capitulo IV 40-5.pdf

CAPITULO IV
MATERIALES Y METODOS
4.1. Universo
El universo considerado para la presente investigación es el Estero Salado.
4.2.
Muestra
Como muestra para diagnosticar la calidad de las aguas, sedimentos y
evaluar los impactos que ocasiona la ciudad de Guayaquil
se considera la
información obtenida de un total de 93 muestras recolectadas de la cabecera
norte del Estero Salado (Puente Miraflores, Puente calle Aguirre, Puente Portete,
Puente de la calle 17 y Puente de la Isla Trinitaria).
4.3. Variables Estudiadas
4.3.1. Variables Cualitativas:
·
Estado de Marea flujo y reflujo diurno
·
Grado de deterioro del Estero Salado
4.3.2. Variables Cuantitativas
Para el análisis de calidad de agua se determinaron
·
Parámetros Físicos: Temperatura, salinidad y pH.
·
Parámetros Hidroquímicos: Oxigeno Disuelto, Demanda Biológica de
Oxigeno, Fosfato, Nitrito, Nitrato, Silicato, Hidrocarburos del petróleo.
·
Parámetros Microbiológicos: Coliformes Totales y Coliformes Fecales
Para el análisis de la calidad de los sedimentos se determinaron
45
·
Parámetros Geoquímicos: Materia orgánica, Carbón orgánico, Nitrógeno
orgánico, Fósforo y Azufre.
4.4.
Metodología de muestreo
Para el presente estudio se colectó muestras de agua durante el lapso de
Septiembre a Diciembre del año 2000 en los lugares antes mencionados en dos
estados de marea (Flujo –Reflujo) diurno, considerando las dos riberas (Este y
Oeste) del Estero Salado, en el área de ubicación de cada uno de los puentes
estudiados y un último muestreo en el mes de Enero del año 2001 desde el área de
la Empresa Fertisa hasta la última boya de la zona de cuarentena ( lugar de fondeo
de los Barcos mercantes que llegan al Puerto Marítimo de Guayaquil), mientras que
las muestras de sedimentos se recolectaron en el mes de Diciembre del año 2000
en el área central de los puntos determinados para el estudio.
La recolección de las muestras de agua se realizó mediante la utilización de
botellas VAN-DORN de 4 litros de capacidad para el análisis de oxígeno disuelto y
micronutrientes inorgánicos. Fotos.5 - 6. El oxígeno disuelto fue analizado in-situ,
inmediatamente luego de tomar las muestras y, las de nutrientes, congeladas
para su posterior análisis por espectrofotometría de luz polarizada, mientras que
para los parámetros microbiológicos se utilizó botellas muestreadoras y envases
previamente esterilizados, preservándose las muestras a 4°C y transportándose
las mismas inmediatamente luego de ser tomadas al laboratorio de análisis para
su siembra y respectiva incubación.
Para el análisis de hidrocarburos del petróleo disueltos y dispersos, las
muestras fueron tomadas en botellas de vidrio ámbar de 4 litros de capacidad,
previamente tratadas y a una profundidad de 1 metro bajo la superficie, extraídas
inmediatamente con n-hexano y refrigeradas para su posterior análisis por
espectrofluorometría.
Las muestras de sedimentos fueron recolectados mediante el uso de una
draga Van- Veen.
46
Foto. 5. Botella Van- Dorn
Foto. 6. Análisis de Oxígeno Disuelto
4.5. Metodología de análisis químico
Los análisis de parámetros físico –químicos y bacteriológicos para el estudio
de la calidad de agua como los análisis de la calidad de los sedimentos se
realizaron por metodología estandarizada internacionalmente las mismas que se
detallan a continuación.
4.5.1. CALIDAD DE AGUA
4.5.1.1. Parámetros Físicos
4.5.1.1. a. Temperatura.
Las lecturas
de temperatura se usan
en el cálculo de varias
formas
de
alcalinidad en estudios de saturación y estabilidad con respecto al carbonato de
calcio, en el cálculo de la salinidad y en operaciones generales de laboratorio.
47
En estudios
ambientales, la temperatura del agua en función de la
profundidad es de mucho interés. La elevación de temperatura como resultado
de descargas de aguas calientes puede tener impacto ecológico significativo.
La identificación de fuentes de agua potable tales como pozos profundos a
menudo es posible con medidas de temperatura. En la industria es necesario
conocer la temperatura del agua en procesos o en cálculos de transmisión de
calor.
Los organismos se comportan en forma diferente con relación a la
temperatura ambiente y pueden ser afectados por lo que se denomina
contaminación térmica.
El aumento en la temperatura provoca la disminución en la capacidad del
agua para retener oxígeno al mismo tiempo que aumenta la actividad fisiológica
de los organismos acuáticos produciendo la asfixia de los mismos, siendo éste el
efecto más nocivo de la contaminación térmica.
Además de eso, los peces son sensibles a las variaciones bruscas de
temperatura, no pudiendo soportar variaciones de más de 6°C por períodos cortos
de tiempo. Los peces al estar sujetos a cambios repentinos de temperatura sufren
un colapso o choque térmico.
Normalmente, la medida de temperatura se hace en terreno mediante la
utilización de
termómetros de mercurio, graduados en ° C. Como mínima esta
graduación debe ser cada 0,1 °C. El termómetro deberá tener una capacidad
térmica tal que permita un rápido equilibrio. Para terreno debe usarse un
termómetro provisto de una protección
metálica para prevenir su ruptura.
Los resultados se informan al décimo de grado. (22).
4.5.1.1.b. Salinidad.
La salinidad del agua es importante para mantener una apropiada relación
osmótica entre el protoplasma de los organismos y el agua. Esta relación
osmótica varía entre las especies. Algunas diatomeas, especialmente las de la
48
zona nerítica presenta un amplio rango de tolerancia a la salinidad y son
conocidas como formas euryhalinas, mientras que las formas que viven en la
zona oceánica se denominan stenohalinas y son las que presentan poca
tolerancia a los cambios en la salinidad.
La salinidad es la cantidad total de material sólido en gramos contenido en
un kilogramo de agua de mar cuando todos los carbonatos han sido convertidos a
óxidos, los bromuros y Yoduro reemplazados por cloruros, y toda la materia
orgánica completamente oxidada. (22).
Por medio del análisis de la salinidad se consigue determinar:
·
El tipo de una determinada masa de agua
·
La composición o tipos de especies que constituyen los rangos de fertilidad
de los océanos
·
Ayudan a interpretar los criterios de calidad de agua según sus usos
Aquellos valores que oscilan entre 10 –29 UPS reflejan aguas de estuarios,
entre 0.013
- 7.0 UPS representan aguas fluviales, cuando los valores de
salinidad se encuentran
hasta 0.1UPS el agua puede considerarse aceptable
para ciertos usos. Para uso de riego el agua debe tener ausencia de salinidad.
4.5.1.1. c. pH.
La concentración de ión hidrógeno es un parámetro de calidad de gran
importancia tanto para el caso de aguas naturales como residuales. El intervalo
de concentración para la adecuada proliferación y desarrollo de la mayor parte de
la vida biológica es bastante crítico. El agua residual con concentraciones de ión
hidrógeno inadecuado presenta dificultades de tratamiento con procesos
biológicos y el efluente puede modificar la concentración del ión hidrógeno en las
aguas naturales si ésta no se modifica antes de la evacuación de las aguas.
49
La concentración del ión hidrógeno presente en el agua está relacionada con
la cuantía en que se disocian las moléculas de agua. El agua se disocia en iones
hidroxilo e hidrógeno del siguiente modo:
H2O
H+ + OH-
El pH del agua de mar se mantiene normalmente entre 7,5 y 8,4, los valores
más altos se producen en las capas superficiales donde el CO2 es utilizado para
la fotosíntesis. La presencia de sales fuertes con ácidos débiles como carbónico y
bórico confiere al agua de mar una apreciable capacidad tampón.
