ANALISIS DE NITRATOS

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)

FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA E.A.P. INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA ANALÍTICA E INSTRUMENTAL PRÁCTICA Nº 2

TEMA: ESPECTROFOTOMETRÍA – ULTRAVIOLETA. ANÁLISIS DE NITRATOS DE AGUA

CURSO

: LABORATORIO DE ANALISIS INSTRUMENTAL

PROFESOR :RODRIGUEZ BEST, MARIA ANGELICA ALUMNA

: DE LA ROSA HERRERA, ROCIO BEATRIZ

CÓDIGO:04070083

Laboratorio de Análisis Instrumental

1.- FUNDAMENTO DEL METODO DE ANALISIS NITRATOS EN AGUA Los nitratos constituyen la especie nitrogenada más abundante y de mayor interés en todos los cuerpos de aguas naturales. Los nitratos suelen hallarse en aguas naturales en concentraciones traza o de unos pocos ppms, mientras que en aguas residuales domesticas y agrícolas pueden alcanzar niveles relativamente altos. La determinación de los nitratos en el agua de consumo humano es importante porque cunado estos se encuentran en concentraciones que sobrepasan los 10 ppm, como N, pueden causar una enfermedad infantil conocida como “metahemoglobinemia”, que se caracteriza por la dificultad de la sangre para absorber oxigeno. Por otra parte, los nitratos, así como los fosfatos, constituyen parte de los nutrientes esenciales para muchos organismos autrotofos o fotosintéticos y en este sentido, su presencia en el agua, puede ocasionar fenómenos de eutrificacion en ríos y lagos. Los nitratos, así como el amonio, constituyen indicadores apropiados de aguas residuales domesticas. El primero, es típico de las aguas residuales domesticas frescas y es muy móvil y estable en condiciones aeróbicas. El segundo también típico de aguas residuales frescas, pero se evapora con facilidad y/o se absorbe fácilmente en el subsuelo. Método Espectrofotometrico UV Visible Este método es aplicable a muestras limpias con bajo contenido de materia orgánica, tales como las provenientes de plantas suministro y/o aguas subterráneas. Las mediciones se realizan utilizando un fotómetro a 220 nm, para concentraciones inferiores a 10 mg/l, rango para el cual se cumple la Ley de Beer. Teniendo en cuenta que tanto la materia orgánica como el ion nitrato absorben energía radiante a una longitud de onda de 220 nm yque la materia orgánica mas no el nitrato, absorbe también a 275 nm, el método analítico realiza las mediciones a estas dos longitudes de onda, con el objeto de corregir las primeras mediciones por la interferencia que halla podido ocasionar la materia orgánica presente en la muestra. El grado de esta corrección empírica se reacciona con la naturaleza y concentración de la materia orgánica y puede variar a partir de un agua a otra. El método fotométrico es muy bueno para muestras limpias y puede adaptarse bien para muestras con materia orgánica, siempre que esta permanezca estable y constante. La filtración de la muestra se piensa para quitar interferencia posible de partículas suspendidas.

2.- DESCRIPCION DE LA TECNICA EMPLEADA La técnica empleada mide directamente la absorbancia del analito o después de que ha reaccionado con un reactivo y se forma un producto capaz de absorber la radiación. La primera técnica tiene más restricciones, en particular con muestras complejas porque pocas veces se puede encontrar una longitud de onda en la que solo se absorba el analito. En ocasiones, las separaciones previas ayudan a eliminar las especies que puedan absorber e interferir con la

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determinación espectrofotometrica del analito. En otros casos, las interferencias se pueden corregir con una segunda medición de absorbancia. Un ejemplo de este segundo enfoque es la determinación de nitrato en muestras de aguas naturales (lo realizado). El ion nitrato absorbe a 220 nm, y la materia orgánica disuelta también puede absorber a esta longitud de onda. Para corregir las interferencias debidas a la materia orgánica, se toma una segunda lectura de absorbancia a 270 nm, donde no absorbe el nitrato. Aunque tome más tiempo a veces es preferible hacer una separación previa para eliminar las especies que interfieren. También es frecuente tratar la muestra con un reactivo selectivo, de modo que en la reacción se forme una especie que absorba una región donde no haya interferencias. En la experiencia dada realizamos los siguientes pasos:

 Solución stock de nitrato: se disolvió 0.3626g de KNO 3 , previamente secado a 105 C durante 24 horas, en 500 ml de agua y preservar por adición de 2 ml de cloroformo. Esta solución contiene 100 ppm de nitrato como N. (es estable por 6 meses)

 Preparación de solución patrón intermedia de nitrato de 100ppm a partir de la solución stock. El cual resulta de 10 ppm.

