TEMA
:
DETERMINACIÓN DE NITRATOS
CURSO
:
LABORATORIO DE QUÍMICA AMBIENTAL
FECHA DE LA PRÁCTICA: 15/10/2013
2013 – II I.
INTRODUCCIÓN El nitrato es uno de los más frecuentes contaminantes de aguas subterráneas en áreas rurales. Debe ser controlado en el agua potable principalmente porque niveles excesivos pueden provocar metahemoglobinemia, o “la enfermedad de los bebés azules”. Aunque
los niveles de nitratos que afectan a los bebés no son peligrosos para niños mayores y adultos, sí indican la posible presencia de otros contaminantes más peligrosos procedentes de las residencias o de la agricultura, tales como bacterias o pesticidas. El origen de los nitratos en aguas subterráneas es principalmente de fertilizantes, sistemas sépticos y almacenamiento de estiércol o operaciones de extensión. Los fertilizantes nitrogenados no absorbidos por las plantas, volatilizados, o arrastrados por la escorrentía superficial acaban en las aguas subterráneas en forma de nitratos. Esto hace que el nitrógeno no esté disponible para las plantas, y puede también elevar la concentración en aguas subterráneas por encima de los niveles admisibles de calidad del agua potable. El nitrógeno procedente del estiércol o de los abonos puede perderse de manera similar de los prados, corrales, o lugares de almacenamiento. Los sistemas sépticos eliminan solamente la mitad del nitrógeno de las aguas residuales, dejando que la otra mitad sea lavada hacia las aguas subterráneas, de esta forma aumentando las concentraciones de nitrato en las aguas subterráneas. Ante estos hechos nuestro interés por e los nitratos es evidente ya que los nitratos afectan tanto a las personas como al medio ambiente, para esto hemos utilizado el método del colorímetro del complejo nitrato ácido salicílico basado en la ley de Beer.
II. OBJETIVOS
Determinar los nitratos en el agua.
III. MARCO TEÓRICO Para conocer la calidad de un agua, los mejores indicadores son el contenido en amoniaco, en materia orgánica, en nitritos y en bacterias. La reglamentación española considera al amoniaco como un componente no deseado en el agua y establece como valor orientativo de calidad un nivel guía de 25 mg/l y una concentración máxima admisible de 50 mg/l.
La presencia de amoniaco en el agua indica una degradación parcial de la materia orgánica. Para determinar el contenido de amoniaco en el agua existen varios métodos que nos indicarán de una forma más o menos rápida su contenido, por ejemplo, el test
rápido de amoniaco, análisis cualitativo y colorimétrico, método volumétrico, o método de electrodo selectivo. Los nitritos no son aceptables en las aguas potables. Proceden de la oxidación incompleta del amoniaco y de la reducción bacteriana incompleta de los nitratos. Un agua que contenga nitritos puede considerarse un agua contaminada por materiales fecales. La reglamentación española establece como valor orientador de calidad la ausencia de nitritos en un agua de consumo, y como valor máximo tolerable hasta 0.1mg/l. todos los valores superiores a estos determinan la contaminación del agua. Finalmente, las bacterias Nitrobacter llevan a cabo la reacción de nitrito NO2- , a nitratos NO3-, consumiendo oxígeno. Se eliminan los intercambios propios del metabolismo de las plantas, mediante bacterias que utilizan el nitrato como alimento, absorbiendo el oxígeno y liberando nitrógeno. En medios con muy altas concentraciones de nitratos, del orden de 3.000 a 4.000 mg/l, el equilibrio puede retornar, convirtiéndose los nitritos y amoniacos. El análisis de todos los compuestos nitrogenados citados es imprescindible para la determinación de la calidad de las aguas, tanto destinadas a consumo humano como procedentes de procesos de depuración, siendo necesario el adoptar medidas de tratamiento para su eliminación o reducción de concentración. PROCEDENCIA DE LOS NITRATOS DE LAS AGUAS
El agua de consumo puede contener nitratos en pequeña concentración formando parte de su normal composición química. Sin embargo, los acuíferos pueden recibir grandes cantidades de nitratos arrastrados por el agua. Proceden de los nitratos orgánicos o inorgánicos utilizados en el abonado agrícola (sobre todo) o en la industria. Se puede afirmar que si a los acuíferos llegan nitratos procedentes del abonado de las plantas es porque se utilizan más nitratos de los que las plantas pueden absorber y aprovechar, fundamentalmente por:
Abonado intensivo Riego "en sábana" Empleo de fertilizantes inorgánicos
LOS NITRATOS EN NUESTRA DIETA Los nitratos se encuentran de forma natural en muchos vegetales, tales como lechuga y espinacas, y son producidos por microbios en el intestino humano, con el resultado de que solo una pequeña parte del nitrato en el cuerpo procede del agua que bebemos. Es improbable que la toma de nitratos por el consumo de vegetales cause problemas de salud, porque muy pequeña cantidad de este nitrato es transformada en nitrito. Los productos cárnicos aportan menos del 10 por ciento del nitrato en la dieta, pero aportan del 60 al 90 por ciento del nitrito consumido. Esto es básicamente porque a las comidas tales como perritos calientes, bacón o jamón se les añade nitrito de sodio. Frutas, granos y productos lácteos no aportan prácticamente nada de nitratos o nitritos a la dieta.
