QUÍMICA ANALITICA APLICADA INORGÁNICA QMC-613 Determinación de Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) en Suelos Procedimiento Operativo Estándar Lic. Luis Fernando Cáceres Choque 28/10/2013 Método Complexométrico y de Emisión Atómica PROCEDIMIENTO OPERATIVO ESTÁNDAR Determinación de CIC en Suelos POE3600DI Emisión: Codificación y Revisión Ed. 0001 Página 2 de 8 Determinación de Capacidad de Intercambio Catiónico en Suelos Tabla de contenido 1. APLICACIÓN ........................................................................................................................................3 2. REFERENCIAS ......................................................................................................................................3 3. RESUMEN MÉTODO ............................................................................................................................3 4. PRECAUCIONES DE SEGURIDAD..........................................................................................................4 5. INTERFERENCIAS .................................................................................................................................4 6. MUESTREO Y PRESERVACIÓN .............................................................................................................4 7. INSTRUMENTOS Y MATERIAL .............................................................................................................5 8. REACTIVOS ..........................................................................................................................................5 9. TRATAMIENTOS PREVIOS ...................................................................................................................5 10. ANÁLISIS DE LA MUESTRA...............................................................................................................5 11. CONTROL DE CALIDAD ....................................................................................................................7 12. BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................................................8 PROCEDIMIENTO OPERATIVO ESTÁNDAR Emisión: Codificación y Revisión Ed. 0001 Página 3 de 8 Determinación de CIC en Suelos POE3600DI 1. APLICACIÓN 1.1. La CIC o capacidad de intercambio catiónico es la capacidad del suelo para retener e intercambiar diferentes elementos minerales. 2+ 2+ + + 1.2. Este procedimiento permite determinar las bases intercambiables (Ca , Mg , Na y K ) de los suelos. 1.3. La capacidad de intercambio catiónico (CIC) se expresa en mili-equivalentes por 100 g de suelo, y es una medida de la cantidad de cationes fácilmente intercambiables que neutralizan la carga negativa existente en el suelo. 2+ 1.4. Los cationes que frecuentemente ocupan las posiciones de cambio en los suelos son: Ca , + 2+ + + + 3+ 3+ 2+ 2+ 2+ 2+ Mg , K , Na , H , Al , Fe , Fe , NH4 , Mn , Cu y Zn . + 3+ 1.5. En los suelo ácidos predominan H y Al , en los suelos alcalinos predominan las bases, + 2+ fundamentalmente el Na y en los neutros el Ca . 2. REFERENCIAS 2.1. Ficha de seguridad de reactivos químicos. 2.2. Manual de espectrofotómetro de absorción atómica. 3. RESUMEN MÉTODO + 3+ 3.1. Todos los cationes adsorbidos excepto los H y Al , que constituyen la llamada acidez de reserva, se consideran bases. El porcentaje de saturación de bases expresa la proporción de bases que hay respecto del total de la capacidad de intercambio de cationes (CIC). Así, el porcentaje de saturación de bases: 𝑉= 𝑆 × 100 𝑇 Siendo, T = capacidad de intercambio catiónico. (𝑇 = 𝑆 + 𝐴𝑐𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎) 2+ S = Ca 2+ + Mg + + + Na + K Cuando V > 50% el suelo está saturado. Si V < 50% el suelo se encuentra insaturado. Las posiciones de cambio están ocupadas + 3+ principalmente por H y Al ; se trata de un medio pobre en nutrientes. 3.2. La capacidad de adsorción de iones se puede determinar mediante la saturación de la PROCEDIMIENTO OPERATIVO ESTÁNDAR Determinación de CIC en Suelos POE3600DI Emisión: Codificación y Revisión Ed. 0001 Página 4 de 8 muestra con un ión que ésta prácticamente no contiene y luego determinar la suma de todos los iones reemplazados. 3.3. El método utilizado para la determinación de cationes intercambiables y la capacidad total de intercambio que tenga el suelo consiste en cuatro pasos: • Primero se emplea una solución concentrada de amonio para reemplazar y liberar los cationes propios del suelo, los cuales, de esta manera se pueden cuantificar + individualmente en la solución sobrenadante. Nos han quedado entonces los NH4 adsorbidos al suelo, saturando todas las cargas negativas de éste. • Luego se satura el suelo con sodio, empleando una solución de alta concentración + de este catión, para reemplazar todos los NH4 adsorbidos (procedimiento efectuado + en el paso anterior), por Na . • Se elimina el sodio no adsorbido (y que han quedado en la solución sobrenadante) por lavados con etanol. • Finalmente se extrae el sodio adsorbido por saturación del complejo con amonio. + + Los cationes NH4 reemplazan a los de Na , quedando éstos en solución. La valoración del sodio en la solución extraída representa el total de cargas disponibles para el intercambio catiónico (CIC total o valor T). 