 Soluciones de patrón de nitratos: se preparan por dilución de la solución intermedia. De 0 a 5 ppm de NO3- N a 50ml.

 El blanco: en una fiola de 50 ml colóquese aproximadamente 45 ml de agua ultra pura, añádase 1 ml de solución de HCl 1N y luego complétese el volumen hasta el enrase.

 Tratamiento de la muestra. sobre 5 y 25 ml de muestra transparente, filtrada si fuera preciso, añádase antes de enrazar 1 ml se solución de HCl 1Ny mezcle vigorosamente. El HCl tiene por objeto impedir interferencias por concentraciones de hidróxido o carbonatos que pueden estar en las muestras.  Se prepara la curva de calibración y se lee la absorbancia de las muestras y patrones. Interferencias Interfieren la materia orgánica disuelta, los surfactantes, NO2- y Cr6+. Pueden interferir varios iones inorgánicos, que no se encuentran normalmente en el agua natural, como clorito y clorato. Las sustancias inorgánicas se pueden compensar con un análisis independiente de concentraciones y la preparación de curvas de corrección individuales.

4.- DESCRIPCION DE LOS INSTRUMENTOS O APARATOS USADOS Espectrofotómetro de doble haz En un espectrofotómetro de doble haz, la luz pasa alternadamente por la cubeta de la muestra y de la referencia, dirigida por un motor que gira un espejo, que de esta manera entra y sale del paso de la luz. Cuando el cortador no desvía el haz, la luz pasa a través de la muestra, y el detector mide la potencia radiante que llamamos P. Cuando el cortador desvía el haz a través de la cubeta de referencia, el detector mide P0. El haz se corta varias veces por segundo, y el circuito compara automáticamente P y P0, dando así la transmitan cía y la absorbancia. Este

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procedimiento permite hacer una corrección automática de las variaciones de intensidad de la fuente, y de la respuesta del detector con el tiempo y la longitud de onda, porque se comparan con mucha frecuencia la potencia que sale de las dos muestras. Los espectrofotómetros de mayor calidad destinados a investigación también permiten un barrido automático de longitudes de onda y un registro continuo de absorbancia.Cuando se registra un espectro de absorbancia, es de rutina registrar primero el espectro de la línea base con las disoluciones de referencia (disolvente puro o blanco) en las dos cubetas. Después se resta el espectro base de la absorbancia medida de la muestra, para obtener así la verdadera absorbancia de la muestra a las distintas longitudes de onda.En la figura 1 se muestra un espectrofotómetro visible de doble haz. La luz blanca procede de una lámpara de halógeno de cuarzo (como la de luz larga de un automóvil), y la fuente ultravioleta es una lámpara de arco de deuterio, que emite en el intervalo de 200-400 nm. En un momento dado sólo se utiliza una de ellas. La red de difracción 1 selecciona una banda estrecha de longitudes de onda, que entra en el monocromador, y éste selecciona una banda aún más estrecha, que es la que pasa a través de la muestra. Después de cortado el haz, y una vez que pasa por las cubetas de la muestra y referencia, la señal es detectada por un tubo fotomultiplicador, que produce una corriente eléctrica proporcional a la potencia radiante que llega al detector.

Fig. 1 Diagrama esquemático de un espectrofotómetro de doble haz

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Espectrofotómetro de ultravioleta visible El instrumento con el que se trabajo en la experiencia fue un espectrofotómetro SHIMADZU que es un espectrofotómetro de doble haz que nos evita estar en cada medida de absorbancia poner el blanco de referencia porque tiene un comportamiento para este, las celdas paralelopipedas con las que trabajamos fueron de cuarzo con un lado transparente a al radiación y el otro difuso por el no pasa la radiación y por donde se puede manipular, se pude trabajar con el espectrofotómetro usando la pantalla liquida que tiene o desde una computadora usando el software UV PROVE.