VALORES DE REFERENCIA PARA AGUAS DE BEBIDA * La Organización Mundial de la Salud recomienda un nivel máximo o nivel guía de 50 mg/l para evitar la metahemoglobinemia. * El Reglamento Técnico Sanitario (legislación española) distingue: a)
Nivel conveniente..................................Menos de 25 mg/l
b) Nivel máximo tolerable (equivale OMS).....................................................50 mg/l
al
nivel
guía
de
la
LIMITACIONES E INTERFERENCIAS DEL MÉTODO DE DETERMINACIÓN D E NITRATOS:
La materia orgánica disuelta, los agentes tensoactivos, el NO2 –, y el Cr6+ interfieren. Varios iones inorgánicos que normalmente no se encuentran en aguas naturales, tales como clorito y clorato, pueden interferir. Se pueden preparar curvas de corrección individuales para compensar la interferencia de las sustancias inorgánicas, por medio de análisis independientes de sus concentraciones.
El método espectrofotométrico requiere una muestra ópticamente limpia, por lo cual las muestras turbias se deben filtrar a través de un filtro de membrana de 0,45μm de diámetro de poro. Ensayar los filtros para contaminación por nitrato.
Los rangos limitados de concentración de las diferentes técnicas. Los procedimientos relativamente complejos que se precisan.
Análisis por color: Con la medida de la absorbancia (en la longitud de onda para la cual se obtiene la máxima absorbancia) se ha estudiado la variación del color, para ello se ha empleado un espectrofotómetro UV. Aguas naturales: Se define como agua natural el agua cruda, subterránea, de lluvia, de tormenta, residual y superficial. Aguas residuales: Las aguas de composición variada provenientes de las descargas de usos municipales, industriales, comerciales, agrícolas, pecuarias, domésticos y similares, así como la mezcla de ellas. Análisis de blanco analítico: Es el someter un alícuota de agua reactivo a todo el proceso de análisis por el cual pasa una muestra real. Los laboratorios deben realizar los análisis de blancos para corregir la señal de fondo del sistema de medición. Blanco analítico o de reactivos: Agua reactivo o matriz equivalente que no contiene, por adición deliberada, la presencia de ningún analito o sustancia por determinar, pero que contiene los mismos disolventes, reactivos y se somete al mismo procedimiento analítico que la muestra problema. Disolución estándar: Disolución de concentración conocida preparada a partir de un patrón primario. Límite de detección del método (LDM): Es la mínima concentración de un analito o sustancia en una muestra, la cual puede ser detectada pero no necesariamente cuantificada bajo las condiciones de en que se lleva a cabo el método.
IV.
PROCEDIMIENTO
TOMA DE MUESTRA IDEAL: Se inicia la determinación del nitrato en el menor tiempo posible. Si es necesario se almacena la muestra hasta por un tiempo de 2 días a 4°C. Para almacenamientos prolongados para muestras sin cloro, se preserva la muestra con 2 mL de H2S04 concentrado / L y se almacena a 4ºC.
REACTIVOS:
Agua libre de nitratos Hidróxido de sodio (NaOH) Ácido salicílico al 5% (p/p) en H2SO4 concentrado Solución stock de nitrato de potasio KN03 de 100 mg/L
EQUIPO:
Espectrofotómetro Uv – visible
PROCEDIMIENTO:
Preparar 50mL de soluciones estándar de nitrato 4, mg/L.