Variaciones grandes en el pH del medio causadas por ejemplo por el
lanzamiento de ácidos fuertes pueden afectar la flora y fauna de una masa de
agua. Este fenómeno ha sido estudiado especialmente en lo que se refiere a la
mortalidad de peces, pudiéndose concluir que solamente pocas especies
soportan pH de 4 y la mayoría no soporta pH inferior a 5.
Con relación a los álcalis, pocos peces soportan pH superior a 9 quedando
entonces como condiciones favorables los límites entre 5 a 9. Otro efecto
indirecto, sobre los organismos es causado por la influencia que pueden ejercer
sobre la toxidéz ciertos compuestos tales como metales pesados, gas sulfihídrico
y también en la fijación del calcio para la formación de conchas. (23).
Precisión: +- 0.03.
4.5.1.2. Parámetros Químicos
4.5.1.2.a. Oxígeno Disuelto
Los gases presentes en la atmósfera de nuestro planeta también lo están
en las aguas de sus océanos. Estos gases se pueden clasificar en dos grandes
grupos:
50
Gases estables
Son los que conservan permanentemente su presencia invariable en las
aguas. Son biológicamente inertes, y están formados por los gases nobles: argón,
helio, criptón y neón. Están presentes en el agua en concentraciones equilibradas
con la atmósfera.
Gases inestables
Son los que tienden a variar su presencia en las aguas en función de
reacciones biológicas y químicas. Son esenciales para la vida, y están
constituidos por el oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno, monóxido de carbono,
hidrógeno, metano, óxido nitroso y sulfuro de hidrógeno.
Todos conocemos que el oxígeno es el directo responsable de la mayor
parte de la vida en nuestro planeta, ya que la combustión de ese gas por parte de
los seres vivos produce la energía necesaria para la vida.
El oxígeno disuelto en el agua proviene del intercambio entre la atmósfera y
el curso de agua, así como de las funciones de fotosíntesis realizadas por las
plantas verdes. Es continuamente consumido por el metabolismo de las especies
que pueblan este ecosistema.
Fig. 2
51
La cantidad de oxígeno disuelto se mide en partes por millón (ppm. Por otro
lado, la cantidad máxima de oxígeno disuelto en agua, es decir, el nivel de
saturación, depende de varios factores, como son: temperatura, salinidad y
presión atmosférica. A medida que aumenta la temperatura, va disminuyendo la
capacidad de disolución del oxígeno; en cambio esta capacidad aumenta si sube
la presión atmosférica. Con la salinidad ocurre lo mismo que con la temperatura:
una mayor salinidad conlleva una menor capacidad de disolución del oxígeno en
el agua.
La concentración de oxígeno disuelto en agua de mar puede variar desde la
sobresaturación en aguas superficiales donde la actividad fotosintética del
fitoplancton es muy alta, hasta la carencia de oxigeno en aguas profundas. Los
rangos por lo tanto pueden variar entre ( 0-10 ml/l de agua de mar). Las notables
variaciones del contenido de oxígeno que se encuentran en el agua de mar se
deben al consumo por procesos de respiración y oxidación microbiológica y
química, así como a su producción por fotosíntesis. El análisis
de oxígeno
disuelto es un ensayo clave para estudios oceanográficos, ambientales, control
de contaminación de aguas y procesos de tratamiento de aguas servidas. (24).
Selección del método.
Existen diversos técnicas para la determinación del oxígeno disuelto, entre
ellos las Iodométricas (método de Winkler), gasométricas, complexométricas,
radiométricas, espectofotométricas. De todas estas técnicas solo las Iodométricas
se emplean en forma general. La mayoría de los datos de concentración de
oxígeno en estudios ambientales han sido obtenidos por el uso del método de
Winkler o modificaciones de éste. Antes de usar los métodos iodométricos hay
que considerar las interferencias de materiales oxidantes o reductores que estén
presentes en la muestra ya que ciertos agentes oxidantes liberan Iodo del
Ioduro ( interferencia positiva) y algunos agentes reductores reducen el Iodo a
Ioduro ( interferencia negativa. Ciertos compuestos orgánicos interfieren con el
método obstaculizando la sedimentación del precipitado de manganeso oxidado
52
y oscureciendo parcialmente el punto final
de la titulación Iodométrica con
indicador almidón.
Métodos Iodométricos
Método de Winkler
Fundamento
La esencia del método consiste en
convertir el oxígeno disuelto de la
muestra en un equivalente químico de Iodo susceptible de ser valorado
cuantitativamente.
El método consiste en tres pasos casi independientes:
1. - Toma de muestras
2.- Tratamiento
3.- Valoración
Cada uno de los pasos mencionados incluye varias reacciones químicas.
Primero el oxígeno disuelto en un volumen conocido del agua muestreada
es fijado con Sulfato Manganoso monohidratado y una solución concentrada de
hidróxido de sodio y Ioduro de potasio el cual se enlaza químicamente y forma un
precipitado blanco de hidróxido de manganeso.
Mn++ + 2 OH- m
Mn(OH)2
Precipitado blanco
(I)
El oxígeno disuelto presente en la muestra reacciona con el hidróxido de
manganeso (II) oxidándolo a manganeso (III), en una reacción heterogénea que
produce un precipitado de color café:
53
2 Mn (OH)2 + ½ O2 + H2O
2Mn(OH)3
Precipitado café
(2)
Tras la completa fijación del oxígeno la muestra es acidificada con ácido
sulfúrico concentrado, llevándola aun pH entre 1 y 2.5. La acidificación disuelve el
precipitado, liberando los iones manganeso (III), que en medio ácido son agentes
oxidantes fuertes y reaccionan con el yoduro inicialmente añadido, oxidándolo a
iodo, el cual a su vez forma un complejo triyodado en presencia de exceso de
yoduro.
2Mn(OH)3 + 2I- + 6H+
I 2 + I-
2Mn2 + I2 + 6H2O
(3)
I-3
(4)
En este momento el Iodo formado es determinado por titulación con una
solución valorada de tiosulfato de sodio. Aquí el Iodo es reducido a Yoduro y el
tiosulfato es oxidado a tetrationato:
I3 + 2 S2O3 2-
3I- + S4O6 2-
(5)
El punto final de la titulación es indicado por el almidón que es un indicador
visual satisfactorio para las titulaciones de rutina.
Las relaciones químicas que han de mantenerse para que el método de
Winkler proporcione con exactitud la concentración de oxígeno disuelto son:
4S2O3 2-
2I2
O2
(6)
El par Iodo Iodurado es perfectamente reversible, presenta puntos finales
suficientemente abruptos en las titulaciones. El tiosulfato es aparentemente el
único reductor apropiado para la Iodometría. (25).
54
Rango: 0.005 - 8 mg/l.
Procedimiento de análisis
·
Ensayo de blancos de reactivos
Este es el primer paso que se realiza al analizar el Oxígeno disuelto y permite
verificar el buen estado de los reactivos el procedimiento es como sigue: (26) (27).
55
INICIO
Definición de Variables
Volumen usado, volumen de
reactivos
Llenar una botella de DBO con
300 ml agua destilada
F
Volumen de agua usado = 300
ml
V
Agregar 1 ml SO4H2 y 1 ml de Ioduro
alcalino mezcle completamente adicionar 1
ml de sulfato manganoso, mezcle
nuevamente
A
Tomar 2 alícuotas de 50 ml y adicionar 0.5 ml
de solución de almidón
Color = Azul
V
F
Preparar
nuevos
reactivos
Agregar 0.1 ml de
Iodato de potasio 0.01
Titular con tiosulfato de sodio
0.01 N hasta completa
F
F
Titulo £ 1 %
Color = Azul
A
V
A
V
Blanco de reactivo = 0
Fin
Diagrama de flujo 1. Determinación de blanco de reactivos para Oxígeno
Disuelto
56
·
Calibración de la solución standard de tiosulfato de sodio
El estándar primario apropiado y aceptado para calibrar la solución de
thiosulfato es el Yodato de Potasio. Esta calibración se basa en la reacción de
coproporción del Yoduro para formar Iodo, el que a su vez es enlazado por el
exceso de Yoduro formando el complejo triyoduro. Esta reacción solo ocurre en
medio ácido, donde es estequimétrica y cuantitativa. La cantidad de Iodo liberado
se titula con
la solución de tiosulfato, usando almidón como indicador. Las
ecuaciones comprendidas en la calibración y el flujograma de calibración son: (25)
(27).
