OBJETIVOS Determinar la cantidad de nitratos en aguas minerales

PRÁCTICA N° 2

ANÁLISIS DE

NITRATOS EN

AGUAS

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 ppm’s, mientras que en aguas residuales domésticas y agrícolas pueden alcanzar niveles relativamente altos.

La determinación de los nitratos en el agua de consumo humano es importante porque cuando estos se encuentran en concentraciones que sobrepasan los límites permitidos, pueden causar una enfermedad infantil conocida como “metahemoglobinemia”, que se caracteriza por la dificultad de la sangre para absorber oxígeno.

Por otra parte, los nitratos, así 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 ríos y lagos.

Los nitratos, así como el amonio, constituyen indicadores apropiados de aguas residuales domésticas. El primero, es típico de las aguas residuales domesticas frescas y es muy móvil y estable en condiciones aeróbicas. El segundo también típico de aguas residuales frescas, pero se evapora con facilidad y/o se absorbe fácilmente en el subsuelo.

MÉTODO ESPECTROFOTOMETRICO UV VISIBLE

Este método es aplicable a muestras limpias con bajo contenido de materia orgánica, tales como las provenientes de plantas suministro y/o aguas subterráneas. Las mediciones se realizan utilizando un fotómetro a 220 nm, para concentraciones inferiores a 10 mg/l, rango para el cual se cumple la Ley de Beer.

Teniendo en cuenta que tanto la materia orgánica como el ion nitrato absorben energía radiante a una longitud de onda de 220 nm y que la materia orgánica mas no el nitrato, absorbe también a 275 nm, el método analítico realiza las mediciones a estas dos longitudes de onda, con el objeto de corregir las primeras mediciones por la interferencia que halla podido ocasionar la materia orgánica presente en la muestra. El grado de esta corrección empírica se reacciona con la naturaleza y concentración de la materia orgánica y puede variar a partir de un agua a otra.

El método fotométrico es muy bueno para muestras limpias y puede adaptarse bien para muestras con materia orgánica, siempre que esta permanezca estable y constante. La filtración de la muestra se piensa para quitar interferencia posible de partículas suspendidas.

DESCRIPCION DE LA TECNICA EMPLEADA

La técnica empleada mide directamente la absorbancia del analito o después de que ha reaccionado con un reactivo y se forma un producto capaz de absorber la radiación. La primera técnica tiene más restricciones, en particular con muestras complejas porque pocas veces se puede encontrar una longitud de onda en la que solo se absorba el analito. En ocasiones, las separaciones previas ayudan a eliminar las especies que puedan absorber e interferir con la determinación espectrofotométrica del analito. En otros casos, las interferencias se pueden corregir con una segunda medición de absorbancia. Un ejemplo de este segundo enfoque es la determinación de nitrato en muestras de aguas naturales (lo realizado). El ion nitrato absorbe a 220 nm, y la materia orgánica disuelta también puede absorber a esta longitud de onda. Para corregir las interferencias debidas a la materia orgánica, se toma una segunda lectura de absorbancia a 270 nm, donde no absorbe el nitrato. Aunque tome más tiempo a veces es preferible hacer una separación previa para eliminar las especies que interfieren.También es frecuente tratar la muestra con un reactivo selectivo, de modo que en la reacción se forme una especie que absorba una región donde no haya interferencias.

En la experiencia dada realizamos los siguientes pasos:

Solución stock de nitrato: se disolvió 0.1841g de KNO3 , previamente secado a 105 C durante 24 horas, en 250 mL de agua y preservar por adición de 2 mL de cloroformo. Esta solución contiene 100 ppm de nitrato como N. (es estable por 6 meses)

Preparación de solución patrón intermedia de nitrato de 5ppm a partir de la solución stock.

Soluciones de patrón de nitratos: se preparan por dilución de la solución intermedia. De 0 a 10 ppm de NO3

- N a 50mL

El blanco: en una fiola de 50 mL colóquese aproximadamente 45 ml de agua ultra pura, añádase 1 ml de solución de HCl 1N y luego complétese el volumen hasta el enrase.

Tratamiento de la muestra., filtrada si fuera preciso, añádase antes de enrazar 1 ml se solución de HCl 1Ny mezcle vigorosamente. El HCl tiene por objeto impedir interferencias por concentraciones de hidróxido o carbonatos que pueden estar en las muestras.

