Análisis de Calidad del Agua: Métodos y Procedimientos para Determinar Parámetros Físico-Químicos

Recolección de Muestras

Cantidad:

Para la mayoría de los análisis físico-químicos, es suficiente una muestra de 2 litros. No se debe intentar utilizar la misma muestra para exámenes químicos, bacteriológicos y microscópicos, ya que los métodos de recolección y manejo son diferentes.

Intervalo de Tiempo entre la Recolección y el Análisis

En general, cuanto menos tiempo transcurra entre la recolección de una muestra y su análisis, mayor será la confianza en los resultados analíticos. Para obtener resultados veraces sobre ciertos constituyentes y valores físicos, se requieren análisis inmediatos en el campo, ya que la composición de la muestra puede variar antes de llegar al laboratorio.

Es imposible precisar terminantemente el tiempo que puede transcurrir entre la recolección de una muestra y el análisis, ya que depende de las características de la muestra, del análisis particular a verificar y de las condiciones de almacenamiento. Sin embargo, se pueden reducir mucho los cambios producidos por la proliferación de microorganismos si la muestra se mantiene en la oscuridad y a baja temperatura hasta que se analiza.

Se sugieren como límites máximos los siguientes:

• Agua no contaminada: 72 horas
• Agua levemente contaminada: 8 horas
• Agua contaminada: 24 horas

Muestras Representativas

Se debe poner especial cuidado para que se obtenga una muestra químicamente representativa de las condiciones existentes y que se maneje de tal manera que no se deteriore o contamine antes de llegar al laboratorio. Antes de llenar el recipiente, se debe enjuagar 2 o 3 veces con la misma agua que se va a analizar.

Antes de tomar muestras de los sistemas de distribución, las líneas se deben purgar por suficiente periodo de tiempo para tener la seguridad de que la muestra es representativa del abastecimiento. Las muestras de pozos se deben tomar después de bombear por algún tiempo, como para asegurar que la muestra representa la calidad del agua subterránea que alimenta al pozo.

Cuando se toman muestras de ríos o corrientes, los valores analíticos varían con la profundidad, caudal y distancia a la margen, y aún de una margen a otra.

Si se dispone de equipo, es mejor tomar una muestra integrada de la superficie al fondo, a media corriente, de tal manera que las porciones que formen la muestra guarden una relación directa con el caudal. Si solo se va a tomar una muestra ocasional o instantánea, es mejor realizarlo a media corriente y profundidad.

Determinaciones a Realizar

Aspecto

Turbiedad

Se realiza por observación directa y comparación con agua destilada.

Color

Si es un agua con mucho material en suspensión, se la debe filtrar antes de hacer la determinación de color, que vamos a comparar con agua destilada.

Material en Suspensión

Se efectúa por observación directa.

Residuo

Se aplica el término residuo total al material que queda en un recipiente después de la evaporación de una muestra de agua y de su secado subsecuente en estufa a una temperatura definida. El residuo total incluye el residuo NO FILTRABLE, es decir, aquella porción del residuo que se retiene por un papel de filtro, y el residuo FILTRABLE, o sea, aquella porción del residuo total que pasa a través del papel de filtro.

Los métodos de determinación de residuo son gravimétricos y permiten una libertad de selección con respecto a la temperatura de secado. Se puede esperar que los residuos que se sequen a 105 °C no solo retengan el agua de cristalización sino también algo de agua ocluida mecánicamente. La pérdida de CO₂ da por resultado la conversión de HCO₃^- a CO₃⁼. La pérdida de materia orgánica a esta temperatura es muy poca y, como la expulsión de H₂O ocluida no es importante a 105 °C, resulta muy lento el proceso de obtención de peso constante.

Los residuos que se secan a 180 °C pueden perder casi toda el H₂O ocluida, pero pueden retener algo de agua de cristalización, especialmente si el agua contiene sulfatos. La materia orgánica se disminuye por volatilización, pero no se destruye completamente. El bicarbonato se descompone a carbonato y este se descompone parcialmente a óxidos o a sales básicas. Se pueden perder algo de las sales de Cl^- y NO₃^-. En general, la evaporación y secado de las muestras a 180 °C rinde valores del residuo total que se ajustan más estrictamente a las que se obtienen por la suma de las sales minerales determinadas individualmente, que los que se logran por secado a temperatura menor.