IO3- + 5I- + 6H+
3I2 + 3H2O
(7)
I3-
(8)
I2 + II3-
+
2S2O32-
-
3I + S4O6
2-
(9)
A
De la solución preparada para el blanco de
reactivo. Tomar 3 alícuotas de 50 ml y adicionar 10
ml de Yodato de Potasio 0.01 N
F
Alícuotas = 50 ml
V
F
Utilizar el 50% de
Yodato
Vol. Yodato de Potasio = 10 ml
V
Esperar 2 minutos hasta que se
desarrolle la liberación del Iodo
Tiempo de reacción =
2 minutos
F
V
Titular la solución de Tiosulfato de Sodio
utilizando solución de almidón como indicador
FIN
Diagrama de Flujo 2. Calibración del standard para el análisis de Oxígeno Disuelto
57
Análisis de Muestras Problemas
Inicio
Definición de variables
Volumen de muestra, volumen de reactivos,
tiempo de reacción
A
Recolectar la muestra de agua en una
botella de 300 ml ó 125 ml
F
Volumen de
muestra= 300 ml
V
Fijar adicionando 1 ml de
Sulfato Manganoso y 1 ml de
Ioduro Alcalino
Fijar adicionando el 50% de los
reactivos
Agitar y esperar desde 30
minutos hasta 6 horas
B
B
Tiempo de
Reacción = ³ 30’
ó £ 6 horas
F
Tiempo de
Reacción es >6
horas
V
F
V
Disolver el precipitado agregando 1 ml
de ácido sulfúrico concentrado
A
Tomar una alícuota de 50 ml y titular con
solución de tiosulfato de sodio 0.01 N (
previamente calibrado) utilizando almidón
como indicador
Fin
Diagrama de flujo 3. Determinación de Oxígeno Disuelto
58
·
Cálculo de la concentración de oxígeno disuelto
Cuando se use la botella de BOD (300 ml):
300
1000
O2 ml/L = 0.056 x f x (V - b) x ------- --- x ------------300-2.4
50
En caso de que se use la botella de BOD (250 ml):
250
1000
O2 ml/L = 0.056 x f x (V - b) x ------- --- x ------------250-2
50
En caso de que se use la botella de 125 ml;
125
1000
O2 ml/L = 0.056 x f x (V - b) x ---------- x --------125 - 1
50
De donde:
1 ml de tiosulfato de sodio 0.01N equivale a 0.08 mg=0.005 mg-at de oxígeno, este
valor corresponde a 0.056 ml de oxígeno.
f = Factor del tiosulfato de sodio 0.01N;
V = Titulación de la muestra
b = Blanco de reactivo.
4.5.1.2.b. Demanda bioquímica de oxígeno (DBO)
El parámetro de contaminación orgánica más ampliamente empleado,
aplicable tanto para aguas superficiales como aguas residuales es la DBO a 5
días (DBO5). La determinación del mismo esta relacionada con la medición de
oxígeno disuelto consumido por los microorganismos en el proceso de oxidación
bioquímica de la materia orgánica.
Los microorganismos aerobios son los que más consumen oxígeno y lo
transforman en CO2, otros lo hacen en menor proporción y se aprovechan del CO2
para sus funciones vitales como los anaerobios.
59
Las muestras para análisis de DBO pueden sufrir una degradación
significativa durante el almacenamiento y manipulación. Algo de la demanda
puede ser satisfecha si la muestra es almacenada por varios días antes de iniciar
la determinación, esto originara una estimación bajo de la DBO real.
La magnitud de este hecho parece ser función de la cantidad de materia
orgánica (abastecimiento de nutrientes) y del número y tipo de organismos
(población biológica). Para reducir los cambios en la demanda de oxigeno que
ocurren entre el muestreo y el análisis, mantener la muestra a una Tº < 4ºC y
comenzar la incubación no más de 24h después de haber tomado la muestra. (23)
Para el análisis de la DBO se usan procedimientos estandarizados de
laboratorio para determinar los requerimientos relativos de oxigeno de aguas
naturales, contaminadas, servidas y aguas de efluentes.
El tiempo de incubación es de 5 días para una DBO baja, pero si la DBO es
alta la incubación será mayor de 5 días, esto está en relación directamente
proporcional a la cantidad de microorganismos presentes en la muestra; si hay
pocos microorganismos que consumen oxígeno disuelto en el agua su DBO será
necesariamente baja, si hay muchos microorganismos que consumen oxígeno
disuelto en el agua su DBO será alta y necesitará más de 5 días de incubación.
Selección del método
La prueba de la DBO se basa en las determinaciones del oxígeno disuelto,
en consecuencia, la precisión de los resultados está influenciada en gran medida
por el cuidado que se tenga en la medición de este último. La DBO se la puede
medir en forma directa en unas pocas muestras, pero en general, se requiere un
procedimiento de dilución.
60
Método Directo
En muestras donde el oxígeno disuelto inicial es superior a 5 mg/l no es
necesaria la dilución, este método no hace modificaciones en la muestra, y por lo
tanto da resultados en las condiciones más parecidas a las del ambiente natural.
Infortunadamente, la DBO de muy pocas muestras está dentro del margen de
oxígeno disuelto disponible en está prueba. (27) (28).
Análisis de Muestras Problemas
Inicio
Recolectar dos muestras para el
análisis de la DBO con las mismas
precauciones que para el análisis de
oxígeno disuelto
F
Muestra = 1era
V
Determinar el Oxígeno disuelto inicial
por medio de Winkler indicado
anteriormente
La segunda muestra incubarla a 20°C por 5 días.
Luego determinar el 0xígeno disuelto final por
medio de Winkler indicado anteriormente
Fin
Diagrama de flujo 4. Análisis de la Demanda Biológica de Oxígeno
Cálculo de la concentración:
DBO mg/l = (OD i – OD f).300
De donde: OD i = (Oxígeno disuelto inicial)
OD f = (Oxígeno disuelto final)
300 = Capacidad de botella
61
·
Método de dilución
Este método se basa en el concepto fundamental de la velocidad de
degradación bioquímica de la materia orgánica es directamente proporcional a la
cantidad de material no oxidado que existe en el momento.
Es necesario conocer la cantidad de oxígeno disuelto en la muestra para
determinar el grado de dilución que se aplicará.
Una gran cantidad de materiales residuales es sometida a la prueba de la
DBO; pueden variar desde residuos industriales que pueden estar libres de
microorganismos hasta aguas residuales domésticas con abundancia de
organismos. Muchos residuos industriales tienen valores de DBO sumamente
altos, y se deben hacer diluciones muy altas para cumplir con los requerimientos
impuestos por la solubilidad limitada de oxígeno. Las aguas residuales
domésticas tienen un gran aporte de elementos nutrientes (nitrógeno, fósforo),
pero muchos residuos industriales son deficientes en ambos elementos. Debido a
estas limitaciones y con el fin de asegurar la fiabilidad de los resultados obtenidos,
es preciso diluir convenientemente la muestra con una solución especialmente
preparada de modo que se asegure la disponibilidad de nutrientes y oxígeno
durante el periodo de incubación. Normalmente se suelen preparar diversas
diluciones para cubrir todo el intervalo de posibles valores de la DBO. En la tabla
2 se indican los valores del porcentaje de
diluciones y el tipo de agua a
analizarse. (28).