Se prepara la curva de calibración y se lee la absorbancia de las muestras y patrones.

Interferencias

Interfieren la materia orgánica disuelta, los surfactantes, NO2- y Cr6+. Pueden interferir

varios iones inorgánicos, que 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 curvas de corrección individuales.

DESCRIPCION DE LOS INSTRUMENTOS O APARATOS USADOSEspectrofotómetro de doble haz

En un espectrofotómetro de doble haz, la luz pasa alternadamente por la cubeta de la muestra y de la referencia, dirigida por un motor que gira un espejo, que de esta manera entra y sale del paso de la luz. Cuando el cortador no desvía el haz, la luz pasa a través de la muestra, y el detector mide la potencia radiante que llamamos P. Cuando el cortador desvía el haz a través de la cubeta de referencia, el detector mide P0. El haz se corta varias veces por segundo, y el circuito compara automáticamente P y P0, dando así la transmitan cía y la absorbancia. Este procedimiento permite hacer una corrección automática de las variaciones de intensidad de la fuente, y de la respuesta del detector con el tiempo y la longitud de onda, porque se comparan con mucha frecuencia la potencia que sale de las dos muestras. Los espectrofotómetros de mayor calidad destinados a investigación 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 línea base con las disoluciones de referencia (disolvente puro o blanco) en las dos cubetas. Después se resta el espectro base de la absorbancia medida de la muestra, para obtener así la verdadera absorbancia de la muestra a las distintas longitudes de onda. En la figura 1 se muestra un espectrofotómetro visible de doble haz. La luz blanca procede de una lámpara de halógeno de cuarzo (como la de luz larga de un automóvil), y la fuente ultravioleta es una lámpara de arco de deuterio, que emite en el intervalo de 200-400 nm. En un momento dado sólo se utiliza una de ellas. La red de difracción 1 selecciona una banda estrecha de longitudes de onda, que entra en el monocromador, y éste selecciona una banda aún más estrecha, que es la que pasa a través de la muestra. Después de cortado el haz, y una vez que pasa por las cubetas de la muestra y referencia, la señal es detectada por un tubo fotomultiplicador, que produce una corriente eléctrica proporcional a la potencia radiante que llega al detector.

Fig. 1 Diagrama esquemático de un espectrofotómetro de doble haz

Espectrofotómetro de ultravioleta visible

El instrumento con el que se trabajo en la experiencia fue un espectrofotómetro SHIMADZU que es un espectrofotómetro de doble haz que nos evita estar en cada medida de absorbancia poner el blanco de referencia porque tiene un comportamiento para este, las celdas paralelepípedos con las que trabajamos 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 trabajar con el espectrofotómetro usando la pantalla liquida que tiene o desde una computadora usando el software UV PROVE.

TABLA DE DATOS Y CALCULOSTABLA Nº 1

Solución estándar madre (100 ppm)

Solución de KNO3 0.1841g250mL

TABLA Nº 2

Patrones a partir de la solución intermedia (5ppm).

Patrón V(ml) Concentración NO−3−N ( ppm)Blanco (BK) 0 0

P 1 1 0.1P2 2 0.2 P3 3 0.3P4 4 0.4P5 5 0.5P6 10 1

TABLA Nº 3

Muestra de Agua mineral sin gas: Cielo, Vida, San Mateo y San Luis (botella de 625 mL)

Muestra Volumen (ml)M1 (Cielo) 10M2 (Vida) 2

M3 (San Mateo) 49M4 (San Luis) 49

TABLA Nº 4

Determinación de longitud de onda máxima

La longitud de onda de absorción máxima que se obtuvo mediante una lectura rápida (modo SCAN) con una línea base entre 190 y 350 nm.

TABLA Nº 5

λmax=203nm

Longitud de onda (nm)

Absorbancia

203 0.263243 -0.004268 0310 -0.003

Lectura de la absorbancia de los estándares preparados λmax=203nm(Soluciones de lectura, para realizar la cuerva de calibración)

Absorbancia Concentración NO−3−N ( ppm)Blanco (BK) -0.023 0.0

P1 0.045 0.1P2 0.102 0.2P3 0.208 0.3P4 0.283 0.4P5 0.402 0.5P6 0.718 1.0

TABLA Nº 6

Análisis de las muestras con el espectrofotómetro tomados a λmax=¿203 nm.

