Lab 4 C Soluble en agua y P extraible

Técnicas de Muestreo, Análisis e Interpretación
Ingeniería Ambiental
TRABAJO PRÁCTICO N° 4: CARBONO SOLUBLE EN AGUA, EXTRACTO FILTRADO
Procesamiento de la muestra:
Utilizar compost seco al aire pasado por tamiz de 2 mm.
Materiales:
- Muestra,
- Balanza granataria (precisión 0,1 g)
- Agitador mecánico y buzo
- Erlenmeyer de 150 mL
- Embudo y papel de filtro Whatman 42 o equivalente.
- Tubos de 50 ml con tapa para guardado de extracto.
Procedimiento (Suspensión muestra en agua, 1:10):
En erlenmeyer de 150 mL, con tapa pesar 4 g compost, agregar 40 mL agua destilada. Agitar 2 horas en
placa de agitación mecánica. Filtrar con papel de filtro Whatman 42 o equivalente. Reservar el extracto
en tubos plásticos de 50 ml en heladera.
Técnica:
Por oxidación química de la materia orgánica y posterior determinación espectrofotométrica.
Introducción:
La determinación se basa en una oxidación química de los componentes del extracto acuoso
susceptibles a la oxidación, con una mezcla fuertemente oxidante como lo es la mezcla sulfocrómica en
caliente. La cuantificación es espectrofométrica, por comparación con un patrón de carbono pero
también se puede hacer por titulación con sulfato ferroso. Se expresa la sustancia oxidada como
Carbono, ya que la materia orgánica es la principal componente oxidable de la solución.
Este procedimiento de oxidación química se realiza comúnmente en aguas y aguas de desecho
bajo el nombre de DQO (demanda química de oxígeno) y el resultado se expresa en función del oxígeno
necesario para oxidar la materia orgánica (APHA, 1992). También es utilizada para la determinación de
carbono soluble de compost por Hue y Liu (1995) y para la determinación de carbono orgánico de
suelos (Walkley-Black).
La técnica acá descripta es una adaptación al sistema macro para DQO, descripto en la
bibliografía. Además de ser relativamente sencilla, es de amplia difusión en nuestro país, en los
laboratorios dedicados a análisis de contaminantes ambientales y también se utiliza para diseño y
seguimiento de plantas de tratamiento de aguas cloacales. Existen en el mercado equipos comerciales
para la determinación de DQO en base a la oxidación con dicromato-ácido sulfúrico, ya sea con el
método microquímico de reflujo ó por digestión en tubos cerrados, con calentamiento a 150ºC en un
block digestor.
Para los fines analíticos, al extracto acuoso de compost se lo trata de igual manera que a las
aguas de desechos, siguiendo la técnica de DQO, con modificaciones en los volúmenes y expresión de
resultados, ya que la DQO se expresa en mg O2 y en el caso de extracto acuoso de compost en mg C.
Interferencias y limitaciones de la determinación química.
Realizamos algunas modificaciones en cuanto a los reactivos, al no usar sulfato de plata ni
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sulfato de mercurio, en base a que consideramos que es preferible perder exactitud en beneficio del
medio ambiente y las concentraciones de cloruros de nuestras muestras son siempre mucho menores a
2000 mg Cl/ L en el extracto a usar para la determinación (o en la dilución que se debe usar) ya que hay
muy poco Cl- en el agua. De todos modos describimos la función de estos dos reactivos en el siguiente
título ya que se la concentración de Cl supera 2000 mg Cl/ L se debe utilizar la técnica con ambos
reactivos
El Ag2SO4 se agrega como catalizador para favorecer la oxidación de compuestos alifáticos
volátiles de cadena recta que, de lo contrario, son oxidados parcialmente. Sin embargo, el Ag2SO4
también reacciona con haluros presentes en la muestra (principalmente cloruros) produciendo
precipitados que son oxidados parcialmente. Esta última dificultad puede minimizarse agregando como
complejante 20 mg HgSO4/mL de muestra.