DILUCIONES (%)
0.1 a 1.0
1a 5
5 a 25
25 a 100
TIPO DE AGUA
Residuos Industriales
Aguas Crudas y Sedimentadas
Efluentes Oxidados
Aguas de Ríos Contaminados
Tabla 2. DBO medible con diferentes diluciones
62
Análisis de Muestras Problemas
·
En primer lugar se requiere airear el agua de dilución haciendo
burbujear aire a través de un tubo difusor por 5 minutos o hasta que el OD
sea por lo menos de 7 mg/l. Para de esta manera aumentar el contenido
de OD inicial sobre el requerido por la DBO. Determinar el OD en una
porción de la muestra aireada, inocular otra porción solo si es necesario e
incubar para la determinación de DBO.(23)
Fig.3. Procedimiento de análisis de la DBO en muestras que requieren dilución
Cálculo de la concentración:
P
DBO mg/l = (D1- D2)
x
300
---------150
De donde:
63
D1= (Oxígeno disuelto de la muestra diluida) 15’ después de la preparación
D2= (Oxígeno disuelto de la muestra diluida) después de la incubación
P = Fracción decimal de la muestra usada
4.5.1.2.c. Micronutrientes inorgánicos
La disponibilidad de nutrientes (fosfato, nitrito, nitrato y silicato) es un factor
decisivo en la fertilidad de las aguas y sus condiciones extremas, van en
detrimento
del
ecosistema
marino,
es
así
como,
descensos
en
las
concentraciones traen efectos negativos en la productividad primaria, y un
excesivo incremento puede llevar a problemas de eutrofización de las aguas
provocando un fuerte desequilibrio ecológico.
Estos parámetros químicos denominados nutrientes son esenciales para la
productividad primaria
en el
mar, cuya presencia esta
ligada
a sus
concentraciones e influyendo en el medio marino.
Análisis de fósforo reactivo
El fósforo se encuentra en el agua en una diversidad de formas disueltas y
particuladas. En el mar los iones fosfatos junto con el
limitante en el crecimiento del plancton en los océanos.
nitrito son un factor
(29).
Por otra parte una
buena disponibilidad del fósforo ayuda al desarrollo y crecimiento de
microorganismos especializados en la degradación de sustancias contaminantes
tales como los hidrocarburos.
Todos los métodos para determinar fosfato inorgánico en agua de mar se
basan en la reacción del fosfato con molibdato en medio ácido para formar ácido
molibdofosfórico (un heteropoliacido) y la posterior reducción de éste a un complejo
fosfomolibdato
de
color
azul
intenso,
cuya
absorbancia
es
medida
fotométricamente.
El uso del ácido ascórbico como reductor en el análisis de agua de mar fue
llevado a cabo por primera vez por Greenfield y Kalber (1954) pero los métodos
64
actuales, se basan esencialmente en el procedimiento de Murphy & Riley (1962),
que incorpora antimonio trivalente en un reactivo único. Normalmente la reducción
por el método ascórbico es lenta, pero el uso del tartrato de antimonio como
catalizador hace que esta reducción proceda rápidamente, proporcionando un
complejo azul que contiene antimonio en una proporción atómica de 1: 1 respecto
al fósforo.
Fundamento
El fosfato de la muestra de agua de mar reacciona con el reactivo de
molibdato acidificado para formar un complejo de fosfomolibdato lo cual se reduce a
fosfomolibdeno en presencia del ácido ascórbico. La absorbancia de esta solución
es leída a una longitud de onda de 885nm.
6 MoO4 2 - + 6 H +
2 MoO21 6 - + PO4 3 -
Mo6O21 6- + 3 H2O
(1)
H 3 P (Mo12 O40) + H2O
(2)
Al agregar el ácido ascórbico al medio, reduce de los átomos de molibdeno del
ácido molibdofósforico al estado de oxidación + 5, permaneciendo los 10 átomos
restantes en el estado +6:
H 3 P (Mo12 O40) + H2O + 2H+ 2e -
H3 - P (Mo12 O38)(OH)2 - H2O (3)
Acido Ascórbico
Esto determina la presencia de 2 electrones adicionales por molécula del
complejo, determinando con ello una coloración azul cuya intensidad es proporcional
a la concentración de fosfato.
RANGO: 0.03 - 5 ug-at/l.
PRECISION: Promedio de n determinaciones +- 0.03/n1/2 ug-at/l.
65
Interferencias
La mayor ventaja del uso del ácido ascórbico como reductor está en que el
complejo fosfomolíbdico azul formado es estable por horas y que las variaciones
de salinidad no influyen en la intensidad de color. Sin embargo existen otros iones
que se encuentran en aguas naturales y cuya influencia ha de ser considerada. La
principal interferencia es el silicato, seguido por arsenato y sulfuro de hidrógeno.
(25).
Procedimiento de análisis
·
Ensayo de blancos de reactivos
Se realiza el procedimiento exactamente igual como en el ANALISIS DE LA
MUESTRA PROBLEMA que está posteriormente explicado en el diagrama de flujo,
utilizando agua destilada en lugar de agua de mar. Debe repetirse por lo menos la
determinación de tres blancos de reactivos. (26) (27).
·
Calibración de Solución Estándar
Preparar un estándar secundario de fosfato a partir de la solución original de
fosfato dihidrógeno de potasio ( 1 ml = 6.0 ug-at). Este estándar secundario debe
ser preparado fresco cada vez que se requiera de él
y debe tener una
concentración de 3.0 ug-atP/L.
Determinar el Factor F del Estándar secundario aproximadamente debe ser
50. (26).
66
Análisis de muestra problema
INICIO
Definición de Variables
Volumen de muestra, cantidad de mezcla de
reactivos, tiempo de reacción y longitud de onda
A
Colocar muestra en un erlenmeyer
F
Volumen muestra =50 ml
V
Adicionar 5 ml de mezcla de Reactivos
Adicionar la cantidad de mezcla de
reactivos proporcional al volumen
de muestra usada
Mezclar completamente
F
Tiempo de Reacción =
Entre 10minutos y dos
horas
A
V
Medir la absorbancia a longitud de
onda de 885 nm
FIN
Diagrama de flujo 5. Determinación de Fosfato
67
·
Cálculo de la concentración de Fosfato
El cálculo de la concentración de fosfato de muestra se realiza en la siguiente
expresión;
ugat P/l = ( Am - Ab) x F.
Donde
Am es la absorbancia de la muestra
AB es la absorbancia de blanco de reactivo.
Análisis de silicato
El silicato se encuentra presente en el agua de mar en suspensión o como
silicato disuelto, siendo esta última fracción la que se determina analíticamente por
ser relevante para la identificación y caracterización de masas de aguas y por
representar la cantidad disponible de este elemento para el crecimiento de células
vegetales. Las concentraciones de silicato disueltos en el agua de mar tienen un
rango que va desde 1 hasta aproximadamente 150 ugat/l encontrándose casi todo
en forma de ácido ortosilícico. Todos los métodos para la determinación de silicato
disuelto en agua de mar tienen como fundamento la formación de un heteropoliácido
por reacción del ácido ortosilícico con molibdato en medio ácido, siendo medida la
absorbancia de luz resultante. Las técnicas utilizadas para el análisis se agrupan en
dos tipos: los métodos de formación de complejo amarillo
y los métodos de
formación de complejo azul.
Fundamento
Al tratar la muestra con molibdato en condiciones ácidas, se forma ácido betasilicomolíbdico a partir de la reacción del ácido molibdíco con el silicato disuelto:
6 MoO42- + 9 H+
Si(OH)4 + 2 (H3Mo6O21)3- + 6H+
(H3Mo6O21) 3- + 3H2O
H4 (SiMo12O40) + 6H2O
(1)
(2)
68
Solo el ácido silícico y sus dímeros reaccionan con rapidez, por lo que el
método no detecta silicato polimerizados. La interferencia ocasionada por la
formación simultánea de los ácidos fosfomilíbdicos y arsenomolíbdico es
suprimida agregando ácido oxálico, el cual destruye estos dos complejos. El ácido
Beta- silicomolíbdico, de color amarillo, es reducido a un heteropoliácido de color
azul con sulfato de para metil aminofenol (metol).