Tabla N° 4. Absorbancia de las muestras tomados a λmax=230nm .

Muestra Absorbancia Concentración (ppm NO-3)

M1 (Cielo) 0.186 0.276M2 (Vida) 0.272 0.389M3 (San Mateo) 0.090 0.150M4 (San Luis) 0.201 0.296

TABLA Nº 7

Calculo de la concentración de las muestras

Muestras de agua mineral

Concentración mediante curva de calibración (ppm)

Concentración mediante

espectrofotómetro(ppm)

Muestra 1 (Cielo) 6.2975 6.1114Muestra 2 (Vida) 43.6989 43.0679

Muestra 3 (San Mateo) 0.7294 0.6778Muestra 4 (San Luis)

CALCULOS Cálculo de la concentración de la solución estándar madre en ppm.

1.-Preparación del patrón primario: Partiendo de la solución madre de KNO3 =0.1841 g/250 ml, se calcula el número de mg NO-

3 - N / 1L solución:

Entonces:0.1841g X 14 g/mol NO - 3 - N = 0.0255 g NO - 3 - N250 ml 101.11g/mol KNO3 250ml

0.0255g N O−3−N250mL

x 103mg1g

x 103mL1 L

=102 gNO−3−NL

≈100 ppm

2.- Preparación de la solución patrón intermedia de 5ppm a partir de la solución patrón intermedia de 100 ppm.

(100 ppm x V2 ) patrón primario = (100ml x 5ppm)

V2 = 5 ml (tomar 5 ml de solución 100ppm y llevarlo a 100 ml para obtener la solución intermedia a 5ppm)

4.- Preparación de patrones a partir de la solución 5ppm.

P1: Obtener 0.1ppm a partir de 5ppm en 50 ml

5ppm x V1 = 0.1ppm x 50ml V1=1ml.

Tomar 1ml de la solución intermedia, agregar 1mL de HCl (1N) y enrasarlo a 50ml con agua destilada para obtener así la solución patrón intermedia.

De la misma manera para los patrones restante.

5)Calculo De La Concentración De La Muestra

Según la ecuación de la gráfica (3) a la absorbancia de las M1cielo=0.186 ,

M2vida =0.272 M3San Mateo =0.090 M4San luis =0.201 le corresponde una

concentración:

y = 0.7607x - 0.0238 A=(ab ) . c−0.0238

Para la Muestra 1:

0.186=0.7607 xCMuestra1−0.0238 CMuestra1=0.2758 ppm

Hallamos la ecuación de la curva de calibrado mediante el ajuste de mínimos

cuadrados

Soluciones estándar para la curva de calibración

Con los datos de concentración y absorbancia se grafica la curva de calibración

(ver grafica N03) y aplicamos el ajuste por mínimos cuadrados.

A=m.cMuestra+b y=mx+b

Solución Concentración Muestras de

agua ppm = X

AbsorbanciaA=y

XY X2 Y2

Blanco (BK) 0 -0.023 0 0 0.0005CP1 0.1 0.045 0.0045 0.01 0.0020CP2 0.2 0.102 0.0204 0.04 0.0104CP3 0.3 0.208 0.0624 0.09 0.0433CP4 0.4 0.283 0.1132 0.16 0.0801CP5 0.5 0.402 0.2010 0.25 0.1616CP6 1.0 0.718 0.7180 1.00 0.5155

∑ Suma total 2.5 1.735 1.1195 1.55 0.8134

m=6 x1.1195−2.5 x1.7356 x1.55−(2.5)2 =0.78016 ppm−1

b=1.55 x 1.735−2.5 x1.11956 x1.55−(2.5)2 =−0.03590

22

2

ii

iiiii

xxp

yxxyxb

Solución Concentración Mn ppm

Absorbancia

Blanco (BK) 0 -0.023CP1 0.1 0.045CP2 0.2 0.102CP3 0.3 0.208CP4 0.4 0.283CP5 0.5 0.402CP6 1.0 0.718

m=p∑ xi y i−∑ x i∑ y ip∑ x i

2−(∑ x i )2

y=0.78016 x−0.03590 A=(ab ) . c−0.03590

A=(0.78016 ppm−1 ) . cMuestra−0.03590

Soluciones muestra

Ejemplo de cálculo de la concentración de Nitratos en la muestra 1:

