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VALIDACIÓN MÉTODOS ANÁLITICOS (µDQO, HIERRO, H2O2, COT) EN AGUAS
OLGA YAJAIRA CHICA MARTÍNEZ
NATALIA FERNANDA GALVIS CABALLERO
JULIANA MADRID ACEVEDO
Asesor Margarita María Hincapié Pérez
M.Sc. Ciencias Químicas
UNIVERSIDAD DE MEDELLÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
MEDELLÍN
2007
2
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN.............................................................................................................. 4
OBJETIVOS...................................................................................................................... 5
OBJETIVO GENERAL...................................................................................................... 5
OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................................................ 5
1. VALIDACIÓN MÉTODOS ANÁLITICOS.................................................................. 6
1.1. Limite de Detección del Método (LDM) ................................................................ 6
1.2. Limite de Cuantificación del Método (LCM) ......................................................... 8
1.3. Linealidad ............................................................................................................. 9
1.4. Exactitud ............................................................................................................. 10
1.5. Precisión ............................................................................................................. 12
1.6. Recuperación...................................................................................................... 13
1.7. Error fotométrico................................................................................................. 14
2. DEFINICIONES ..................................................................................................... 15
3. DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO)......................................................... 16
3.1. Limitaciones e interferencias .............................................................................. 17
3.2. Toma y preservación de muestras..................................................................... 18
3.3. Equipos y reactivos............................................................................................. 18
3.4. Procedimiento..................................................................................................... 19
3.5. Cálculo ................................................................................................................ 19
4. DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DBO) ................................................... 20
4.1. Limitaciones e interferencias .............................................................................. 21
4.2. Toma y preservación de las muestras ............................................................... 22
4.3. Equipos y reactivos............................................................................................. 22
4.4. Procedimiento..................................................................................................... 23
4.5. Cálculo. ............................................................................................................... 24
3
5. HIERRO.................................................................................................................. 25
5.1. Limitaciones e interferencias .............................................................................. 25
5.2. Equipos y reactivos............................................................................................. 25
5.3. Procedimiento..................................................................................................... 26
5.4. Calculo ................................................................................................................ 26
6. DETERMINACION DE PERÓXIDO DE HIDRÓGENO ......................................... 26
6.1. Limitaciones e interferencias .............................................................................. 27
6.2. Equipos y reactivos............................................................................................. 27
6.3. Procedimiento..................................................................................................... 27
6.4. Calculo ................................................................................................................ 27
7. CARBONO ORGÁNICO TOTAL (COT)................................................................. 27
7.1. Limitaciones e interferencias .............................................................................. 29
7.2. Principio .............................................................................................................. 29
7.3. Toma y conservación de la muestra .................................................................. 31
7.4. Equipos y reactivos............................................................................................. 31
7.5. Procedimiento..................................................................................................... 31
8. VALIDACIÓN.......................................................................................................... 34
BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................... 35
4
INTRODUCCIÓN
La validación de métodos analíticos se enmarca en las buenas prácticas de laboratorio
que buscan certificar los procedimientos, equipos, personal, métodos, registros, control
e instalaciones para la obtención de resultados confiables. En la validación se
asegura la calidad y validez de los resultados obtenidos en los ensayos, esto teniendo
en cuenta el tipo de muestra con la cual se trabaja, el equipo que se utiliza para la
determinación y el principio del método.
La validación para análisis en aguas busca garantizar que los procedimientos
utilizados para la estimación de un parámetro son los adecuados y su resultado tiene
un margen de error muy pequeño, casi despreciable. Según las necesidades de las
practicas que se llevan a cabo en el laboratorio del grupo de investigaciones GEMA,
se validaron los análisis de Demanda Química de Oxígeno (DQO), Determinación de
Hierro y de Peróxido de Hidrogeno, además se recomendó el procedimiento a seguir
para la validación de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) y la determinación
de Carbono Orgánico Total (COT).
La validación de estos métodos es importante para probar que todos los análisis que
se llevan a cabo en el laboratorio del grupo de investigaciones GEMA, ya sea para
investigación o prestación de servicios, son validos y cumplen con los requerimientos
de desempeño técnico para cada prueba, con un nivel alto de confianza, creando
confianza y garantizando la seguridad del producto,
5
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Realizar el protocolo de validación de los métodos analíticos para análisis de agua
utilizados en el laboratorio del grupo GEMA en la Universidad de Medellín, que son:
Demanda Química de Oxígeno (DQO), Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO),
Carbono Orgánico Total (COT), Determinación de Hierro y determinación de Peróxido
de Hidrógeno y desarrollar el protocolo de validación para la DQO, determinación de
Hierro y Peróxido de Hidrógeno.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Definir las características de validación que se emplearan en cada uno de los
protocolos.