Adicionar a 0.5mL de solución estándar, 1ml de solución de ácido salicílico al 5 % (p/v) agitando y 10mL de NaOH 4M lentamente.
Concentración (ppm)
Absorbancia a 410 nm
Repetir el paso anterior utilizando el blanco y a cada tubo de los mismos reactivos que para el tubo problema.
Agitar y dejar reposar por 30 minutos.
Lectura de la absorbancia de las soluciones patrón en un espectrofotómetro de doble haz a longitud de onda = 410 nm. Con los valores obtenidos se ajusta una recta de regresión y se calcula el coeficiente angular (m) para establecer la concentración del N-NO3- en las muestras problema. Lectura de la absorbancia de cada muestra con su blanco.
Cálculo del contenido de nitrato mediante comparación con la correspondiente curva patrón, teniendo en cuenta el factor de dilución.
V.
RESULTADOS
Tabla 1: Calibración de nitratos
1 2 4 8 12 16 Blanco
0.027 0.093 0.105 0.28 0.331 0.554 0.096
Gráfico 1: Curva de Calibración
Curva de Calibración nitratos
A = 0.0325C - 0.0013 R² = 0.9665
0.6 m0.5 n 0 1 0.4 4 a a i 0.3 c n a b r 0.2 o s b A0.1
0 0
5
10
15
20
Concentración de nitratos ppm
La muestra obtuvo de absorbancia: 0.081 Reemplazando este valor de absorbancia en la fórmula de calibración. La concentración de nitratos en la muestra será de 2.53 mg/L.
VI.
DISCUSIONES
Obtenemos un mayor valor de concentración en la muestra, debido a que su procedencia es de un cuerpo de agua estancada, la que presenta una circulación lenta y a su vez se mantiene mayor tiempo expuesto a la atmosfera, siendo ésta la
que proporciona el nitrógeno para el crecimiento de microorganismos así como especies acuáticas.
Una mala preparación de un standard hace que la absorbancia obtenga un valor errado lo que puede influir en la comparación final con la muestra, es por eso que se debe de tener cuidado al realizar las preparaciones. En todo caso eliminar la muestra.
Los resultados obtenidos, permiten encontrar la concentración de las muestras según la ecuación, aún eliminando un stardard, son valores aceptables para las suposiciones, que se saben de antemano sobre la naturaleza de ambas muestras.
Se eliminaron los datos que no cumplían con la tendencia que en el experimento, éstos se podían apreciar visualmente debido a errores en el manejo previo de las soluciones estándar al momento de trabajar con sus concentraciones.
VII.
CONCLUSIONES
Si el resultado fuese el correcto, entonces la muestra de agua de caño se encuentra por debajo del límite máximo recomendado para prevenir enfermedades.
La falta de destreza del operador en seguir el procedimiento afecto considerablemente la confiabilidad del análisis.
La elección del método dependerá principalmente del equipo con que se cuenta para analizar las muestras y del tipo de muestras, o sea los costos están directamente implicados en la determinación de Nitratos.
Los errores durante el procedimiento de esta metodología, permiten comprender con qué nivel de exactitud se obtienen las concentraciones de nitratos para el análisis de este tipo de muestras.
Teniendo en cuenta que esta práctica nos acerca a un problema real sobre el estado del medio contaminado, la importancia que el análisis de este proceso que es muy sencillo, implica una información interesante y determinante para un futuro análisis de muestras en circunstancias que ameriten de un total cuidado sobre las muestras y los valores que serán determinados a partir de estas.
VIII.
Dado que con la simple observación de las muestras comparadas con las soluciones patrón de nitrato y con el uso del equipo espectroscópico conocemos los valores de la cantidad de nitratos contenidos en las muestras, también reconocemos que hay diversos análisis de métodos que pueden ser más exactos y que servirían para otro tipo de estudios detallados sobre el equilibrio de un ecosistema o de una población con posibles problemas salud referentes a la toxicidad de Nitratos y nitritos hallados en la fuente de su alimentación como es el agua.
CUESTIONARIO
1) ¿Qué otros métodos de determinación de nitrato existen? a) Método espectro métrico ultravioleta selectivo.