H4 (SiMo12O40) + 4H + + 4e-
H4 (SiMo12O36 (OH)4 )
(3)
RANGO: 0.1 - 140.
PRECISION: Promedio de n determinaciones+- 2.5n1/2 ug-at/l.
Iinterferencias
La presencia de concentraciones altas de sulfuros interfiere en las
reacciones. Estas concentraciones elevadas se encuentran en situaciones
acentuadas de anoxia. (25).
Procedimiento de análisis
·
Ensayo de Blancos de Reactivo
Los blancos están contemplados para corregir el contenido de silicato de los
reactivos incluyendo el agua de mar sintética, además de la corrección por
defectos ópticos. La determinación del blanco de reactivo se realiza siguiendo el
mismo procedimiento que se indica posteriormente para el ANALISIS DE LA
MUESTRA PROBLEMA.
·
Calibración de Solución Estándar
Preparar un estándar primario de Silico fluoruro de sodio, NaSiF6
equivale a:
que
1 ml = 5 ug - at Si.
69
A partir de esta solución de referencia se prepara un estándar secundario
cuya concentración es de 100 ug - at Si /L.
Determinar el Factor F del Estándar secundario aproximadamente debe ser 100. (26)
Análisis de Muestras Problema
INICIO
Definición de Variables
Volumen de muestra, cantidad de mezcla de
reactivos, tiempo de reacción y longitud de onda
B
Colocar solución de molibdato de
amonio en una probeta con tapa
F
Realizar el procedimiento de
análisis utilizando la mitad tanto
de los reactivos como de la
muestra
Volumen de Molibdato
de amonio = 10 ml
V
Adicionar 25 ml muestra de agua
A
Agregar la solución reductora
rápidamente hasta llevar a un
volumen de 50 ml. Mezclar
rápidamente
B
A
F
F
Tiempo de Reacción =
Entre 2 y 3 horas
V
Tiempo de
reacción > 3
horas
V
Medir la absorbancia a
longitud de onda de
810 nm utilizando filtro
rojo
FIN
Diagrama de flujo 6. Determinación de silicato
70
·
Cálculo de la concentración de silicato.
El cálculo de la concentración de silicato de la muestra se realiza con la
siguiente expresión:
ug-at Si/L= (Am - Act) x F.
Donde
Am es la absorbancia de la muestra
Act es la absorbancia de corrección total, Act, se puede obtener en la siguiente
expresión
Act = Ac + (ab - Ac)
Donde
Ac es la absorbancia de celda
Ab es la absorbancia del blanco de reactivo.
En caso de que se utilice la misma celda para determinar la absorbancia tanto
de la muestra como la del blanco la corrección total, Act, queda en la forma
siguiente:
Act = Ab
F: factor
Análisis de Nitrito
El nitrito representa una forma intermedia en el ciclo del nitrógeno, pueden
estar presentes en las aguas como resultado de la degradación biológica de las
proteínas o provenir de otras fuentes. (29). El fitoplancton cuando se nutre, no
asimila todo el nitrato utilizado, si no que parte de él lo reduce a nitrito y lo cede al
agua. La cantidad de nitrito producida depende de la concentración de nitrato.
71
Todos
los métodos existentes para la determinación de nitrito en agua de
mar son de naturaleza fotométrica y se basan en la clásica reacción de Griess
(1879) modificada por Llosvay
(1.889), mediante la cual se convierte ácido
nitroso en una tintura fuertemente coloreada, empleando una amina aromática
primaria para diazotar el ión nitrito y acoplando posteriormente el ión diazo
resultante con otra amina aromática en una reacción que lleva a la formación de
un compuesto azo rosado, cuya absorbancia es proporcional a la cantidad de
nitrito inicialmente presente.
Las combinaciones de aminas que resultan en compuestos azo con
absorbancia suficientemente altas para permitir su aplicación en el análisis de las
cantidades trazas en que se encuentra normalmente el nitrito en el agua de mar son
muy
pocas.
Los
procedimientos
empleados
inicialmente
consistían
en
modificaciones de la técnica de Griess- Llosvay, en que se utilizaba ácido sulfanílico
para la diazotación y 1 naftilamina para el acoplamiento. La más apropiada de estas
modificaciones es la indicada por Barnes (1959), que se basa en el procedimiento
desarrollado por Rider & Mellon (1946). Una revisión de estos métodos fue realizada
por Riley (1965).
El procedimiento metodológico para el análisis de nitrito que se entrega
a
continuación es el indicado en el manual de Strickland & Parson (1968).
Fundamento
El nitrito presente en la muestra es sometido a la reacción en medio ácido
(pH 3-4) Lo que lleva a la formación de un ión diazonio:
SO2-NH2
SO2-NH2
+ 2H+
NO2- +
NH2
+
2 H2O
N=N
72
El ión diazonio resultante es sometido posteriormente a una reacción de
acoplamiento con ( N-1 Naftil) etilendiamina, originando un color azo ( rosado
intenso), cuya máxima absorbancia, es leída a 543 nm. La diazotación del nitrito
requiere de dos minutos para completarse, transcurridos los cuales y antes de que
pasen 10 minutos se procede al acoplamiento. En caso de que la reacción de
diazotación se prolongue por más de 10 minutos se manifiestan de modo
significativo reacciones paralelas indeseables y procesos de descomposición que
acarrean consigo errores en la estimación. La reacción de acoplamiento es:
+
SO2-NH2
HN –CH2 CH2 NH2
H2N-SO2
N=N
+
NH
CH2
CH2
NH2
N=N
Este método es aplicable para la determinación de nitrito en todo tipo de
aguas, incluso aguas servidas y no es afectado de modo apreciable por diferencias
de salinidad. Diferencias de temperatura tampoco tienen efecto si acaso se
encuentra comprendida dentro del rango de 15 a 25 °C.
RANGO: 0.01 - 2.5 ug-at/l.
PRECISION: Promedio de n determinaciones +-0.023/n1/2 ug-at/l.
Interferencias
La presencia de coloraciones fuertes, de cobre en concentraciones altas,
iones yoduros ocasionan interferencias en el método.(25)
73
Procedimiento de análisis
·
Ensayo de Blancos de Reactivos
Se efectúa el proceso exactamente igual como esta descrito posteriormente
en la parte de análisis de muestras problemas, colocando 50 ml. de agua destilada
en lugar de la muestra problema.
·
Calibración de Solución Estándar
Preparar un estándar secundario de nitrito a partir de un standars primario
nitrito de sodio NO2Na ( 1 ml = 5.0 ug-at N ). Este estándar secundario debe usarse
en el mismo día de su preparación y debe tener una concentración de 2.0 ug-atN/l.
Determinar el Factor F del Estándar secundario aproximadamente debe ser cerca
de 21.
Análisis de Muestras Problema
INICIO
Definición de Variables
Volumen de muestra, cantidad de reactivos,
tiempo de reacción y longitud de onda
A
Colocar muestra en un
erlenemeyer
B
F
Volumen muestra =50
ml
V
Utilizar 50 % de muestra y reactivos
Adicionar 1 ml de
solución de
sulfanilamida
Dejar en reposo por un
tiempo de 2 a 8 minutos
A
F
F
Tiempo de Reacción =
Entre 2 y 8 minutos
Tiempo de
reacción > 8
minutos
V
V
A
74
A
Adicionar 1 ml de solución N –1
Naftiletilendiamina dihidrocloruro, mezclar
completamente
B
F
Tiempo de Reacción =
Entre 10 minutos y 2
horas
F
Tiempo de
Reacción
> 2 horas
V
V
Medir la absorbancia a una longitud de onda
de 543 nm, sin filtro.