5.-CALCULOS DETALLADOS Laboratorio de Análisis Instrumental

Cálculo de la concentración de la solución estandar madre en PPM 1.-Preparación del patrón primario: Partiendo de la solución madre de KNO3 =0.3626 g/500 ml, se calcula el numero de mg NO-3 - N / 1L solución: Entonces: 0.3626g X 14 g/mol NO-3 - N = 0.0502 g NO-3 - N 500 ml 101.11g/mol KNO3 500 ml Luego , para 1L de solución: 0.0502 g NO-3 X X

=

 500ml  1 L =1000 ml

100 mg NO-3 - N / L = 100 ppm.

2.- Preparación de la solución patrón intermedia de 10ppm apartir de la la solcución patrón primario. (100 ppm x V1 ) patrón primario = (100ml x 10ppm) solución patrón intermedia V1 =10 ml (tomar 100ml de la solución patrón y enrasarlo a 100 ml con agua destilada para obtener así la solución patrón intermedia. 3.- Preparación de la solución patrón intermedia de 5ppm apartir de la la solcución patrón intermedia de 10 ppm. (10 ppm x V2 ) patrón intermedia de 10ppm = (50ml x 5ppm) V2 = 25 ml ( tomar 25 ml de solucion 100ppm y llebarlo a 50 ml para obetener 5ppm 4.- Preparación de patrones a partir de la solución 5ppm. P1 : Obtener 0.1ppm apartir de 5ppm en 50 ml 5ppm x V1 = 0.1ppm

x

50ml

V1=1ml. P2 : Obtener 0.2ppm apartir de 5ppm en 50 ml 5ppm x V1 = 0.2ppm

x

50ml

V1=2ml. P3 : Obtener 0.3ppm apartir de 5ppm en 50 ml 5ppm x V1 = 0.3ppm

x

50ml

V1=3ml.

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P4 : Obtener 0.4ppm apartir de 5ppm en 50 ml 5ppm x V1 = 0.1ppm

x

50ml

V1=4ml. P5 : Obtener 0.5 ppm apartir de 5ppm en 50 ml 5ppm x V1 = 0.5ppm

x

50ml

V1=5ml. 5)CALCULO DE LA CONCENTRACIÓN DE LA MUESTRA DE AGUA VIDA De todos los valores registrados en la tabla para λ máxima = 202.80 nm, se garficó Absorbancia Vs. Concentración (gráfica Nº1). Mediante esta grafica se obtienen C muestra 1 = 0.330ppm C muestra 2 = 0.400ppm C muestra 3 = 0.346ppm

Pero los valores registrados en el espectrofotómetro: C muestra 1 = 0.327ppm C muestra 2 = 0.402ppm C muestra 3 = 0.334ppm Para una alícuota de 2 ml. De agua vida. Determinando la concentración de la muestra. A) Para la muestra 1 -Con los datos de C muestra según grafico de papel milimetrado CM1 x 2ml = C muestra 1 *50ml CM1= 0.330 x 50ml / 2ml CM1 = 8.25 mg NO-3 – N x 62 g/ mol NO-3 L 14 g/ mol N CM1 = 36.53 mg NO-3 – N = 36.53 ppm NO-3 L Según el valor registrado en el espectrofotómetro Uv-visible : para una alícuota de 2ml de agua vida. CM1 x 2ml = C muestra 1 *50ml CM1= 0.327 x 50ml / 2ml CM1 = 8.18 mg NO-3 – N x 62 g/mol NO-3 L 14 g/ mol N