Comprobar el límite de detección, el límite de cuantificación, la exactitud y precisión de
la Demanda Química de Oxígeno (DQO), Determinación de Hierro y determinación de
Peróxido de Hidrógeno.
Determinar el error fotométrico del análisis para la determinación de Hierro.
Verificar la linealidad en los rangos de trabajo para la Demanda Química de Oxígeno
(DQO) y la Determinación de Hierro.
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1. VALIDACIÓN MÉTODOS ANÁLITICOS
La validación de métodos analíticos tiene por objeto establecer por medio de prácticas
de laboratorio que demuestren científicamente que un método analítico tiene las
características de desempeño que son adecuadas para los objetivos buscados, las
pruebas a validar son cuantitativas: Demanda Química de Oxígeno (DQO), Demanda
Bioquímica de Oxígeno (DBO), Hierro, Peróxido de Hidrógeno, Carbono Orgánico
Total (COT)
Implica la demostración de la determinación de las fuentes de variabilidad y del error
sistemático y al azar de cada uno de los procedimientos, no solo dentro de la
calibración sino en el análisis de muestras reales.
La validación de métodos analíticos, incluye la adecuación a la finalidad y propósito
perseguido y por ende la definición de los requisitos analíticos y los parámetros de
calidad buscados en la investigación.
Los métodos a validar son cuantitativos y las características de validación que
necesitan ser evaluadas son;
§ Límite de detección
§ Límite de cuantificación
§ Rango y linealidad
§ Exactitud, veracidad, precisión
§ Error fotométrico
1.1. Limite de Detección del Método (LDM)1
Cantidad más pequeña de analito en una muestra que puede ser detectada por una
única medición, con un nivel de confianza determinado, pero no necesariamente
cuantificada con un valor exacto. Es comúnmente expresado como concentración del
analito.
1 [ISO 3431] Citado por: ANGELINI, Nora. Consultora internacional de la FAO. Taller sobre aseguramiento de la calidad y validación de metodología para análisis químicos. <http://www.rlc.fao.org/prior/comagric/codex/rla3013/pdf/faovali.pps>
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El límite de detección del método, LDM, es la menor concentración o cantidad de
analito en una muestra que puede ser detectada, pero no necesariamente
cuantificada, bajo las condiciones experimentales establecidas en la etapa de
evaluación de la selectividad.
Para la determinación del LDM en los laboratorios se aplica el siguiente procedimiento:
− Preparar de 7 a 10 estándares de concentración mínima y medir su concentración
siguiendo el protocolo de análisis, utilizando como blanco agua destilada cuando
aplique.
− Calcular la desviación estándar s.
− Calcular el LDM aplicando la ecuación (1)
)1(95.0 −×= ntsLDM (1)
Donde LDM: límite de detección del método.
s: desviación estándar del estándar utilizado
t x(n-1): distribución t de Student para n-1 grados de libertad, con una
confianza x = 0.95
n: número de replicas.
El criterio de aceptación del valor estimado para el LDM está relacionado con la
experiencia del analista en la aplicación del método. Igualmente los datos obtenidos
permiten el cálculo del Coeficiente de Variación mediante la aplicación de la ecuación
2.
100×
=
Xs
CV (2)
Donde CV: Coeficiente de Variación, en porcentaje.
X: Valor promedio del estándar utilizado.
Si el valor obtenido para el CV es menor al 20% se acepta el valor estimado para el
LDM. De lo contrario se rechaza dicha estimación y se procede a la realización de
nuevos análisis.
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1.2. Limite de Cuantificación del Método (LCM)2
Cantidad más pequeña del analito en una muestra que puede ser cuantitativamente
determinada con exactitud aceptable. Es un parámetro del análisis cuantitativo para
niveles bajos de compuestos en matrices de muestra y se usa particularmente para
impurezas y productos de degradación. Se expresa como concentración del analito.
El límite de cuantificación, también conocido como límite de determinación, es la
menor concentración o cantidad de analito de una muestra que puede ser
determinada con aceptable precisión y exactitud bajo las condiciones experimentales
establecidas.