FIN
Diagrama de flujo 7. Determinación de nitrito
·
Cálculo de la concentración de Nitrito.
El cálculo de la concentración de nitrito de la muestra se realiza con la
siguiente expresión:
ug-at N/l= (Am - Act) x F.
Donde Am es la absorbancia de la muestra
Act es la absorbancia de corrección total, Act, se puede obtener en la siguiente
expresión
Act = Ac + (ab - Ac)
75
Donde Ac es la absorbancia de celda
Ab es la absorbancia del blanco de reactivo.
En caso de que se utilice la misma celda para determinar la absorbancia tanto
de la muestra como la del blanco la corrección total, Act, queda en la forma
siguiente:
Act = Ab
F: factor de calibración
Análisis de nitrato
El nitrógeno se encuentra combinado en el agua de mar como nitratos, nitrito
iones amonio y compuestos orgánicos del orden de trazas. La mayor parte del
nitrógeno en el mar se halla en forma de iones nitrato. (29).
Fundamento
El nitrato en agua de mar se reduce casi cuantitativamente a nitrito cuando
una muestra se pasa por una columna que contiene limaduras de cadmio cubierta
con cobre metálico.
El nitrito producido se determina por diazotación con
sulfanilamida y por combinación con N-1 naftil etilendiamina para formar un tinte azo
(azo dye) fuertemente coloreado.
NO3- + Cd(s) + H2O
NO2- + Cd (OH)2
RANGO: 0.05 - 45 ug-at/l.
PRECISION: Promedio de n determinaciones +- 0.50/n1/2ug-at/l. (29).
Interferencias
La cuantificación colorimétrica del ión nitrato se hace en forma de nitrito tras
la reducción, se debe considerar la concentración de nitrito presente inicialmente
en la muestra, que debe restarse de la concentración de nitrato. Si bien a
76
concentraciones de nitrato altas la proporción de nitrito en el caso de agua de mar
es despreciable, en el caso de bajas concentraciones de nitrato, la consideración
de este efecto es crítica. La determinación de nitrato por este método en aguas
naturales en general no esta sujeta a interferencias. (25).
Procedimiento de análisis
·
Ensayo de Blancos de Reactivo
Se procede exactamente igual como esta descrito posteriormente en la parte
de análisis de muestras problemas, colocando 100 ml de agua destilada en lugar de
la muestra problema. (26).
· Calibración de Solución Estándar
Preparar un estándar secundario de nitrato a partir de un standard primario
de nitrato de potasio NO3K ( 1 ml = 4,0 ug-atN/l). Este estándar secundario debe
usarse en el mismo día de su preparación y debe tener una concentración de 20
ugat N/l.
Determinar el Factor F del Estándar secundario aproximadamente debe ser
cerca de 25.
77
Análisis de muestra problema
INICIO
Definición de Variables
Volumen de muestra, cantidad de reactivos, tiempo de
recolección, tiempo de reacción y longitud de onda
A
C
B
Colocar muestra
F
Volumen muestra =100 ml
Utilizar 50 % de muestra y
reactivos
V
Adicionar 2 ml de solución
concentrada de
Cloruro de amonio , agitar
Colocar la muestra en la columna
reductora de cadmio
Drenar aproximadamente 20 ml atravéz de
la columna reductora la misma que servirá
para limpieza tanto del cilindro como el
erlenmeyer donde se recibira la muestra
Recolectar 50 ml de muestra en un
tiempo de 5 a 8 minutos
F
Tiempo de
recolección =
Entre 5 y 8 minutos
V
Tiempo de recolección
> 8 minutos y volumen
recolectado < de 50 ml
F
V
A
Volver a calibrar tiempo de la columna
reductora de cadmio
A
78
A
Adicionar 1 ml de
solución de
sulfanilamida
Dejar en reposo por un
tiempo de 2 a 8 minutos
B
F
F
Tiempo de
reacción > 8
minutos
Tiempo de Reacción =
Entre 2 y 8 minutos
V
V
Adicionar 1 ml de solución N –1 Naftiletilendiamina
dihidrocloruro, mezclar completamente
F
F
Tiempo de Reacción =
Entre 10 minutos y 2
horas
V
Tiempo de
Reacción
> 2 horas
V
Medir la absorbancia a una longitud de onda
de 543 nm, sin filtro.
C
FIN
Diagrama de Flujo 8. Determinación de Nitrato
79
·
Cálculo de la concentración de nitrato.
El cálculo de la concentración de nitrato de la muestra se realiza con la
siguiente expresión:
ug-at N/l = ( Am- Act) x F – 0,95 x C NO2
Donde Am es la absorbancia de la muestra
Act = Ac + (ab - Ac)
Donde
Ac es la absorbancia de celda
Ab es la absorbancia del blanco de reactivo.
F: factor de calibración
C NO2 Concentración de nitrito en la muestra (26).
4.5.1.2.d. Hidrocarburos del petróleo disueltos y dispersos
Los hidrocarburos pertenecen al grupo de los ”
residuos químicos
orgánicos”, según el sistema de clasificación adoptado para catalogar a los
contaminantes. La contaminación por petróleo genera riesgos que inciden directa
o indirectamente sobre las características físico – químicas, biológicas y estéticas
del área afectada.
De acuerdo con sus propiedades, los hidrocarburos presentan grados
variables de toxicidad, encontrándose que alguno de ellos generan alteraciones
metabólicas y fisiológicas en organismos marinos.
Los estudios sobre toxicidad
de los hidrocarburos muestran que son
causantes de efectos biológicos a corto y largo plazo causados por la disminución
de la transmisión de luz, afectando la fotosíntesis de la vida vegetal marina, la
disminución de oxígeno disuelto que afecta la fauna marina, daños a las aves
marinas y a los mamíferos acuáticos por que se impregnan en sus plumas y
80
cuerpos impidiendo el vuelo y disminuye la flotabilidad con sus consecuencias.
Por otra parte los hidrocarburos con punto de ebullición bajo. producen narcosis
en una gran variedad de invertebrados.(30).
Las siguientes cifran dan una idea de la importancia de preservar el medio
marino de la contaminación por hidrocarburos.
Nombre del Concentración
sustrato
Ug/l
Agua
5
Hidrocarburos
Contaminación
gasolina
olor desagradable en la carne
de pescado
Agua
50.000
gasolina
Las larvas de trucha pierden la
movilidad en 1 hora
Agua
100.000
gasolina
Agua
1000
Derivado de
petróleo
Agua
500
Derivado de
petróleo
Agua
200
Derivado de
petróleo
Agua
300
Letal para larvas de truchas
La carne adquiere su sabor
inmediatamente
La carne adquiere su sabor en
1 día
La carne adquiere su sabor en
3 días
Petróleo Crudo Muy tóxicas para especies en
cautiverio
Tabla Nº 3. Contaminación por hidrocarburos
En el petróleo y sus derivados hay muchos compuestos cancerígenos entre
estos se hallan sulfurados nitrogenados heterocíclicos, derivados metilados
policíclicos y heterocíclicos y los hidrocarburos aromáticos polinucleares (HAPN)
estos últimos se encuentran presentes en el petróleo en aproximadamente 15 %
los mismos que se encuentran en los tejidos de los organismos marinos
expuestos a descargas de hidrocarburos ingresando así a la cadena trófica, hasta
llegar al hombre.
81
Fundamento
Se determina la concentración de hidrocarburos disueltos y dispersos en el
agua de mar, mediante la medición de la fluorescencia de un extracto de éstos.
Previamente se elabora una curva de calibración del equipo, usando
estándares de criseno (u otro hidrocarburo aromático) disueltos en n-hexano, la
concentración de éstos oscila entre 0.5 a 10ppm.
Es de observar que la fluorescencia se presenta sólo en los hidrocarburos
aromáticos, por consiguiente no es exacto decir que su medición está relacionada
con la concentración de hidrocarburos en general (aromáticos y alifáticos en agua
de mar).
