Fosforo Total - Consultora Ambiental

Fósforo total
Método del Ácido Ascórbico
República de Colombia. Ministerio del Medio Ambiente
Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM
Temas
ambientales
Temas ambientales Método del Ácido Ascórbico
1. SUMARIO Y APLICACIONES
1.1.
El fósforo se encuentra en aguas naturales y residuales casi exclusivamente como fosfatos,
los cuales se clasifican en ortofosfatos, fosfatos condensados (piro-, meta-, y otros
polifosfatos) y fosfatos orgánicos. El análisis de fósforo envuelve dos pasos generales:
(a) conversión de la forma de fósforo de interés a ortofosfato disuelto, y (b) determinación colorimétrica del ortofosfato disuelto.
Las formas de fósforo en una muestra pueden determinarse como total (sin filtración),
disuelto (en el filtrado de una muestra pasada a través de un filtro de 0,45 mm de diámetro de poro) y en suspensión (en el residuo de filtración si existe la suficiente cantidad de
fósforo para garantizar tal consideración), y comprenden en cada caso: Fósforo total (P):
todas las formas de fósforo presentes, se determina después de digestión con persulfato.
Fósforo reactivo: las formas de fósforo, principalmente inorgánico, que responden a la
prueba colorimétrica sin hidrólisis ni digestión oxidativa preliminares.
Fósforo hidrolizable: fósforo medido después de hidrólisis con ácido sulfúrico, menos
el ortofosfato previamente determinado; incluye polifosfatos (P2O74–, P3O105–, etc.) y algunos fósfatos orgánicos.
Fósforo orgánico total: fósforo inorgánico más orgánico oxidable medidos previa digestón
con persulfato, y menos el fósforo hidrolizable y ortofosfato.
El método está basado en reacciones específicas para el ión ortofosfato, y dependiendo
del pretratamiento hecho a la muestra, se pueden determinar diversas formas de fósforo.
Las formas de fósforo más comúnmente medidas son fósforo y ortofosfato total y disuelto; el fósforo hidrolizable se encuentra casi solamente en muestras de aguas residuales.
Se pueden convertir a la forma de ortofosfato los polifosfatos y algunos compuestos
organofosforados por hidrólisis con ácido sulfúrico, y los compuestos organofosforados
por digestión con persulfato. Todas las formas de fósforo se reportan como miligramos
de fósforo por litro, P-mg/L.
Debido a que el fósforo puede estar presente en combinación con materia orgánica, para
determinar el fósforo total, debe disponerse de un método de digestión que oxide la
materia orgánica efectivamente para liberar el fósforo como ortofosfato. Existen tres
métodos de digestión: con ácido perclórico, el más drástico y prolongado; con persulfato,
la técnica más simple; y con ácido nítrico y ácido sulfúrico, recomendado para la mayoría
de las muestras, y descrito en este protocolo.
Existen tres métodos para determinar ortofosfato y su selección depende principalmente
del nivel de concentración. El método con ácido vanadomolibdofosfórico es aplicable en
el intervalo de 1 a 20 mg P/L; los métodos de cloruro estanoso y de ácido ascórbico son
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aplicables en el intervalo de 0,01 a 6 mg P/L; los dos primeros métodos se pueden
consultar en Standard methods.
El molibdato de amonio y el tartrato de antimonil potasio reaccionan en medio ácido con
el ortofosfato para formar un heteropoliácido -ácido fosfomolíbdico- que es reducido por
ácido ascórbico a un complejo azul de molibdeno intensamente coloreado; sólo las formas de ortofosfato forman dicho color azul en esta prueba.
La concentración mínima detectable es aproximadamente de 10 mg P/L. Los intervalos
aproximados de P son los siguientes:
Inter valo aproximado de P, mg/L
Paso de luz, cm
0,30 - 2,0
0,5
0,15 - 1,30
1,0
0,01 - 0,25
5,0
2. LIMITACIONES E INTERFERENCIAS
2.1.
El arsenato forma con el reactivo de molibdato un color azul similar al formado por el
fosfato; concentraciones tan bajas como 0,1 mg As/L interfieren con la determinación.
2.2.
Los iones cobre, hierro y silicato no causan interferencias a concentraciones equivalentes a varias veces su concentración en agua de mar. Sin embargo, una alta concentración de hierro puede causar precipitación y la subsecuente pérdida de fósforo.
2.3.
El cromo hexavalente y el NO2– interfieren para dar resultados cerca de 3% más bajos a
concentraciones de 1 mg/L y de 10 a 15% menores a 10 mg/L.