Para el cálculo del límite de cuantificación se aplicará la siguiente relación, la cual es
una función proporcional del valor obtenido para el LDM:
LDMKLCM ×= (3)
Donde LCM: límite de cuantificación del método.
K: factor multiplicativo comprendido entre 10 a 20 veces el límite de
detección del método y dependiente de la técnica analítica empleada.
LDM: límite de detección del método.
El valor obtenido mediante la aplicación de la ecuación (3) debe ser verificado
experimentalmente mediante el cálculo de su repetibilidad y su reproducibilidad. Para
ello se procede de la siguiente manera para su confirmación:
− Preparar de 7 a 10 soluciones estándar de la concentración hallada para el límite
de cuantificación LCM.
− Calcular la desviación estándar s y el valor promedio X de las concentraciones
estándares, al n-1 grado de libertad para un nivel de confianza de acuerdo ala
especilidad del laboratorio.
2 [ISO 3431] Citado por: ANGELINI, Nora. Consultora internacional de la FAO. Taller sobre aseguramiento de la calidad y validación de metodología para análisis químicos. <http://www.rlc.fao.org/prior/comagric/codex/rla3013/pdf/faovali.pps>
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Si el coeficiente de variación de los datos obtenidos es menor al 20%, se acepta dicho
resultado como valor estimado para el LCM. De lo contrario se hace necesario aplicar
un nuevo factor de proporcionalidad K y repetir el procedimiento anterior.
1.3. Linealidad 3
Ámbito entre la menor y la mayor concentración de analito en la muestra (incluyendo
éstas concentraciones) para las cuales se ha demostrado que el procedimiento
analítico tiene el nivel adecuado de precisión, exactitud y linealidad.
La linealidad es la capacidad del método analítico para producir resultados
directamente proporcionales a la concentración o cantidad de analito en un rango
definido. Se determina mediante el tratamiento matemático de los resultados del
análisis del analito a diferentes cantidades o concentraciones.
En el extremo bajo del rango de concentraciones los factores limitantes son los valores
de los límites de cuantificación. En el valor superior de las concentraciones las
limitaciones pueden ser impuestas por varios efectos que dependen de la respuesta
del sistema de medición empleado. La extensión del rango lineal puede ser
establecida durante la evaluación del rango de trabajo o será el recomendado en el
respectivo protocolo de análisis.
Para las técnicas analíticas en las cuales es necesario elaborar curva de calibración,
se debe incluir:
− un blanco de reactivos;
− una serie de por lo menos cinco estándares o niveles de concentración;
− los niveles deberán estar proporcionalmente espaciados;
− se repetirán como mínimo por triplicado cada nivel.
Para la elaboración de la curva de calibración se aplica el método de los mínimos
cuadrados, para la cual el coeficiente de correlación debe ser cercano a 1,00. El
criterio de aceptación de la curva de calibración será que su coeficiente de regresión
sea superior a 0,99 como mínimo.
3 [AOAC-PVMC] Citado por: ANGELINI, Nora. Consultora internacional de la FAO. Taller sobre aseguramiento de la calidad y validación de metodología para análisis químicos. <http://www.rlc.fao.org/prior/comagric/codex/rla3013/pdf/faovali.pps>
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La curva de trabajo se reevaluará con niveles de concentración inferior, media o
superior respecto a los valores de referencia de la curva. Si la desviación del valor
obtenido es igual o mayor al 10% con respecto al valor esperado se debe proceder a
la elaboración de una nueva curva de calibración.
Estas curvas de calibración deberán ser actualizadas o renovadas como mínimo cada
año.
1.4. Exactitud
Expresa la cercanía entre el valor que es aceptado, sea como un valor convencional
verdadero (material de referencia), sea como un valor de referencia aceptado (material
estándar) y el valor encontrado (valor promedio) obtenido al aplicar el procedimiento
de análisis un cierto número de veces.
La exactitud es la concordancia entre el promedio de un conjunto de resultados o de
un resultado individual y el valor aceptado como verdadero o correcto para la cantidad
medida. [IUPAC, Compendium of Chemical Technology, 1985]4
Para la determinación de la exactitud del método analítico se procede de la siguiente
manera:
− Se preparan de 7 a 10 veces un estándar de concentración conocida a partir de un
material de referencia y cuyo nivel de concentración se encuentre dentro del rango
de trabajo.
− Se determina su concentración en la curva de calibración obtenida en el numeral
de linealidad.