Alcance y aplicaciones
Este método es aplicable a aguas de desperdicio de refinerías, efluentes de
sentinas de los buques.
El alcance de este método se limita al agua comprendida entre la superficie y
una profundidad de un metro. A profundidades mayores, la concentración de los
hidrocarburos disueltos y dispersos se hace muy pequeña y difícil de detectar por
medio de esta técnica.
Procedimiento de análisis
·
Calibración de solución stándar
Preparar un standard
primario de criseno disuelto en n- hexano cuya
concentración sea de ( 100 ppm). El criseno es bastante soluble en hexano, pero su
velocidad de disolución es lenta, por lo tanto se debe dejar una noche en reposo la
solución antes de usarla. Partiendo de esta solución patrón primaria se prepara un
grupo de standares secundarios de las siguientes concentraciones: ( 0.1, 0.5, 1.0,
2.0, 3.0 5.0, 7.0 y 10.0. ppm.) , medir la fluorescencia de los estándares
exactamente como esta detallado en la parte de análisis de muestra problema.
82
Luego se elabora una curva de calibración la misma que tiene que ser lineal por lo
menos hasta 5ppm. Es importante tener resultados comparativos con estándares de
petróleo mejor que con estándares de criseno, sobre todo cuando se tienen
muestras de petróleo derramado.
·
Ensayo de blancos de reactivo
La fluorescencia de blancos se mide del mismo modo que para los
estándares usando n -Hexano puro. (31) (27).
Análisis de muestra problema
Inicio
Definición de variables
Volumen de muestra, volumen de reactivo, volumen del
extracto
Recolectar 4 litros de muestra
F
Volumen de muestra = 4 Lt
V
Fijar la muestra con 100 ml de nhexano
F
Utilizar el 50 %
de n Hexano
Volumen de n - Hexano= 100 ml
V
Agitar vigorosamente
por
5 minutos
Realizar la extracción del
hidrocarburo separando la
parte oleosa de la acuosa
A
83
A
Colectar la parte oleosa
(extracto de la muestra)
Agregar el extracto de la muestra a una columna de
limpieza cromatográfica y eluir con n – Hexano ,
descartando los primeros 6 ml que salgan de la
columna, los siguientes 30 ml se recogen para
concentrar
Evaporar el extracto a baja temperatura (por
debajo del punto de ebullición del n – hexano
hasta un volumen de 5 ml cuidando que no
hierva
F
F
Volumen del
extracto = 5 ml
Volumen del
extracto < 5 ml
V
Diluir hasta
Evaporar
hasta 5 ml
volumen de 5 ml
El extracto se transfiere un matraz aforado de 5 ml y se
mide la fluorescencia usando un espectrofluorómetro a
una longitud de onda de excitación de 310 nm y una
longitud de onda de emisión de 360 nm.
Fin
Flujograma 9. Determinación de Hidrocarburos del Petróleo
84
·
Cálculos
La concentración de hidrocarburos en el extracto de la muestra, se obtiene de
la curva de calibración, corregida con la fluorescencia del blanco. La concentración
en equivalentes de criseno, de la muestra original se puede calcular así:
Conc. De HC Dis, y Disp. = Conc. En estracto, ug/L x Vol. Extracto, ml
Volumen de muestra original, Litros.
El resultado es la concentración equivalente de criseno en ug/l (ppb).
4.5.1.2.e. Coliformes Totales / Fecales
El grupo de bacteria coliformes ha sido siempre el principal indicador de
calidad de los distintos tipos de agua; el número de coliformes en una muestra se
usa como criterio de contaminación y por lo tanto, de calidad sanitaria de la
misma.
Los coliformes son bastones Gram (-), aerobios o anaerobios facultativos
que fermentan la lactosa con formación de gas cuando se incuban durante 48
horas a 35ºC. Incluye los géneros Escherichia, Enterobacter, Klebsiella y especies
lactosa positivas de otros géneros. También interesa la determinación de
coliformes fecales que representan la fracción de coliformes, en general provienen
de intestinos y materias fecales de hombre y animales de sangre caliente
(coliformes termotolerantes). Esto provee información importante sobre la fuente y
el tipo de contaminación presente.
Los estreptococos fecales que incluyen especies de Estreptococos grupo D
de Lancefield (Enterococcus faecalis, E. faecium, Streptococcus equinus, S.bovis)
y algunas subespecies y una especie del grupo Q (Streptococcus avium). El grupo
Enterococos estaría incluido dentro de estreptococos fecales y comprende las
especies Enterococcus faecalis y E. faecium y sus subespecies (origen humano) y
también se usa como indicador de contaminación fecal en agua.
85
El hábitat normal de los estreptococos fecales es el intestino del hombre y
los animales de sangre caliente, por lo tanto son indicadores de contaminación
fecal, sobre todo en muestras de substratos obtenidos de lagos, estuarios, ríos,
etc. (32).
Un método muy utilizado para el recuento de coliformes en agua ha sido
siempre el NMP pero, a través del tiempo han variado los medios de cultivo, las
condiciones y las técnicas de manera de obtener cada vez mayor sensibilidad y
precisión hasta hacerlo aceptable como método standard.
Fundamento
Los distintos métodos de NMP para coliformes totales se basan, en primera
instancia, en una selección de los microorganismos que producen ácido y gas de
lactosa a 35ºC. Por ello, el primer paso es siempre la siembra en tubos de algún
caldo lactosado, con o sin inhibidores, con tubos de fermentación para recoger el
gas que pueda producirse. A esto sigue una confirmación en un medio líquido
selectivo y/o una determinación de los coliformes fecales cuya diferenciación se
realiza en base al hecho de que pueda producir gas de lactosa en un medio
apropiado cuando se incuba a 44,5ºC mientras que los demás coliformes no se
comportan de la misma manera.
La identificación de las especies puede proporcionar información sobre la
fuente de contaminación debido a que algunas de ellas son específicas de sus
huéspedes; por ejemplo, una predominancia de S. bovis o S.equinum indicaría
una contaminación por heces no humanas.
86
Análisis de Muestra Problema
PRUEBA PRESUNTIVA
Fuente : Microbiological Analysis of Water
Fig. 4. Determinación de Coliformes Totales
Prueba Confirmativa
1.- Los tubos positivos de la prueba presuntiva se pasan una pequeña cantidad a
caldo bilis verde brillante y a caldo EC.
87
2.- Las muestras sembradas en verde bilis brillante se incuban a 35°por 48 horas.
Luego de este tiempo se realiza las lecturas utilizando la Tabla de
McCrady, considerando positivos los tubos que presentan gas en el tubo Durham
y turbidez.
3.- Las muestras sembradas en caldo EC se las lleva a calentamiento en baño de
María por 24 horas a 44.5°C. Considerándose positivos los que presentan
turbidez o burbujas en el tubo Durham. De igual manera los resultados se
establecen de la Tabla McCrady según los tubos positivos. (33).
Foto. 4. Prueba Confirmativa
4.5.2. CALIDAD DEL SEDIMENTO
4.5.2.1. Parámetros Geoquímicos
4.5.2.1.a. Materia Orgánica / carbón Orgánico
La materia orgánica principalmente consiste de Carbono, Oxígeno,
Hidrógeno y Nitrógeno, pero también contiene pequeñas cantidades de muchos
88
otros elementos como Fósforo, Azufre, Silicio, Potasio y Hierro. Además todos los
elementos que se encuentran en la materia orgánica están presentes en los
constituyentes inorgánicos de los sedimentos. El principal constituyente de la
materia orgánica es el Carbón pero también está presente en los minerales
carbonatados y esto tiene que ser tomado en cuenta al determinar el porcentaje
de carbón orgánico.