Preparación de la Cápsula

La cápsula elegida para la determinación de residuo total debe someterse a un secado preliminar en estufa a la misma temperatura que se intenta aplicar al residuo. Este secado se hace hasta peso constante para tarar la cápsula. Se selecciona un volumen de muestra que rinda entre 25 y 250 mg de residuo. Por lo general, basta un cálculo preliminar tosco a partir del valor de la conductancia específica para estimar el volumen a evaporar.

Se vierte una porción medida de la muestra en una cápsula de evaporación tarada colocada sobre un baño María. Después de que se ha terminado la evaporación del H₂O, se pasa la cápsula a una estufa mantenida a 180 °C y se conduce hasta peso constante. Se permite que la cápsula se enfríe brevemente en el aire y luego se completa el enfriamiento en una atmósfera seca (desecador). Se pesa la cápsula tan pronto como se enfríe completamente. Los residuos no deben permanecer largo tiempo en el desecador, pues muchos de ellos, en especial los que se secan a 180 °C, son muy higroscópicos y pueden absorber agua de un desecante que no esté completamente seco.

El aumento en peso sobre el de la cápsula vacía se reporta como R total secado a 180 °C.

Residuo Filtrable

La muestra se filtra y el filtrado se evapora en una cápsula tarada sobre baño María. El R remanente de la evaporación se seca en estufa a la misma temperatura que se realizó en R total. El aumento en peso sobre el de la cápsula vacía representa el R filtrable e incluye materiales líquidos o sólidos que en solución o en otra forma pasan a través del filtro y no se volatilizan durante el proceso de secado.

Procedimiento

Se filtra una porción de la muestra a través de un papel lavado, sin cenizas, de contextura suficientemente retentiva para precipitados finos. Luego se procede directamente a R total. (También los cálculos)

CONDUCTANCIA ESPECÍFICA

Es una medida de la capacidad de un agua o una solución para transmitir una corriente eléctrica y esta propiedad está relacionada con la concentración total de sustancias ionizadas y con la temperatura a la que se hace la medición. Afectan la conductancia específica la naturaleza de las distintas sustancias disueltas, sus concentraciones reales y relativas, y la concentración iónica de la muestra.

Las mediciones de conductividad proporcionan una idea de las porciones alícuotas que se deben tomar para las determinaciones químicas comunes. Todas ofrecen un medio para comprobar un análisis químico. Con frecuencia, se puede estimar la cantidad de materia disuelta en una muestra multiplicando la conductividad específica por un factor empírico que puede variar entre 0,55 y 0,9, dependiendo de los componentes solubles de un agua particular y de la temperatura de la medición.

La conductividad específica es recíproca de la resistencia que se mide entre dos electrodos separados 1 cm y que tienen un arco de 1 cm². Usando la celda de conductibilidad y balanceando con un PUENTE DE WHEASTON, se mide a la misma temperatura las resistencias eléctricas de la muestra y de una solución de KCl de conductancia específica conocida.

Reactivos

: Solución patrón de KCl  0,01 N. Se seca KCl a 110'C durante 2 Hs. y se disuelven 0,7456 gr en bidestilada recién hervida diluyéndose a 1000 ml. y conservar en frascos pirex con tapón esmerilado.Procedimiento: La conductividad especifica se registra en microohms/cm o microsich/cm ( Mohm/cm oMs/cm) a 25°C varia alrededor del 2% por  cada °C. Es recomendable aunque no es estrictamente necesario que el B. maria se mantenga exactamente a 25°C sin embargo cualquier T° entre 20 y 30 'C es adecuada porque dentro de este ámbito la conductividad del patrón KCl varía con la T° casi en el mismo grado que las muestras.  Se preparan 4 tubos con la solución patrón de KCl y 3 tubos con c/u muestras a medir, se enjuaga la celda de conductibilidad en 3 de los tubos de KClse mide la resistencia de la cuarta solución registrándose este valor como R_KCl. A continuación se enjuaga la celda en dos tubos de la primera muestra y se mide la Resistencia en el tercer tubo.  Se procede igual para todas las muestras.Cálculo:La constante de la celda "C" es igual al producto de la resistencia en OHM de *la solución patrón de KCl por la conductividad especifica en Mohm/cm de la solución patrón.