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CM1 = 36.20mg NO-3 – N = 36.20 ppm NO-3 L B) Para la muestra 2 -Con los datos de C muestra según grafico de papel milimetrado CM2 x 2ml = C muestra 1 *50ml CM2= 0.400 x 50ml / 2ml CM2 = 10.0 mg NO-3 – N x 62 g/mol NO-3 L 14 g/ mol N CM2 = 44.28 mg NO-3 – N = 44.28 ppm NO-3 L Según el valor registrado en el espectrofotómetro Uv-visible : para una alícuota de 2ml de agua vida. CM2 x 2ml = C muestra 1 *50ml CM2= 0.402 x 50ml / 2ml CM2 = 10.05 mg NO-3 – N x 62 g/mol NO-3 L 14 g/ mol N CM2 = 44.51mg NO-3 – N = 44.51 ppm NO-3 L C) Para la muestra 3 -Con los datos de C muestra según grafico de papel milimetrado CM3 x 2ml = C muestra 1 *50ml CM3= 0.346 x 50ml / 2ml CM3 = 8.65 mg NO-3 – N x 62 g/mol NO-3 L 14 g/ mol N CM3 = 38.31 mg NO-3 – N = 38.31 ppm NO-3 L Según el valor registrado en el espectrofotómetro Uv-visible : para una alícuota de 2ml de agua vida. CM3 x 2ml = C muestra 1 *50ml CM3= 0.334 x 50ml / 2ml CM3 = 8.35 mg NO-3 – N x 62 g/mol NO-3 L 14 g/ mol N CM3 = 36.97mg NO-3 – N = 36.97 ppm NO-3 L 6.- TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

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TABLA Nº 1 SOLUCIÓN ESTÁNDAR MADRE (100 ppm) Solución de KNO3

0.3626 g /500ml

TABLA Nº 2 Preparación de patrones a partir de la solución intermedia (5ppm). Patrón 1 2 3 4 5

V(ml) 1 2 3 4 5

TABLA Nº 3 Muestra de Agua Vida (botella de 625 ml) Muestra M1 M2 M3

Volumen (ml) 2 ml 2 ml 2 ml

TABLA Nº 4 CURVA DE PATRONES Patrones P1 P2 P3 P4 P4

V de la solución estándar 1 2 3 4 5

Ppm NO-3 – N 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

TABLA Nº 5 ABSORBANCIA Vs. CONCENTRACION λ MÁXIMA = 202.80 ABSOR 0.337 Patrón P2 P3

ABSORBANCIA 0.112 0.200

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CONCENTRACIÓN (ppm) 0.2 0.3

P5

0.342

0.5

TABLA Nº 6 Análisis de las muestras con el espectrofotómetro (vm = 2ml) Muestra M1 M2 M3

Absorbancia 0.334 0.401 0.348

Concentración (ppm NO-3) 0.327 0.402 0.334

TABLA Nº 7 Calculo de la concentración de la muestra (Vm= 2 ml) Muestra

Por el método gráfico (ppm NO-3) 36.56 44.28 38.31

M1 M2 M3

Según espectrofotómetro (ppm NO-3) 36.20 44.51 36.97

7.-DISCUSIÓN DEL METODO EMPLEADO La determinación de nitratos en aguas es difícil dado los procedimientos complejos con los que se cuentan, la gran posibilidad de encontrar sustancias interferentes y los rangos de concentración limitados que presentan las diferentes técnicas. Entre los métodos que aparecen para la cuantificación de nitratos en aguas, se pueden citar: Cromatografía iónica, método espectrofotométrico ultravioleta selectivo, método del electrodo de nitrato, método de reducción de cadmio, método del cloruro titanoso, método automatizado de reducción de hidracina, método automático de reducción de cadmio. El método de reducción de hidracina se basa en la reducción de nitrato a nitrito, empleando como

agente

reductor

al

sulfato

de

hidracina.

Luego

el

nitrito

se

determina

espectrofotométricamente a 540 nm, longitud de onda que es absorbida por el colorante , que se forma por diazotación con sulfanilamida y apareamiento con diclorhidrato de N-(1-naftil)etilendiamina. El rango de aplicación de este método es de 0.01 a 10 mg N(NO3-)/L. El método espectrofotometrico ultravioleta, no es un método específico para la determinación de ion nitrato en agua y debe ser utilizado con los recaudos necesarios.Este método presenta la

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dificultad de no ser adecuado para el estudio de aguas contaminadas, es decir sólo es válida su aplicación para muestras de agua con bajo contenido en materia orgánica. Para la determinación de ion nitrato en aguas subterráneas, el método espectrofotométrico ultravioleta selectivo presenta como características principales la baja demanda de tiempo y reactivos necesarios y su fácil ejecución. Comparativamente, esta es una ventaja frente al método de la reducción con hidracina.