Esta técnica solamente se utiliza para seleccionar muestras con bajo contenido en materia orgánica (aguas naturales no contaminadas y suministros de agua potable). Las medidas de absorbancia -UV a 220nm permiten la determinación de nitratos que son absorbentes a esta longitud de onda. Debido a que las materias orgánicas también pueden absorber a esta longitud de onda debemos hacer una segunda lectura a 275nm para obtener la medida relativa sólo a nitratos.
Procedimiento: Sobre 50mL de muestra transparente, filtrada si fuera preciso, añadir 1mL de solución de HCl y homogeneizar. Se han de preparar estándares de calibrado de nitrato en el rango de 0 a 7mL NO3- -N/l por dilución a 50mL. Estos deben recibir el mismo tratamiento que la muestra. A cada una de las soluciones se le deben realizar lecturas de la absorbancia, así como a un blanco de agua destilada. Las lecturas se realizan a 275nm y 220nm. Con estos datos se construye una curva de calibración con la cual se puede determinar la concentración de la muestra.
Interferencias: Detergentes,
nitritos
y
Cr 6+ pueden
provocar
distorsiones
en
las
medidas.
b) Método del electrodo de nitrato. El electrodo del ion NO3- es un sensor selectivo que desarrolla un potencial a través de una membrana delgada, porosa e inerte que se mantiene en posición en un intercambiador iónico en un líquido inmiscible con el agua. El electrodo responde a la actividad del ión nitrato entre aproximadamente 10 -5 y 10-1 M. El límite inferior de detección está determinado por la solubilidad escasa pero finita del cambiador iónico líquido.
Interferencias: Los iones cloruro y carbonato interfieren cuando su proporción en peso frente a NO 3- N es mayor a 10 o mayor a 5 respectivamente. Los iones potencialmente interferentes, pero que no se encuentran en niveles significativos en las aguas potables son: el NO 2- , CN-, S2- , Br- I- , ClO3- , ClO4-.
Aunque los electrodos funcionan satisfactoriamente con tampones pH=3. Se han observado respuestas erráticas cuando el pH no se mantiene constante. Ese problema se reduce al mínimo utilizando una solución tampón que contenga sulfato de plata para elimina cloruros, bromuros, yoduros, sulfuros y cianuros, ácido sulfámico para eliminar nitritos, un tampón a pH3 para eliminar HCO 3- y mantener el pH y la fuerza iónica constante, y Al2(SO4)3 para complejar ácidos orgánicos.
Instrumental:
pHmetro con escala de mV. Electrodo selectivo de nitratos. Electrodo estándar de referencia de doble unión. Agitador magnético e imanes recubiertos de teflón. Cronómetro. Reactivos:
Agua exenta de nitrato Solución madre de nitrato
Solución patrón de nitrato de 1, 10 y 50 mg de NO 3- - N / L Solución tampón. Disuélvanse 17,32 g de Al 3 (SO4)3 ·18H2O, 3,43 g de Ag2 SO4 1,28 G de H3BO3 y 2,52 g de ácido sulfámico (H 2 NSO3 H) en unos 800mL de agua. Ajústese a pH 3,0 por acción lenta de NaOH 0,10N. Diluir a 1.000 ml y conservar en frascos de vidrio oscuro. Hidróxido de sodio NaOH 0,1N Solución de llenado del electrodo de referencia: disuélvase 0,53 g de (NH 4)2 SO4 en agua y dilúyase a 1.000 ml. Procedimiento: Para preparar la curva de calibrado se realizan los siguientes pasos: Transferir 10mL o 1 mg de patrón de nitrato -N/L a un vaso de 50mL añadir 10mL de tampón y agitar con el agitador magnético, sumergir los extremos de los electrodos para registrar la lectura en mV cuando se estabilice (en 1 minuto aproximadamente) sacar los electrodos, lavarlos y secarlos. Repetir esta operación con los patrones de 10 mg y 50 mg. Construir una gráfica que relacione la medida del potencia con las concentraciones de nitratos, la cual debe resultar una línea recta con una pendiente de +57 + 3 mV a 25 ºC. Vuélvase a calibrar los electrodos varias veces al día comprobando la lectura de potencial del patrón de 10 mg de nitrato -N y ajustando el control de calibrado hasta que muestre de nuevo la lectura de la curva de calibrado.