4. PRECAUCIONES DE SEGURIDAD 4.1. Emplear guardapolvo en laboratorio u overol en campo, guantes de nitrilo y lentes para la manipulación de muestras y reactivos ácidos. 5. INTERFERENCIAS 5.1. El procedimiento es simple y confiable, aunque, especialmente en zonas áridas, puede llevar a sobrestimar Ca y Mg intercambiable por la disolución y extracción de carbonatos de Ca y Mg, o yeso. 6. MUESTREO Y PRESERVACIÓN 6.1. Colectar la muestra en bolsa plástica o de papel madera. Considerar la porción entre 10-20 cm de profundidad (capa arable). PROCEDIMIENTO OPERATIVO ESTÁNDAR Determinación de CIC en Suelos POE3600DI Emisión: Codificación y Revisión Ed. 0001 Página 5 de 8 7. INSTRUMENTOS Y MATERIAL 7.1. Balanza analítica 7.2. Centrifugadora 7.3. Tubos para centrífuga de 50 mL 7.4. Matraces aforados de 50 mL (3) 7.5. Bureta de 25 7.6. Espectrofotómetro de absorción atómica 8. REACTIVOS 8.1. Solución de Acetato de Sodio 1 N: Se disuelven 136 g de acetato de sodio trihidratado y se enrasa a 1 litro en matraz aforado. El pH debe ser aproximadamente de 8,2. 8.2. Etanol al 95 por ciento. 8.3. Solución de acetato de amonio 1 N: A 700 ml de agua se agregan 57 ml de ácido acético concentrado y luego 68 ml de hidróxido de amonio concentrado. Se diluye a 1 litro y se ajusta el pH a 7 agregando más ácido o hidróxido. 8.4. Agua destilada. 9. TRATAMIENTOS PREVIOS 9.1. Secar la muestra de suelo o sedimento a temperatura ambiente por lo menos durante 24 h. Es posible también acelerar el secado, llevando a estufa a 80°C por al menos 3 h. 9.2. Una vez seca la muestra, moler en mortero, tamizar por malla 200 y cuartear. 10. ANÁLISIS DE LA MUESTRA 10.1. Se pesan 1,5 gramos de suelo a un tubo de centrífuga. Reemplazo de cationes intercambiables por amonio: 10.2. Se agregan 20 ml de acetato de amonio agitando durante 5 minutos. PROCEDIMIENTO OPERATIVO ESTÁNDAR Determinación de CIC en Suelos POE3600DI Emisión: Codificación y Revisión Ed. 0001 Página 6 de 8 10.3. Se centrifuga 5 minutos a 1000 r.p.m. para que el líquido quede claro. Se decanta lo más completo que sea posible a un matraz aforado de 50 ml. Este procedimiento se repite dos veces más, y se completa el volumen del matraz con acetato de amonio. Esta solución contiene los cationes intercambiables del suelo, reemplazados por el amonio. Las concentraciones de los distintos cationes se determinan por los métodos descriptos abajo. Saturación con sodio: 10.4. Se agregan 20 ml de acetato de sodio, se agita durante 5 minutos, se centrifuga 5 min a 1000 rpm y se descarta el sobrenadante. Esta operación se repite en total tres veces para asegurar una completa saturación sódica. Lavado del exceso de sodio no intercambiable: 10.5. Se agregan 20 ml de etanol al tubo, se tapa y agita por cinco minutos luego se centrifuga hasta que el líquido quede claro, se decanta y deshecha el líquido. Repetir este lavado dos veces más con 20 ml de etanol. Reemplazo de sodio por amonio: 10.6. Se agregan 20 ml de acetato de amonio al tubo, se tapa y se agita por 5 minutos y se centrifuga hasta que el líquido quede claro, se decanta y se guarda el sobrenadante en un matraz aforado de 50 ml. La operación se repite dos veces más. 10.7. Si al completar los tres centrifugados el matraz no se ha completado, se completa a volumen con la solución de acetato de amonio, y se procede a determinar sodio por fotometría de llama. Determinación de Ca + Mg: 10.8. Se toman 10 ml del extracto obtenido en el paso 1, se colocan en un Erlenmeyer de 250 ml, se adicionan 10 ml de solución buffer (Cloruro de amonio-hidróxido de amonio) con lo que se logra un pH aproximado a 10. 10.9. Se añade indicador NET y se titula con solución de EDTA 0,01 N hasta el viraje del color. De esta manera tiene: meq Ca + Mg = ml gastado EDTA x N EDTA meq Ca + Mg = ml gastado EDTA x N EDTA PROCEDIMIENTO OPERATIVO ESTÁNDAR Determinación de CIC en Suelos POE3600DI Emisión: Codificación y Revisión Ed. 0001 Página 7 de 8 10 ml extracto................meq Ca + Mg 50 ml extracto................meq Ca + Mg x 5 Los meq de Ca + Mg calculados para 50 ml de extracto corresponden a su vez a 1,5 g de suelo. 1,5 g de suelo................meq Ca + Mg x 5 100 g de suelo.................meq Ca + Mg x 5 x 100/1,5 El factor resultante es igual a 3,33. Determinación de Ca: 10.10. Se toman 10 ml de extracto, se agregan 20 ml de agua en un Erlenmeyer de 250 ml, se agregan 10 ml de hidróxido de sodio al 10 % e indicador NET y se titula con solución de EDTA 0,01 N. El punto final está dado por coloración rosada o rosado pálido. Cálculo: ídem Ca + Mg Determinación de Mg: 10.11. Se realiza por diferencia de las determinaciones anteriores, es decir que: meq Mg/100 g = (meq Ca + Mg/100g) - (meq Ca/100g) Determinación de Na: 10.12. Se realiza por fotometría de llama (emisión atómica) Determinación de K: 10.13. 11. Se realiza al igual que sodio, o sea por fotometría de llama. CONTROL DE CALIDAD 11.1.Control de la precisión: Por cada 3 muestras se debe medir al menos un duplicado de muestras y determinar la precisión como la desviación estándar relativa (RSD). La Desviación Porcentual Relativa (DPR) no debe superar el 20% cuando se analizan matrices sólidas. PROCEDIMIENTO OPERATIVO ESTÁNDAR Determinación de CIC en Suelos POE3600DI 12. Emisión: Codificación y Revisión Ed. 0001 Página 8 de 8 BIBLIOGRAFÍA 12.1. Manual de Prácticas de la Materia de Edafología. Adán Cano García. Gobierno del Estado de Chiapas, México, 2011.