La conductividad especifica (Mohm/cm) de la muestra de H₂ 0 a 25°C es igual a la constante de la celda dividida por la resistencia en OHM de la muestra.  R_m

5) CLORUROS : El  Cl^- es uno de los principales aniones de H₂0 y de  H ₂O negras en concentraciones Excesivas el Cl^- puede impartir al H₂0 un sabor salino.
Método de Mohr: En una solución neutra o ligera alcalina se puede usar el K₂CrO₄  para indicar el vire la titulación del Cl^- con AgN0₃. Se precipita cuantitativamente el AgCl antes de que se forme el Ag₂CrO₄ (rojo).Procedimiento: Se usa una muestra de 50 mI cuyo pH esta entre 6,5 y 10 las muestras que no se encuentren dentro de este rango se ajustan con solución de H₂SO₄ o Na(OH) (también NaHCO₃ y Na₂CO₃) y se agrega 1 ml del indicador y se titula con la solución valorada de N0₃Ag 0,05 N hasta el viraje amarillo rojizo. Paralelamente podría realizar un ensayo en blanco colocando la misma cantidad de H₂0 destilada que de muestra, se agregan, 0,4 gr CO₃Ca 1 ml del indicador y se titula con la solución valorada de NO₃Ag.

Cálculos: Tener en cuenta la reacción principal, precipitación de cloruros, determinar los gramos utilizados de nitrato de plata. Luego efectuar la estequiometría correspondiente. También se puede calcular conociendo las concentraciones y volúmenes utilizados. Expresar la concentración en p.p.m de Cl^-

6) ACIDOS: La acidez de un H₂0 se puede deber a la presencia de CO₂  no combinado de ácidos minerales o de sales de ácidos fuertes y bases débiles.  En esta ultima categoría están las sales de Fe y Al provenientes de las minas o de origen industrial. En muchas H₂0 naturales existe un equilibrio entre carbonatos, bicarbonatos y CO_2.Los carbonatos y bicarbonatos se pueden estimar por titulación de la alcalinidad con un ácido valorado en los puntos de equivalencia del bicarbonato pH= 8,3 y posterior al punto de equivalencia de ácido carbónico pH= 4,4.Procedimiento

a) Acidos al anaranjado de metilo: (heliantina) Se agregan 2 gotas del indicador a una muestra de 50 ml contenida en un erlenmeyer colocado sobre una superficie blanca. Se titula con Na(OH) 0,05 N valoradohasta la aparición del tinte anaranjado débil.

b) Acidez a la fenolftaleína: Se agrega 3 gotas del indicador a un volumen de 50 ml de muestra contenidos en un erlenmeyer colocado sobre una superficie blanca. Se titula con Na(OH) 0,05 N valorado hasta la aparición del tinte rosa débil característico del pH 8,3.

c) Acidez a la Fenolftaleína a la temperatura de ebullición: Se agrega 5 gotas del indicador 50 ml de

muestra contenidos en un erlenmeyer se lleva a ebullición la muestra y se titula en caliente hasta él vire rosa permanente.

7) ALCALINIDAD: Por lo general la alcalinidad se debe a los componentes de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos de un H₂O natural. Se determina por titulación con una solución valorada de un ácido mineral fuerte a los puntos sucesivos de equivalencia del bicarbonato pH 8,3 en el ácido carbónico pH 4,4. Se determina electromeicamente (pHmetro) o por medio del indicador. Procedimiento:Alcalinidad a la fenolftaleína: Se agregan 2 gotas del indicador a 50 ml de muestra contenidos en un erlenmeyer y se titula sobre una superficie blanca con ácido HCl 0,05 N hasta viraje blanco cristalinoAlcalinidad total al anaranjado de metilo: Agregan 2 gotas del indicador a la muestra de 50 ml contenida en un erlenmeyer (es la misma que se utiliza en el paso anterior) se titula con HCl (sin enrasar la bureta) valorado hasta él vire de naranja débil.Cálculos de las formas de alcalinidad: Con los resultados de las determinaciones de la alcalinidad a la

Fenolftaleína y luego a la heliantina se dispone de los medios para la clasificación estequiométrica de las tres  formas principales de alcalinidad que se encuentra en el agua. El sistema se basa en los principios

siguientes:I) Hay alcalinidad de carbonato cuando la alcalinidad a la fenolftaleina no es nula, pero es menor que la

alcalinidad total.II) Hay alcalinidad de hidróxido cuando la alcalinidad a la fenolftaleína es mayor que mitad de la alcalinidad

total.III) Hay alcalinidad de bicarbonato cuando la alcalinidad a la fenolftaleína es menor que mitad de la alcalinidad total.