2.4.
El sulfuro (Na2S) y el silicato no interfieren en concentraciones de 1,0 a 10 mg/L.
2.5.
En muestras con un contenido de 5 a 20 % de sal, el error es menor del 1 %.
2.6.
La turbidez de la muestra debe eliminarse por filtración previa al análisis de ortofosfato.
Las muestras para fósforo total o hidrolizable total deben filtrarse sólo después de la
digestión.
3. TOMA Y PRESERVACIÓN DE MUESTRAS
3.1.
Si se desea diferenciar las formas de fósforo disuelto, filtrar la muestra inmediatamente
después de su recolección.
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3.2.
Preservar por congelamiento a –10°C o menos. Agregar 40 mg de HgCl2/L a las muestras,
especialmente cuando vayan a ser almacenadas por un periodo prolongado. PRECAUCIÓN:
el HgCl2 es una sustancia peligrosa; tomar las precauciones apropiadas para su disposición.
3.3.
No adicionar ácido o CHCl3 como preservativo cuando se vayan a determinar las especies de fósforo. Si solamente se va a determinar fósforo total, agregar 1 mL de HCl
concentrado por litro de muestra o congelar sin ninguna adición.
3.4.
Las muestras con bajas concentraciones de fósforo no se deben almacenar en botellas
plásticas a menos que se congelen, debido a que los fosfatos se pueden adsorber en las
paredes plásticas.
3.5.
Enjuagar todos los recipientes de vidrio con HCl diluido y caliente, y luego enjuagar
varias veces con agua destilada. Para lavar la vidriería empleada en el análisis de fosfato,
nunca usar detergentes comerciales que contengan fosfato.
4. APARATOS
4.1.
Bloque (Rack) de digestión:
4.2.
Balones micro-kjeldahl.
4.3.
Equipo colorimétrico: se requiere uno de los siguientes:
4.3.1. Espectrofotómetro, con fototubo infrarrojo para usar a 880 nm, provisto de una celda con
paso de luz de 2,5 cm o mayor.
4.3.2. Fotómetro de filtro, equipado con un filtro de color rojo y paso de luz de 0,5 cm o mayor.
4.4.
Vidriería lavada con ácido: para determinar bajas concentraciones de fósforo; la contaminación con fosfato es común debido a su absorción en las superficies de vidrio y se
debe evitar el uso de detergentes comerciales que contienen fosfato. Lavar toda la vidriería
con HCl diluido y caliente y enjuagar uy bien con agua destilada. Es preferible reservar la
vidriería solamente para las determinaciones de fosfato, y si después de su uso se lava
y guarda llena de agua, el tratamiento con ácido solo se requiere ocasionalmente.
5. REACTIVOS
5.1.
Ácido sulfúrico, H2SO4, concentrado.
5.2.
Ácido nítrico, HNO3, concentrado.
5.3.
Fenolftaleina en solución acuosa.
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5.4.
Hidróxido de sodio, NaOH, 1 N.
5.5.
Ácido sulfúrico, H2SO4, 5N: Diluir 70 mL de H2SO4 concentrado a 500 mL con agua destilada.
5.6.
Solución de tartrato de antimonil potasio: Disolver 1,3715 g de K(SbO)C4H4O6×½H2O en
400 mL de agua destilada en un balón aforado de 500 mL y llevar a volumen. Almacenar
en una botella con tapón de vidrio.
5.7.
Solución de molibdato de amonio: Disolver 20 g de (NH4)6Mo7O24×4H2O en 500 mL de
agua destilada. Almacenar en una botella con tapón de vidrio.
5.8.
Ácido ascórbico, 0,1 M: Disolver 1,76 g de ácido ascórbico en 100 mL de agua destilada.
esta solución es estable por cerca de una semana a 4°C.
5.9.
Reactivo combinado: Mezclar los siguientes reactivos en su orden y proporciones para
100 mL de reactivo combinado: 50 mL de H2SO4 5N, 5 mL de solución de tartrato de
antimonil potasio, 15 mL de solución de molibdato de amonio, y 30 mL de solución de
ácido ascórbico. Mezclar después de la adición de cada reactivo. Dejar que todos los
reactivos alcancen la temperatura ambiente antes de mezclarlos. Si se forma turbidez en
el reactivo combinado, agitar y dejar en reposo por unos minutos hasta que desaparezca
la turbidez. El reactivo es estable por 4 h.