La muestra 1 se preparó con 10mL de agua Cielo llevados a un volumen de

solución final de 50mL teniendo como absorbancia valor igual a 0.186,

reemplazando este valor en la ecuación de la curva de calibración:

A=(0.78016 ppm−1 ) . cNO−3−N−0.03590

0.186=(0.78016 ppm−1) . cNO−3−N−0.03590 cNO−3−N=0.2844 ppmUsamos

el factor gravimétrico:

CNO−3Muestra=cNO−3−NMuestra xfg=cNO−3−NMuestra x

62gmol

NO−3

14 gmol

N

CNO−3Muestra=0.2844 ppm x ( 6214 )=1.2595 ppm

Hallamos la concentración de la muestra usando el factor de dilución:

cNO−3−NMuestra=cNO−3−N xfd=(1.2595 ppm) x (5010 )=6.2975 ppm

Concentracionde laMuestra1 (AguaCielo )medianteel instrumento :

cNO−3Muestra=cNO−3−N x( fg )x ( fd)=(0.2 760 ppm ) x ( 6214 )x ( 50

10)=6.1114 ppm

Demanera similar con las demasmuestras :

Muestras de agua mineral

Concentración mediante curva de calibración (ppm)

Concentración mediante

instrumento (ppm)Muestra 1 (Cielo) 6.2975 6.1114Muestra 2 (Vida) 43.6989 43.0679

Muestra 3 (San Mateo) 0.7294 0.6778Muestra 4 (San Luis)

GRAFICOS

Gráfica (1). Determinación de longitud de onda máxima:

En uv- prove:

En Excel:

190 210 230 250 270 290 310 330

-0.157

-0.107

-0.057

-0.00699999999999998

0.043

0.093

0.143

0.193

0.243

0.2930.263

Absorbancia Vs. Longitud de onda

λ (nm)

Abso

rban

cia

λmax=203nm

Determinación de curva de calibrado tomada a λmax=203nm´

Curva de calibrado en Excel:

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2-0.10

0.10.20.30.40.50.60.70.8

f(x) = 0.760652173913044 x − 0.023804347826087R² = 0.991681330880787

Absorbancia Vs. C N ppm

C N ppm

Abso

rban

cia

Concentración de –N de cada muestra

0 1 2 3 4 50

0.050.1

0.150.2

0.250.3

0.350.4

0.45

Concentración de las muestras

Muestra

Conc

entr

acio

n

DISCUSIÓN DEL METODO EMPLEADO

La determinación de nitratos en aguas es difícil dado los procedimientos complejos

con los que se cuentan, la gran posibilidad de encontrar sustancias interferentes y los

rangos de concentración limitados que presentan las diferentes técnicas.

Entre los métodos que aparecen para la cuantificación de nitratos en aguas, se

pueden citar: Cromatografía iónica, método espectrofotométrico ultravioleta selectivo,

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.

El 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 540 nm, longitud de onda que es absorbida por el

colorante, que se forma por diazotación con sulfanilamida y apareamiento con

diclorhidrato de N-(1-naftil)-etilendiamina. El rango de aplicación de este método es de

0.01 a 10 mg N(NO3-)/L.

El método espectrofotométrico ultravioleta, no es un método específico para la

determinación de ion nitrato en agua y debe ser utilizado con los recaudos necesarios.

Este método presenta la dificultad de no ser adecuado para el estudio de aguas

contaminadas, es decir sólo es válida su aplicación para muestras de agua con bajo

contenido en materia orgánica.

Para la determinación de ion nitrato en aguas subterráneas, el método

espectrofotométrico ultravioleta selectivo presenta como características principales la

baja demanda de tiempo y reactivos necesarios y su fácil ejecución.

Comparativamente, esta es una ventaja frente al método de la reducción con

hidracina.

* En 1969 la Organización Mundial de la Salud (OMS) admitió como agua mineral

natural toda agua no contaminada bacteriológicamente que procedente de una fuente

subterránea natural o perforada, contiene una determinada mineralización y puede

inducir efectos favorables para la salud, debiendo estar así reconocido por la autoridad

pertinente del país de origen. Así mismo La Organización Mundial de la Salud

considera que la concentración máxima en agua potable debe ser de 50 miligramos

por litro. 

DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS

El λmax obtenido del barrido inicial es igual a 203 nm con absorbancia de 0.263.

Los resultados obtenidos de la concentración de NO3- en las muestras son

Muestra 1 (Cielo) = 6.1114ppm, Muestra 2 (Vida) = 43.0679ppm y Muestra 3 (San Mateo) = 0.6778ppm, valores por debajo de lo permitido de 50 ppm según la OMS. Por tanto de esto se concluyó que las muestras analizadas son aptas para el consumo humano.

Si se trabaja directamente con la solución stock habría mucho error por eso se trabaja con solución intermedia que es una solución diluida a partir de la solución madre.

La curva de patrones es a partir de la dilución de la solución intermedia.

El blanco se utiliza para corregir (restar) las absorbancias de las interferencias.

Se añade HCl 1N para las interferencias que haber en el agua como carbonatos, hidróxidos, cloruros, etc. La materia orgánica también interfiere.

En este equipo solo se cambia el contenido de la celda que tiene la muestra, la otra celda contiene el blanco, esto hace que los resultados sean más precisos.

Para leer en UV no es necesaria que la muestra sea coloreada.

La técnica utilizada es solamente para seleccionar muestras con bajo contenido de materia orgánica.

En este método es necesario ser muy exactos en las mediciones porque se trata de cantidades muy pequeñas.

RECOMENDACIONES

Agitar vigorosamente los patrones y muestras antes de cada lectura ya que si no se efectúa este procedimiento el equipo no leerá correctamente las absorbancias.

No tocar con los dedos las paredes de las celdas por donde debe pasar la luz, las huellas dactilares dispersan y absorben la luz es por eso que se coge de las partes opacas.

La boca de la pipeta debe estar seca para que el líquido contenido baje con facilidad.

CONCLUSIONES

Las sustancias absorben la luz que 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 que atraviesa las celdas de la muestra y de la referencia.

Para evitar los efectos adversos del nitrato sobre la salud humana, la concentración del mismo a sido limitada en aguas de bebida a 45 mgNO3

-/L en Estados Unidos, 55 mgNO3

-/L en Europa7 , 45 mgNO3-/L en Argentina y 50

mgNO3-/L basado en la recomendación de la OMS .

Los resultados obtenidos de la concentración de NO3-, N- son por debajo de lo

permitido de 50 ppm según la OMS. Por tanto de esto se concluyó que las muestras de agua son aptas para el consumo humano, siendo la muestra de agua vida la que tiene más alta concentración de nitratos.

Los nitratos generalmente son provenientes del ciclo del nitrógeno en la naturaleza.

Si los nitratos están por encima de lo que indica la norma puede producir un cuadro de metahemoglobinemia que se caracteriza por la dificultad de absorción del oxígeno por la sangre. Otro problema con la ingesta de cantidades apreciables de nitratos es la formación en el organismo de nitritos que se sabe tienen propiedades cancerígenas, por lo cual considero que la aplicación de la norma es muy débil para algunas compañías de agua mineral pues como notamos en la experiencia una muestra estaba cerca del límite máximo establecido en nuestro país.

BIBLIOGRAFIALibros:

Skoog D. West D. Analisis Instrumental Edit. Mc. Graw Hill Mexico 1992

Páginas web:

http://www.sunass.gob.pe/doc/normas%20legales/legisla%20web(cambio)/normas/calidad%20de%20agua/Oficio%20677.pdf

http://www.sma.df.gob.mx/sma/download/archivos/secofi_nmx_aa_079_scfi_2001.pdf

http://www.advmex.com/espectrofotometro_uv.htm

http://www.scielo.br

http://www.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/capitulos_fluoreciencia/calaguas_cap14.pdf#search=%22determinacion%20de%20nitratos%20en%20agua%20mediante%20espectrofotometria%22

http://www.agua-mineral.net/592/manantial-de-agua-sin-nitratos/

Videos:

La conferencista Dolores Raigón habla sobre el ciclo del nitrógeno y como llegan los nitratos a las aguas, asi como podría afectar en la salud los nitratos y nitritos en la alimentación:

https://www.youtube.com/watch?v=43VbghjRR8E

Preparación del patron de kNO-3 :

https://www.youtube.com/watch?v=Ac366zASz48

Medida de la absorbancia de muestras de nitratos:

https://www.youtube.com/watch?v=d1L9QKr8t-M