− Se calcula el valor promedio X y la desviación estándar s de los resultados
obtenidos.
− Los límites aceptables de exactitud deben estar determinados por los
requerimientos de los resultados y su aceptabilidad se da estadísticamente con la
prueba t de Student, con un límite de confianza que normalmente es el 95% y n-1
grados de libertad.
trabtt ⟨exp
4 Citado por: requerimientos para la validación interna de métodos analíticos y presentación de informes de validación. (Citada: 29 Abril de 2007). <http://www.senasa.gov.ar/oldweb/marcolegal/Res_rs2/rs_138_02_cont__2.htm>
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donde,
( ) snXXt promedioreal −=exp
donde, texp : valor experimental obtenido de t.
ttab : valor tabulado de t. Para n-1 grados de libertad.
Xreal : valor real o de referencia
Xpromedio : valor promedio obtenido para n determinaciones.
n : número de determinaciones realizadas.
s : desviación estándar de las n determinaciones
Si texp es menor al valor de ttab se acepta que el método es exacto bajo las condiciones
de experimentación establecidas. Si dicho valor es mayor se rechaza, se evalúa y se
corrige.
También es posible calcular la exactitud a partir del análisis de una matriz enriquecida
con el analito de referencia y se calcula la recuperación (%R ).
( )CV
nRt %100exp −=
donde t exp. : t experimental
%R : Recuperación, en porcentaje
n : Número de réplicas
CV : Coeficiente de variación, en porcentaje.
Los materiales de referencia para la validación a utilizar en el laboratorio en
consecuencia pueden ser:
− Un material enriquecido con materiales puros certificados u otros materiales de
pureza y estabilidad adecuadas.
− Un material bien caracterizado probados en el laboratorio para estabilidad y
conservados para Control de Calidad (QC)
− Para métodos que se van a emplear dentro del laboratorio por largo tiempo se
puede emplear un material estable existente en el laboratorio o un material
certificado. Para trabajos de corta duración se puede emplear un estándar
preparado o un enriquecimiento.
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1.5. Precisión
Precisión obtenida dentro del laboratorio por diferentes analistas, diferentes equipos,
días distintos con la misma muestra homogénea.
Es el grado de concordancia entre los resultados de las pruebas individuales cuando el
procedimiento se aplica repetidamente a la misma muestra.
Las dos mediciones más comunes de precisión son la repetibilidad y la
reproducibilidad. La repetibilidad da idea de la clase de variabilidad que puede
esperarse, cuando un método es realizado por un solo analista en un mismo equipo
durante un período corto. Si la muestra es analizada por varios laboratorios para
efectos de comparación se obtiene una medición más significativa de la precisión y es
la reproducibilidad.
Los datos que se obtienen en las determinaciones del LDM, LCM, la linealidad, la
exactitud y el porcentaje de recuperación permiten evaluar la repetibilidad y la
reproducibilidad, y de todos ellos, los obtenidos en la determinación de la linealidad
serán los más representativos.
La precisión usualmente se expresa con la desviación estándar o con la desviación
estándar relativa.
El procedimiento a seguir en el cálculo de la precisión consiste en:
− Tomar y tabular los datos obtenidos.
− Calcular el promedio de los datos X y la desviación estándar s (en términos de la
diferencia absoluta).
− Calcular el coeficiente de variación.
Si el CV es menor o igual al 10% se acepta que el método de análisis es preciso, de lo
contrario se cuestiona su precisión.
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1.6. Recuperación5
Es la recuperación obtenida de una cantidad conocida agregada de la sustancia de
interés a una matriz dada.
La fracción de analito adicionado a la matriz, antes del análisis, las muestras no
adicionadas y el porcentaje de recuperación (%R) se calculan de la siguiente manera:
100% ×
−
=CA
CUCFR (4)
donde CF : concentración del analito medido en la muestra enriquecida
CU : concentración del analito medido en la muestra no enriquecida
CA : concentración del analito adicionado(valor medido, no
determinado por el método)
Con la determinación del porcentaje de recuperación del método se evalúa el efecto
que tiene cada tipo de matriz que vaya a analizarse, y por tanto, se establece si el
método aplica o no a ese tipo de matriz específica.