5.10. Solución patrón de fosfato: Disolver en agua destilada 219,5 mg de KH2PO4 anhidro y
diluir a 1000 mL; 1,00 mL = 50,0 mg PO43–-P
5.11. Solución estándar de fosfato: Diluir 50,0 mL de la solución patrón de fosfato a 1000 mL
con agua destilada; 1,00 mL = 2,50 mg P.
6. PROCEDIMIENTO
6.1.
Filtración preliminar. Las muestras para la determinación de fósforo disuelto reactivo,
fósforo disuelto hidrolizable con ácido, y fósforo disuelto total, se deben filtrar a través de
membranas de 0,45 mm de diámetro de poro. Las muestras de difícil filtración se pueden
prefiltrar con un filtro de fibra de vidrio.
Debido a que los filtros de membrana pueden contribuir con cantidades significativas de
fósforo, antes de su uso lavarlos por remojo en agua destilada, por alguno de los siguientes métodos: (a) remojar 50 filtros en 2 L de agua destilada durante 24 h; (b) remojar 50
filtros en 2 L de agua destilada por 1 h., cambiar el agua destilada, y dejarlos en remojo
otras 3 h., o (c) lavarlos por filtración con varias porciones de 100 mL de agua destilada;
este procedimiento requiere determinaciones de blanco más frecuentes para asegurar la
consistencia de los lavados y para evaluar diferentes lotes de filtros.
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6.2.
Digestión con ácido sulfúrico-ácido nítrico. En un balón micro-kjeldahl colocar una alícuota de muestra que contenga la cantidad deseada de fósforo (establecida según el
método colorimétrico a emplear); los estándares para la curva de calibración se llevan a
través de este mismo procedimiento de digestión. Agregar 1 mL de H2SO4 concentrado y
5 mL de HNO3 concentrado. Realizar la digestión hasta obtener un volumen de 1 mL y
continuar hasta que la solución se torne incolora, con lo que se remueve el HNO3.
Enfriar y agregar aproximadamente 20 mL de agua destilada. 0,05 mL (1 gota) de
fenolftaleina, y la cantidad necesaria de solución de NaOH 1 N requerida para producir
un tenue color rosado. Transferir la solución neutralizada, si es necesario filtrada para
remover material particulado o turbidez, a un balón aforado de 100 mL. Agregar los
lavados de filtración y llevar a volumen con agua destilada.
6.3.
Determinación de fósforo. Transferir una alícuota de 50,0 mL de muestra a un tubo de
ensayo limpio o a un erlenmeyer de 125 mL. Agregar 0,05 mL (1 gota) de fenolftaleina; si
se desarrolla un color rojo, agregar solución de H2SO4 5N gota a gota hasta descargar el
color. Agregar 8,0 mL del reactivo combinado y mezclar completamente. Después de
mínimo 10 min. pero antes de 30 min., medir la absorbancia de cada muestra a 880 nm,
con un blanco de reactivos como solución de referencia.
6.4.
Corrección por turbidez o color. El color natural del agua generalmente no interfiere a la
longitud de onda empleada. Para aguas altamente coloreadas o turbias, preparar u blanco por adición a la muestra de todos los reactivos a excepción del ácido ascórbico y el
tartrato de antimonil potasio. Restar la absorbancia del blanco de la absorbancia de cada
muestra.
6.5.
Preparación de la curva de calibración. Preparar curvas de calibración individuales con
una serie de seis estándares en el intervalo de fosfato adecuado según el paso de luz de
la celda. Usar un blanco de agua destilada con el reactivo combinado para hacer las
lecturas fotométricas para la curva de calibración. La gráfica de absorbancia contra concentración de fosfato da una línea recta que pasa por el origen. Llevar al menos un
estándar de fosfato con cada grupo de muestras.
7. CÁLCULOS
7.1.
mg P / L =
mg P (en aproximadamente 58 mL de volumen final) × 1 000
mL de muestra
8. PRECISIÓN
8.1.
T6
Los valores de precisión y exactitud dados en la tabla 4500-P:I del Standard methods
son para el procedimiento de solución sencilla de la edición 13. El presente procedimienINSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES, IDEAM
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to difiere en las relaciones de reactivo a muestra, en la no adición de solvente, y las
condiciones de acidificación. Esta técnica es superior en precisión y exactitud a la técnica previa en el análisis de agua destilada y agua superficial al nivel de 228 µg P/L (tabla 1) .
Tabla 1. Comparación de precisión y exactitud de los métodos del ácido ascórbico
Método del ácido
ascórbico
Concentración N° de
Desviación estándar Error relativo%
de P,
laboratorios relativa %
Or tofosfato
Agua
Agua de Agua
Agua
disuelto µg/L
destilada río
destilada de río
Standard
Methods, 13 ed.