Los nitritos son oxidados en las condiciones de la reacción y son incluidos como sustancias
oxidables aunque su concentración no afecta al resultado en una proporción importante.
Materiales y equipos (la técnica se describe para utilizar equipo digestor de
Hatch).
Tubos de digestión: tubos de borosilicato, aprox. 15 mm de diámetro, con capacidad de 6 mL
aprox., con tapa a rosca resistente al calentamiento y a la mezcla sulfocrómica.
Bloque calentador: revestido de aluminio, con agujeros adecuados para insertar los tubos de
profundidad tal, que el nivel superior de mezcla quede, por lo menos, 5 mm dentro del bloque.
Espectrofotómetro: para usar a 600 nm, con cubas de 1 cm de paso óptico.
Reactivos.
Acido sulfúrico concentrado: grado analítico.
Solución Ácida de Dicromato de Potasio: en Erlenmeyer de 1 L poner aproximadamente 500 mL
de agua destilada, agregar 10,2285 g de Dicromato de Potasio (K2Cr2O7), grado patrón primario, secado
previamente 2 hs a 103ºC y 167 mL de ácido sulfúrico concentrado (H2SO4), mezclar, agregar agua
hasta un poco menos de 1 L, enfriar y trasvasar a un matraz de 1 L, enrasar.
Mezcla digestora: al momento de hacer los análisis preparar en Erlenmeyer, una mezcla de 30% de
solución ácida de dicromato de potasio y 70% de ácido sulfúrico concentrado (poner el dicromato
primero y luego agregar, de a poco, el sulfúrico); el volumen a preparar depende del número de
muestras. Dejar enfriar antes de usar. Consideramos, con exceso, que necesitamos 10 mL para blancos,
10 mL para testigo y 10 mL para cada muestra. El exceso nos sirve para repetir cuando vemos, después
de la digestión, que debemos trabajar con otras diluciones del extracto.
Estándares.
-Solución madre de biftalato de potasio: Triturar biftalato de potasio [C6H4(COO)2HK] grado para
análisis y luego llevar a peso constante, a 120ºC. Disolver 3,4000 g en agua destilada y llevar a 1.000
mL. Esta solución tiene una concentración de carbono de 1.600 mg C/L calculando cuanto carbono tiene
el biftalato de potasio (y una DQO teórica de 4.000 mg O2/L). La solución es estable en heladera por
más de 3 meses verificando que no tenga crecimiento visible de microorganismos.
-Curva de calibración: de la solución madre de biftalato de potasio hacemos diluciones al 2,5; 5; 10;
15 y 20 % en matraces de 100 mL que van de 40 a 320 mg C/L. Procesar como en "Técnica Analítica".
-Estandar de trabajo: verificada la linealidad de la curva en el rango dado, se puede trabajar
rutinariamente con un sólo estandar, por ejemplo el de 240 mg C/L (20 % de la solución madre de
biftalato de potasio).
-Muestra.
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Extracto acuoso del compost filtrado, directo o diluido, de acuerdo a la concentración de Carbono.
Técnica analítica.
PRECAUCIONES: en todo momento del procesamiento usar anteojos de seguridad y guantes. Tener
especial cuidado al preparar los reactivos. Trabajar bajo campana. Agitar fuertemente la mezcla en los
tubos antes de colocarlos en el bloque calefactor para evitar calentamientos locales en el fondo del
tubo que podrían producir una explosión.
Esquema de trabajo:
Se procesan Blanco de reacción, Estándar y Extracto por triplicado (para poder eliminar un dato si es
necesario).
En recipientes rotulados: B (blanco de reacción), St (estándar) y E (extracto, con su Nº ) poner:
B
St
E
2
2
2
Mezcla digestora (mL)
1
Agua (mL)
1
Estandar 240 mg C/L (mL)
1
Extracto ó dilución (mL)
Tapar bien los tubos, agitarlos todos juntos, puestos en una gradilla y colocarlos en el bloque calentador,
precalentado a 150 ºC durante 2 horas. Dejar enfriar, agitar los tubos puestos en una gradilla y leer en
espectrofotómetro a 600 nm.
