final como reactivos usados en la práctica, utilizar la balanza descalabrada.

Para el proceso turbidimetrico podemos encontrar interferencias tales como la concentración de las partículas (fase dispersa), la relación de índices de refracción de las partículas y el medio en el que se encuentran, el tamaño y forma de las partículas y la longitud de onda de la luz incidente.

APLICACIONES

Imunoprecipitación

La imunoprecipitación cuantificada por turbidimetría se emplea hoy en los laboratorios de autoinmunidad para determinar el factor reumátide.

Tanto en los reactivos como en el suero pueden existir partículas que produzcan una dispersión de luz no deseada ej. lipoproteínas, quilomicrones También puede interferir la suciedad.

La intensidad de la luz dispersada. Las proteínas suelen tener un pico de absorción en el ultravioleta y los cromógenos del suero entre 400-425nm; por todo ello se suele trabajar a frecuencias que oscilen entre 320-380nm y 500-600nm.

Muy frecuentemente, para cuantificar proteínas concretas, se utilizan anticuerpos que reaccionan con dichas proteínas de la muestra, en este caso se habla de inmunoturbidimetría. Cuando se ponen en contacto un Ag y un Ac específico contra ese antígeno ambos reaccionan y forman un complejo Ag-Ac. Inicialmente los complejos se forman rápidamente pero, existe una segunda fase de crecimiento de complejos más lenta y, es precisamente en ésta fase en la que aparece la dispersión de la luz. Así, en la inmunoturbidimetría se mide la dispersión de la luz provocada por los complejos Ag-Ac. En ocasiones los Ac se unen a bolitas de látex para aumentar el tamaño de los complejos (inmuno-análisis potenciados).La inmunoprecipitacion, se utilizan partículas de látex recubiertas con IgG. Existen muchos equipos comerciales para como analizadores automáticos de bioquímica y sus métodos están estandarizados con calibradores que se basan en preparaciones de referencia.

Inmunodifusión radial

En este caso se añade un antisuero específico a la agarosa que, a su vez, se vierte sobre placas. Se forman pozos en el gel y se colocan en ellos estándares de proteínas y problemas (antígenos). El antígeno difunde en el gel durante varias horas y va reaccionando con el Ac. En la zona de equivalencia se produce un anillo de precipitación.

Inmunodifusión doble o técnica de Ouchterlony

Se forman pozos en el gel de agarosa, generalmente en patrón de roseta. Se depositan antisueros específicos en los pozos centrales y los estándares de proteínas y los problemas en los pozos circundantes. Al difundir las muestras en el gel, donde el anticuerpo y el antígeno alcanzan la equivalencia, se forman bandas de precipitados insolubles. La posición y forma dela banda se determinan según la concentración del antígeno y del anticuerpo, y sus tamaños. La distancia de las bandas con respecto al anticuerpo es directamente proporcional a la cantidad de antígeno presente.

Acción química de los reactivos

La precipitación en forma coloidal del ion sulfato solo sucede en medio acético con cloruro de bario, formando cristales de sulfato de bario de tamaño uniforme, como se refleja en la siguiente ecuación:

SO42-(ac) + Ba2+(ac)--------------> BaSO4 (s)

La muestra de agua se trata con cloruro de bario en un medio acido, formando el precipitado blanco cristalino de sulfato de barioPAra ello, se necesita de una solución acondicionadora que posea glicerina y alcohol etílico al 96%, modificando la viscosidad de la muestra permitiendo mantener en suspensión el precipitado de BaSO4, obteniendo valores estables de turbidez. La turbidez de éste precipitado se mide en un espectrofotómetro a una longitud de onda de 420 nm y con una celda de 1 cm de espesor.

http://splashurl.com/n33gyc8 ( completo)

http://splashurl.com/loh6zhr ( de todito )

http://splashurl.com/mzvkxbs ( completico)

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Norma

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