Para determinar el contenido orgánico de los sedimentos se acostumbra a
determinar alguna propiedad como el carbono o nitrógeno. El carbono forma más
o menos el 50% o 60 % del total de la materia orgánica es él índice más confiable
del contenido orgánico, si la materia orgánica contiene el 50% de carbono
orgánico entonces la cantidad total de materia orgánica sería dos veces el
contenido de carbono, pero si el contenido de carbono es de 60%, la cantidad
total sería 1.67 veces la de carbono.
La cantidad de carbono orgánico en diferentes tipos de materia orgánica
varía considerablemente dependiendo las condiciones bajo las cuales los
sedimentos son depositados y de acuerdo a los diferentes tipos de plantas y
animales de las cuales provienen. Si las aguas que existen sobre los depósitos
son estancadas y de bajo contenido de oxígeno, las sustancias orgánicas
probablemente son más reducidas que si existiera mayor cantidad de oxígeno.
El porcentaje de materia orgánica se determina por pérdida de peso al
calcinar. Este método tiene el inconveniente de que algunos minerales pierden su
agua de constitución que no vuelven a recuperar.
Los valores de carbono orgánico se obtienen dividiendo los de materia
orgánica entre 1.8 este coeficiente varía algo con la naturaleza de la materia
orgánica. (34).
89
Análisis de Muestras Problemas (27) (34).
INICIO
Definición de Variables
Cantidad de muestra, temperatura de calcinación,
A
Colocar la muestra en un crisol
F
Cantidad de
muestra mayor a
5 gramos g
Cantidad de
muestra usada =
Entre 1 y 5 gramos
V
Desecar la muestra a 110ºC hasta peso
constante
V
F
A
Si temperatura
de calcinación
es > 550ªC
Temperatura de
calcinación = 550ªC
F
V
Calcinar la muestra durante 12 horas
Una vez fría se humedece la muestra con
agua y se añade 1 ml de solución de
carbonato de amónico
Se deseca a 110ºC hasta peso constante y
se pesa exactamente
FIN
Diagrama de Flujo 10. Determinación de materia orgánica en sedimentos
90
4.5.2.1.b. Nitrógeno Orgánico
El nitrógeno es la parte orgánica de los sedimentos, si es que la tuvieran se
encuentra unida al Carbono e Hidrógeno formando moléculas complejas las que
solo pueden ser destruidas por deshidratación y oxidación del carbono.
El nitrógeno que solo constituye alrededor del 6 % del total de la materia
orgánica, este más sujeto a oxidación que el carbono y puede desaparecer de los
sedimentos en medios oxidantes, pasando en disolución al agua de mar en forma
de nitratos y nitratos.
El nitrógeno se determina por el método de Kjeldahl
Fundamento
Este método consiste en digerir la muestra de sedimento con una mezcla
digestora formada por ácido sulfúrico concentrado y sulfato de potasio, hasta que
todo el nitrógeno orgánico se haya convertido en Sulfato amónico; destilando
finalmente con soda cáustica, la solución así obtenida, el sulfato amónico es
descompuesto y el amoniaco desprendido se determina volumétricamente. (35)
(27).
91
Análisis de Muestra Problema
INICIO
Definición de Variables
Peso de muestra, tiempo de digestión
A
Colocar muestra en un matraz Kjeldahl,
F
V
Muestra >0.2
g
Peso de muestra = 0.2
g
V
F
Adicionar 2 5 ml de solución digestora (SO4H2- SO4k2) y
digerir hasta la aparición de humos blancos
F
F
A
Tiempo =
< 40 minutos
Tiempo de digestión
Entre 40 a 60
V
V
Continuar con la digestión hasta la completa
destrucción de la materia orgánica
Dejar enfriar y diluir con 20 ml de agua
destilada libre de amonio
Pasar la muestra al destilador de kjeldahl y alcalinizar con 20
ml de soda
Arrastar con vapor de agua y recoger 20 ml del destilado
sobre 5 ml de solución ácida indicadora
Dejar enfriar y valorar con una solución de NaOH 0.01N
FIN
Diagrama de Flujo 11. Determinación de Nitrógeno Orgánico en sedimentos
92
·
Cálculo de la concentración
El porcentaje de nitrógeno se calcula a partir de la siguiente expresión.
% N = (eb – v) . f . 14.008
mg
Donde eb = Ensayo en blanco
v = mililitros de hidróxido de sodio 0.01 N gastados por la muestra
mg = miligramos de muestra utilizados
f = factor del hidróxido de sodio en el caso de que está no sea
exactamente 0.01N.
4.5.2.1.c. Fosfato
Los fosfatos de los sedimentos proceden en parte de la materia orgánica, pero
también forman parte de los constituyentes inorgánicos. Aunque el contenido de
fosfato en sedimentos puede servir como medida de la cantidad de materia
orgánica, se debe tener en cuenta que no se puede determinar la proporción exacta
entre fosfatos orgánicos e inorgánicos.
El fosfato se determinó por el método de Riley modificado
Fundamento
Se basa en la formación de un complejo de fosfomolibdato y su subsecuente
reducción a compuestos de un fuerte color azul, dependiendo la intensidad de la
coloración de la cantidad de fosfatos presentes en la muestra.(35).
93
Análisis de Muestra Problema
INICIO
Definición de Variables
Peso de muestra, temperatura de calentamiento, cantidad de
mezcla de reactivos, tiempo de reacción y longitud de onda
A
Colocar la muestra de sedimento en un crisol
F
Cantidad de muestra =0.1 g
V
Adicionar 5 ml de ácido Perclórico y
calentar hasta sequedad
V
F
Temperatura de
calentamiento =
Entre 130 – 140 ºC
A
Temperatura
>140 ºC
F
V
Diluir con agua hasta 100 ml
B
De esta solución tomar 10 ml y
adicionar 2 ml de mezcla de reactivos
F
Volumen de solución 10 ml
V
Adicionar 2 ml de mezcla de reactivos
Adicionar la cantidad de
mezcla de reactivos
proporcional al volumen de
la solución usada
Mezclar completamente
B
94
B
B
F
Tiempo de Reacción =
15 minutos
V
Medir la absorbancia a longitud de
onda de 885 nm
FIN
Diagrama de flujo 12. Determinación de fosfato en sedimentos
· Cálculo de la concentración
El porcentaje de fosfato se calcula como sigue:
L
P2O5 %
6.10 –6
= ------ x ----------LP
.100 .42
S
De donde L = Lectura de la disolución de la muestra
LP = Lectura de la disolución del patrón o estándar
S = Gramos de sedimento
4.5.2.1.d. Azufre
Método de Tomiyama
95
Análisis de Muestra Problema
INICIO
Definición de Variables
Peso de muestra, tiempo de destilación
A
Colocar muestra en un destilador
Kjeldahl,
F
Peso de muestra =Entre
0.2 –2.0 g
V
Adicionar 2 ml de ClH 1:1 y agitar cuidadosamente
Poner a destilar por espacio entre 5 a 8 minutos
A
F
V
Tiempo de
destilación =
Entre 5 a 8 minutos
F
Tiempo =
<5
V
Colectar el vapor de SH2 formado sobre una solución
de acetato de zinc al 10%
Terminada la destilación agregarle al contenido 2 ml de Iodo
0,01 N; si no hay coloración de yodo, agregarle aún más
(aproximadamente hasta 10 ml).
Agregar 2 ml de ClH 1:1 (6N) y se titula con la solución
de Tiosulfato de Sodio 0,01 N en presencia de almidón
como indicador.
FIN
Diagrama de flujo 13. Determinación de Azufre en sedimentos
96
·
Cálculos:
El contenido de Azufre puede calcularse en 1 Kg de sedimentos secos.
S % = ( T – t ) x F x 0,1603 x 1000
S
T = Titulo del blanco (blanco: adicionar 5 ml de agua destilada en lugar de la
muestra de sedimento y tratarla como se indico para la muestra).
t = Titulo de la muestra.
F = Factor de normalidad del S2O3Na2.
S = Muestra de sedimento seco. (34).
97