Cálculos
a) Si se quiere expresar en mg de C soluble/L extracto:
Trabajando con curva de calibración interpolar directamente.
Si se trabajó con un sólo patrón:
Abs E - Abs B
Csol.agua (mg/L) = ------------------------- x cc St. (mg C/L)
Abs St. -Abs B
Donde:
Abs E = absorbancia del extracto (Si se usó extracto diluido, multiplicar el resultado por el factor
correspondiente).
Abs B = absorbancia del blanco de reactivos
Abs St. = absorbancia del estándar
cc St. = concentración del estándar
b) Si se quiere expresar en g de C soluble/kg de compost:
-Obtenga el dato de C soluble en agua (mg/L) y:
1L
1.000 g
1g
C soluble en agua (g/kg ) = C soluble en agua (mg/L) x ------------ x 40 mL x ------------ x ----------1.000 mL
4g
1000 mg
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FOSFORO EXTRAÍBLE
Este método se utiliza como un índice del P disponible en compost. La utilidad del extractante se basa en
que la solución de bicarbonato de sodio reduce la concentración de los iones calcio, aluminio y hierro
(III) por precipitación de carbonato de calcio e hidróxidos de aluminio y hierro (III) y libera así iones
fosfato a la solución.
Reactivos
• Solución de NaHCO3 0,5 M.
Disolver 42 g de NaHCO3 en aprox. 800 mL de agua desionizada. Tomar el pH y ajustar a 8,4 con NaOH
o HCl, diluir luego a 1 L.
Considerar que se debe preparar reactivo suficiente para que queden alícuotas para blancos de reacción.
Preparación de la muestra: (Suspensión muestra en NaHCO3, 1:100)
En
•
•
•
•
•
•
tubo de centrífuga de 50 mL, con tapa.
Poner 0,4 g de muestra seca en el tubo.
Agregar 40 mL de solución de NaHCO3 0,5 M..
Agitar 30 minutos el tubo acostado, en sentido del eje del mismo,.
Centrifugar
Se filtra por filtro Whatman 42 o equivalente, y se recoge el filtrado en frascos de vidrio
Conservar los frascos en heladera hasta la determinación analítica. El extracto mantenido en heladera
es estable por algunos días.
Técnica:
Método del ácido ascórbico-molibdato de amonio.
Introducción:
El método se basa en la formación de complejos de fosfomolibdato (amarillo) que se reducen por
ácido ascórbico dando un compuesto de Mo de color azul. El color es estable a partir de los 20 minutos
de reacción y permanece por aproximadamente 3 horas.
Las mediciones se realizan en espectrofotómetro a longitud de onda 882 nm.
Interferencias y limitaciones de la determinación química:
La solución extractante puede almacenarse por aproximadamente 1 mes en frascos plásticos, pero se
recomienda prepararla para cada extracción.
Otra fuente probable de variación es la temperatura de la solución extractante, el tiempo de agitación
y la posición de los tubos, por lo que todos estos factores deben estar muy bien estandarizados
La intensidad del color está limitada por la acidez del medio. Los aniones arseniatos y silicatos
pueden influenciar las condiciones de óxido reducción.
Materiales y equipos:
-Frascos de reacción: frascos de vidrio, de aprox. 50 mL. Los frascos deben estar perfectamente
limpios y deben almacenarse en lugares libres polvo.
-Espectrofotómetro: para usar a 882 nm, con cubas de 1 cm de paso óptico.
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Ingeniería Ambiental
Reactivos:
Acido sulfúrico concentrado: grado analítico.
Acido sulfúrico 5 N: Bajo campana y con anteojos de seguridad poner un poco de agua destilada
(más o menos 0,5 L) en un erlenmeyer de 2 L (previamente calibrado a 1L) y agregar lentamente y
con mucho cuidado 135 mL de ácido sulfúrico concentrado. Cuando se enfría llevar a 1 L.