A continuación transferir 10mL de muestra a un vaso de 50mL, añadir 10mL de solución tampón y agítese (1 minuto aproximadamente) con agitador magnético. Medir los patrones y las muestras a la misma temperatura, introducir los extremos de los electrodos en la muestra y registrar la lectura de potencial cuando se estabilice leer la concentración a partir de la curva de calibrado.
2) ¿Cuáles son las formas de nitrógeno presentes en un cuerpo de agua?
El nitrógeno presente en el medio acuático puede existir en cuatro formas diferentes: Nitrógeno orgánico, Nitrógeno amoniacal, Compuesto en forma de nitritos, Compuestos en forma de nitratos (NH 4+, NO2-, NO3-). Estas especies son responsables del crecimiento de los organismos animales y vegetales en el medio acuático.
Estos iones pueden estar presentes de manera natural en el medio acuático como consecuencia de la deposición atmosférica, la escorrentía superficial y subterránea, la disolución de depósitos geológicos ricos en nitrógeno, la descomposición biológica de la materia orgánica, y la fijación de nitrógeno por ciertos procariontes. En condiciones alteradas, los aportes adicionales de nitrógeno proceden de diversas fuentes. Estas pueden ser puntuales: Residuos y vertidos de granjas de animales, piscifactorías continentales, y centros de acuicultura marina, vertidos industriales y municipales sin un tratamiento adecuado, procesos de escorrentía e infiltración en basureros. O fuentes difusas: procesos de escorrentía e infiltración en campos de cultivo, procesos de escorrentía e infiltración en praderas y bosques quemados, emisiones a la atmósfera provenientes del uso de combustibles fósiles y fertilizantes, y la posterior deposición atmosférica sobre las aguas superficiales.
En un agua residual sin tratar están presentes las dos primeras. La descomposición por las bacterias transforma fácilmente el nitrógeno orgánico en amoniacal en la cantidad relativa de amoníaco presente es un indicativo de la edad del agua residual. En la naturaleza, y en presencia de 0 2, el nitrógeno amoniacal se transforma en nitrito y éste, rápidamente, en nitratos, que es la forma más oxidada que se encuentra el nitrógeno en el agua. El exceso de nutrientes como nitrógeno y fósforo en el agua provoca que las plantas y otros organismos crezcan. Cuando mueren, se pudren y llenan el agua de malos olores y le dan un aspecto nauseabundo, disminuyendo su calidad. Durante su crecimiento y su putrefacción, consumen una gran cantidad del oxígeno disuelto y las aguas dejan de ser aptas para la mayor parte de los seres vivos. El resultado final es un ecosistema casi destruido. Por otra parte, el nitrógeno es tóxico para los peces. La Directiva Europea de 18/7/78, fija la concentración máxima en nitrito en el agua apta para la vida piscícola en 0,03 mg/l.
3) ¿Qué implicancias sanitarias tiene un valor elevado de nitratos en el agua?
El nitrógeno es perjudicial para los mamíferos cuando se encuentra en forma de nitritos. Debido a que los nitratos pueden transformarse en nitritos a través de una serie de reacciones químicas y biológicas llevadas a cabo por bacterias del aparato
digestivo, un elevado valor de nitratos implica un alto riesgo a la salud. Las bacterias responsables de esta acción se desarrollan con mayor facilidad cuando la acidez en el estómago no es tan alta, como en el caso de los menores.
Los nitritos pasan rápidamente a la sangre y se fijan a la hemoglobina impidiendo la oxigenación de los tejidos. Esta enfermedad es conocida como metahemoglobinemia y debido a la falta de oxigenación la piel toma tonos azulados, principalmente alrededor de ojos y boca.
Además, los iones nitrito pueden formar compuestos nitrogenados en el organismo, que, en un porcentaje elevado, podrían ser cancerígenos.
IX.
BIBLIOGRAFIA http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Beer-Lambert http://www.sma.df.gob.mx/sma/links/download/archivos/secofi_nmx_aa_079_scf i_2001.pdf
http://www.xtec.cat/~gjimene2/llicencia/students/04tecnicas.html
http://bdigital.uncu.edu.ar/objetos_digitales/153/ValdesAgrarias1-04.PDF
http://www.ambientum.com/revista/2002_05/NTRGNO1.asp
http://www.sma.df.gob.mx/sma/links/download/archivos/secofi_nmx_aa_079_scf i_2001.pdf