* En 1969 la Organización Mundial de la Salud (OMS) admitió como agua mineral natural toda agua no contaminada bacteriológicamente que procedente de una fuente subterránea natural o perforada, contiene una determinada mineralización y puede inducir efectos favorables para la salud, debiendo estar así reconocido por la autoridad pertinente del país de origen. Así mismo La Organización Mundial de la Saludconsidera que la concentración máxima en agua potable debe ser de 50 miligramos por litro.

8.- DISCUSION DE RESULTADOS OBTENIDOS

 El λmax es igual a 202.80 nm con absorbancia de 0.337.  Si se trabaja directamente con la solución stock habría nucho error por eso se trabaja con solución intermedia que es una solución diluida a partir de la solución madre.

 Para la curva de patrones es a partir de la dilución de la solución intermedia.  El blanco se utiliza para corregir (restar) las absorbancias de las interferencias.  Se añade HCl 1N para las interferencias que haber en el agua como carbonatos, hidróxidos, cloruros, etc. La materia orgánica también interfiere.  La celda utilizada es de cuarzo  En este equipo solo se cambia el contenido de la celda que tiene la muestra, la otra celda contiene el blanco, esto hace que los resultados sean mas precisos.  Para leer en UV no es necesaria que la muestra sea coloreada.

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 La tecnica utilizada es solamente para seleccionar muestras con bajo contenido de materia orgánica.

 Los resultados obtenidos de la concentración de NO3-, N- son por debajo de lo permitido de 50 ppm según la OMS. Por tanto de esto se concluyó que el “Agua Vida” es apta para el consumo humano.

 En este metodo es necesario ser muy exactos en las mediciones porque se trata de cantidades muy pequeñas.

9.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

 Las sustancias absorben la luz que posse una longitud de onda caracteristica para dicha sustancia y una fuente de luz de deuterio.

 La sensibilidad del instrumento empleado permite la identificacion de sustancias que pueden estar presentes como trazas.  Los instrumentos de doble haz hacen medidas de forma prácticamente continua de la luz que atraviesa las celdas de la muestra y de la referencia.

 El equipo utilizado es el espectrofotometro UV – visible, Shimadzu 1700 de doble haz (puede leer a la vez dos celdas).

 Para evitar los efectos adversos del nitrato sobre la salud humana, la concentración del mismo a sido limitada en aguas de bebida a 45 mgNO3-/L en Estados Unidos, 55 mgNO3-/L en Europa7 y 45 mgNO3-/L en Argentina.

 Agitar vigorosamente los patrones y muestras antes de cada lectura ya que si no se efectúa este procedimiento el equipo no leerá correctamente las absorbancias.

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 No tocar con los dedos las paredes de las celdas por donde debe pasar la luz, las huellas dactilares dispersan y absorben la luz es por eso que se coge de las partes opacas.  La boca de la pipeta debe estar seca para que el líquido contenido baje con facilidad.

 Los resultados obtenidos de la concentración de NO3-, N- son por debajo de lo permitido de 50 ppm según la OMS. Por tanto de esto se concluyó que el “Agua Vida” es apta para el consumo humano.

10.- BIBLIOGRAFIA

 Skoog D. West D. Analisis Instrumental Edit. Mc. Graw Hill Mexico 1992

 http://www.sma.df.gob.mx/sma/download/archivos/secofi_nmx_aa_079_scfi_2001.pdf

 http://www.advmex.com/espectrofotometro_uv.htm

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 http://www.scielo.br

 http://www.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/capitulos_fluoreciencia/ca laguas_cap14.pdf#search=%22determinacion%20de%20nitratos%20en%20agua %20mediante%20espectrofotometria%22

 http://www.agua-mineral.net/592/manantial-de-agua-sin-nitratos/

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