Reactivos de color: A y B
Reactivo A:
1-Disolver 12 g de paramolibdato de amonio (NH4)6Mo7O24.4H2O en 250 mL de agua destilada
2-Disolver 0,2908 g de tartrato de antimonio y potasio en 100 mL de agua destilada.
3-Preparar 1 L de ácido sulfúrico aproximadamente 5 N, (ver punto anterior) en erlenmeyer de 3 L,
con enrase en 1 y 2 L
4- Agregar al litro de ácido sulfúrico 5 N (3) las soluciones (1) y (2). Llevara a 2 L. Esta es la
solución A.
Reactivo B: se prepara al momento de usar, sólo es estable por 24 hs en heladera (en freezer
puede durar algunas semanas). Disolver 1.056 g de ácido ascórbico en 200 mL de Reactivo A.
Estándares:
-Estandar primario: Solución Madre de Fósforo, de 400 mg P/L : disolver 1,7575 g de fosfato
diácido de potasio anhidro (KH2PO4) en agua destilada y diluir a 1.000 mL. Conservar en la oscuridad
con el agregado de 2 gotas de cloroformo para evitar crecimiento de hongos. También se puede comprar
una solución comercial de patrón de fosfato.
- Solución patrón de trabajo: Solución Patrón de trabajo de Fósforo de 2 µg P/mL diluir 5,00 mL
de la solución Madre de 400 mg P/L a 1000 mL.
-Curva de calibración: Se trabaja con diferentes diluciones del estandar para conseguir
concentraciones entre 0 y 10 ug P/tubo. Procesar como en "Técnica Analítica". Según nuestra
experiencia la técnica es lineal hasta absorbancia aproximada de 0,5
-Estandar de trabajo: verificada la linealidad de la curva en el rango dado, se puede trabajar
rutinariamente con un sólo estándar, por ejemplo 4-5 ug P/tubo utilizando 2,5 mL de la solución patrón
de trabajo
Muestra:
Extracto en bicarbonato del compost, directo o diluido, de acuerdo a la concentración de P extraible.
Técnica:
Se procesan Blanco de reacción y Estandar por triplicado (para poder eliminar un dato si es necesario).
En recipientes rotulados: B (blanco de reacción), St (estándar) y E (extracto, con su Nº ) poner:
Solución de Bic. 0,5 N (mL)
Estándar 2 ug P/mL (mL)
Extracto ó dilución (mL)
Sulfúrico 5N
Agua (mL)
B
2,5
**
10
St
2,5
2,5
**
7,5
E
2,5
**
10
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Pasos detallados:
1. Si la alícuota de extracto de 2,5 mL es demasiado concentrada compensar a 2,5 mL con solución
de Bicarbonato 0,5 N
2. Acidificar con Sulfúrico 5N gota a gota (controlar pH con cinta en los dos primeros frascos). Una
vez determinado el volumen agregar a todos los frascos el mismo. CUIDADO!!, la reacción hace
mucha espuma por liberación de carbónico
3. Llevar todos los frascos a Volumen de aproximadamente 12,5 mL.
- Agregar a todos los recipientes 2 mL de reactivo B. Mezclar suavemente por rotación luego de cada
agregado.
- Incubar 20 minutos (puede ser en baño de agua aproximadamente a 30ºC).
-Leer en espectrofotómetro a 882 nm, contra blanco de agua.
-Cálculos.
Si se trabajó con un sólo estándar:
Abs E. - Abs B
40 mL
P (ug/g ) = P (mg/kg ) ------------------------- x cc.St (ug P/tubo) x ----------------- x
Abs St.- Abs B
2,5 mL (alic.)
1g
------0,4 g
Donde:
Abs E = absorbancia del extracto.
Abs B = absorbancia del blanco de reactivos.
Abs St = absorbancia del estándar.
cc. St = concentración del estándar.
Si se trabajo con distinto volumen de alícuota reemplazar en la fórmula 2,5mL por el volumen
correspondiente
Si se trabajó con 2,5 mL de extracto diluido, multiplicar el resultado por el factor de dilución
correspondiente.