228
8
3,87
2,17
4,01
2,08
Método presente
228
8
3,03
1,75
2,38
1,39
9. QUÍMICO RESPONSABLE
Elaboración protocolo: Laboratorio de Química Ambiental del IDEAM Montaje técnica:
Laboratorio de Química Ambiental
10. FECHAS
Elaboración protocolo: agosto de 1997 Montaje técnica: Calibración: Revisión: agosto de
1997.
11. REFERENCIAS
Standard methods for the examination of water and wastewater. American Public Health
Association, American Water Works Association, Water Pollution Control Federation. 19ed.,
New York, 1995 Methods for chemical analysis of water and wastes. United States
Environmental Protection Agency. Cincinnati, 1983.
12. BIBLIOGRAFÍA
RODIER, J. Análisis de aguas: aguas naturales, aguas residuales, agua de mar. Omega, Barcelona, 1981. SAWYER, C y McCARTY, P. Chemistry for environmental engineering. McGraw
Hill, New York, 1996 GARAY, J, PANIZZO, L, LESMES, L, RAMIREZ, G y SANCHEZ, J.
Manual de técnicas analíticas de parámetros físico-químicos y contaminantes marinos. Centro de Investigaciones Oceanográficas e Hidrográficas. Cartagena, 1993
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FÓSFORO (TOTAL)
DIGESTIÓN CON H2SO4-HNO3 MÉTODO DEL ÁCIDO ASCÓRBICO
1. Filtración Preliminar
Remojar en 2 L de agua por 24 horas
Para determincación
de fósforo disuelto se
deben filtrar las
muestras y pretratar
los filtros así:
50 filtros de
membrana de
0,45 µm de diám.
de poro
Filtrar muestras
Remojar en 2 L de agua por 1 hora Cambiar el agua
Varias porciones de 100 mL de agua
Remojar 3 horas
Lavar por filtración
Requiere
blancos mas
frecuentes.
2. Digestión con H2SO4-HNO3
5 mL de
HNO3
conc.
1 mL de
H2SO4
conc.
Alícuota de
muestra1, blanco y 6
estándares
20 mL
agua
En balón
microkjeldahl
Digestión2
(1mL incolora)
1 gota
fenolftaleina
Cantidad suficiente para
obtener color rosa ténue
Enfriar
No
Muestra
dirigida
NaOH 1N
Agua destilada
Turbidez
Si
Filtrar con
membrana de
0,45 µm de
diám. de poro
Transferir a un
balón aforado
de 100 mL
Agregar los
lavados de
filtración
Llevar a volumen
3. Determinación de fósforo
70 mL de
H2SO4 conc.
400 mL de agua en
balón de 500 mL
20 g de
(NH4)6Mo7O24.4H2O
1,76 de ácido
ascórbico
Llevar a
volumen
500 mL
de agua
100 mL
de agua
1,3715 de
K(SbO)C4H4O6.1/2H2O
Diluir a 500 mL
con agua
5 mL
50 mL
15 mL
30 mL
Mezclar en su orden; agitar después de cada adición
Si se forma turbidez, agitar y dejar en reposo por unos minutos Estable por Reactivo
4 horas
combinado
1 gota de
fenolftaleina
H2SO4 5N
gota a gota
8 mL
No
Alícuota de
50 mL de
muestra dil.
T8
Tubo de
ensayo o
erlenmeryer
de 125 mL
Color
rojo
Si
Descargar
color
Mezclar
Medir Abs. a 800 nm después
de 10 min. y antes de 30 min.;
ajustar cero con blanco3
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4. Curva de calibración
219,5 KH2PO4
Agua
destilada
Diluir a
1.000 mL
Solución
patrón
50 mL
Diluir a
1.000 mL
Solución
estándar
.
1 mL=2,50 µg PO4 -P
Preparar
6 estándares
1
Alícuota de muestra que contenga la cantidad apropiada de fósforo, establecida según el método colorimétrico; en este caso, 50 mL.
2
Realizar la digestión hasta obtener un volumen de 1 mL y continuar hasta que la solución se torne incolora.
3
Para aguas altamente coloreadas o turbias, preparar un blanco por adición de todos los reactivos, excepto ácido ascórbico y tartrato de
antimonil potasio; restar la absorbancia del blanco de la absorbancia de cada muestra.
Preparar curvas de calibración con seis estándares en el intervalo de fósforo adecuado. Usar un blanco de agua con reactivo combinado
para ajustar el cero; llevar al menos un estándar con cada grupo de muestras.
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