NOTA:  El viraje de la fenolftaleína es de  incoloro a rosa débil ( pH  de 8,2 a 9,6)

                                    Heliantina es de  anaranjado rojizo a amarillo  (pH de 3,8 a 5,4)

8) Determinación de Dureza Originalmente el concepto de dureza de un agua era un índice de la capacidad de un para precipitar el jabón. El jabón se precipita principalmente por los iones Ca²⁺ y Mg²⁺ que comúnmente se presentan en las aguas. Pero igualmente se puede precipitar por los iones de otros elementos polivalentes como Fe, Al, Mn, Sr y Zn. Como excepción de los dos primeros los restantes iones se encuentran presentes en concentraciones insignificantes en las H₂O se define la dureza como una característica del H₂0 que representa la concentración total de los iones Ca²⁺ y Mg²⁺ expresados bajo la forma de CaCO₃. Se presentan dos métodos para la determinación de dureza.a) Método por Cálculo: Se puedeaplicar a todas las aguas y se considera como el método más exacto.  Se realiza un análisis completo por minerales y la dureza se aporta por cálculo.b) Titulación con EDTA.: El ácido etilen diamino tetraacético cuantifica los iones Ca²⁺ y Mg²⁺, se puedeaplicar con modificaciones apropiadas a cualquier clase de agua. El EDTA y sus sales de sodio forman un quelato complejo soluble cuando se adiciona a solución de ciertos cationes metálicos.  Si se agrega una pequeña cantidad de un colorante como el negro de eriocromo T, a una solución que contenga los iones mencionados a pH 10 la solución vira del rojo vino, si luego se agrega EDTA como titulador se forma el complejo mencionado, y en el punto final la solución virara a color azul.La precisión del vire es mejor cuando aumenta el pH pero este no se puede incrementar  indefinidamente por el peligro de que precipite el CaCO₃ o el  Mg (OH)₂ y debido a que colorante cambia de color a valores de alto pH, se recomienda para esta titulación trabaja pH= 10 ajustado con un buffer, teniendo como limite de la titulación 5 minutos tiempo total.PROCEDIMIENTO:En un erlenmeyer se diluyen 25 ml de la muestra con agua hasta 50-75 ml se agregan 1-2 ml. de buffer (NH₄OH – NH₄Cl), 4 gotas de NET y se titula con EDTA 0, 01 M hasta viraje del indicador.Reacciones :La sal disódica de E.D.T.A. forma complejos incoloros ligeramente ionizados con los metales alcalinos térreos.La titulación involucra todos los alcalinos térreos y el valor obtenido se informa como dureza total del agua. El uso de N.E.T., indicador negro de ERIOCROMO T., permite valorar alcalino térreos con solución de E.D.T.A disódico. Es azul brillante en ausencia de metales alcalinos térreos, pero en presencia de ellos, forma complejo de coloración rojo oscura.

9) Determinación de nitrito.La presencia de este ion se puede deber a la degradación bacteriana de materia orgánica, por lo cual el agua no sería apropiada para consumo humano, es decir no potable, por ello la importancia de este análisis que se realiza a través de un fuerte oxidante.Procedimiento:

 Se toma una alícuota de muestra de agua, 50 ml, se le agrega 5 ml de H₂SO₄ 1:3 para acidificar el medio, y se valora con  KMnO₄.  En esta titulación no se utiliza indicador pues el permanganato es “autoindicador”, es decir, cuando finaliza la reacción con los nitritos la gota que se agrega en exceso da una coloración rosa tenue a la solución, que hasta ese punto se mantenía incolora, la coloración debe persistir unos 30 segundos o más tiempo.