Para determinar la recuperación se procederá de la siguiente forma:
− Se enriquece la matriz en estudio mediante la adición de estándares de
concentración definida, por triplicado y para tres niveles de concentración que se
incluyan dentro del rango de trabajo (estos se llamarán nivel inferior, medio y
superior)
Para la aceptación de los resultados los valores de la recuperación deben oscilar entre
el 70% al 110% y el coeficiente de variación debe ser igual o menor al 20%
El porcentaje de recuperación permite evaluar las interferencias que estan presentes
en la matriz a la hora de realizar la prueba. Por ejemplo la interferencia del peroxido
de hidrogeno (H2O2) en la prueba de Demanda Química de Oxígeno (DQO)
5 [AOAC-PVMC] Citado por: ANGELINI, Nora. Consultora internacional de la FAO. Taller sobre aseguramiento de la calidad y validación de metodología para análisis químicos.
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1.7. Error fotométrico
La exactitud y precisión de los análisis espectroscópicos frecuentemente están
limitadas por la incertidumbre o ruido asociado al instrumento. Las mediciones en
espectroscopia implican; un ajuste a 100% T (o su contraparte en Absorbancia) y
finalmente el medir la Tramitancia o Absorbancia de la solución.
El ruido generado en cada uno de esos procesos da finalmente un valor total de
incertidumbre en la medición. (Error Fotométrico).
Como consecuencia de lo anteriormente mencionado la precisión en la lectura de
absorbancia, esta limitada por altos y bajos valores de ésta.
Otra forma de interpretar el hecho de que a bajos y altos valores de absorbancia o
tramitancia el grado de incertidumbre sea grande es considerando que a bajas
absorbancia la intensidad del haz incidente y transmitido es prácticamente igual y el
detector incurre en un error grande al percibir la intensidad de dos haces muy
semejantes. A altos valores de absorbancia la energía transmitida es tan pequeña que
no es posible medirla con precisión. La Mayor precisión es obtenida en un rango de 15
% de tramitancia (A= 0.8) a 65% de la misma (A=0.20), por lo que si se desea obtener
resultados de alta precisión, es conveniente diluir o concentrar la muestra hasta que
su absorbancia o tramitancia esté dentro de este rango.
Para el cálculo del error fotométrico se procede a medir 10 veces el mismo estándar,
preferiblemente el de la mitad de la curva de calibración, en la misma celda.
∑ −=∆ 2*
%%%
nTiTprom
T
%100%5.2
×∆×
=m
TétricoErrorfotom
Donde; m: pendiente de la curva de calibración del método
Ti: Porcentaje de tramitancia para cada replica
Tprom: Porcentaje de tramitancia promedio
n: número de replicas
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2. DEFINICIONES 6
MATERIAL DE REFERENCIA (ESTANDARES): Material o sustancia, en el cual una o
más de sus propiedades están suficientemente bien establecidas para que sea usado
en la calibración de un aparato, la estimación de un método de medición o para
asignar valores a los materiales.
METODO ANALITICO: Adaptación específica de una técnica analítica para un
propósito de medición seleccionado
PROCEDIMIENTO ANALITICO: Forma en que se realiza el análisis. Debe describir en
detalle los pasos necesarios para realizar cada prueba analítica. Puede incluir, pero no
necesariamente los siguientes conocimientos: características de la muestra,
preparación de los estándares de referencia y reactivos, uso de los aparatos o
instrumentos, generación de la curva de calibración, uso de fórmulas para los cálculos.
SESGO: se usa en el sentido de exactitud de un promedio a largo plazo (valor
esperado) de una serie de promedios. Es la diferencia en el valor esperado
(teóricamente igual al promedio de un número infinito de valores individuales
independientes) del valor verdadero, correcto o asumido.
TRAZABILÍDAD: propiedad del resultado de una medición o del valor de un patrón por
el cual pueda ser relacionado a referencias determinadas, generalmente, patrones
nacionales o internacionales, por medio de una cadena ininterrumpida de
comparaciones teniendo todas, incertidumbres determinadas.
ANALITO: Sustancia o compuestos que se buscan en el proceso de análisis.
BLANCO: Sistema físico que no contiene muestra real y por consiguiente no deberá
contener el analito de interés, pero que debe contener todos los reactivos que se
utilizan en el método de análisis y son sometidos a las mismas condiciones y al mismo
procedimiento que las muestras reales y los estándares.
6 Ministerio de Salud de Costa Rica. Guía de Validación de Métodos Analíticos. (Citado: Marzo
30 de 2007).
<http://www.ministeriodesalud.go.cr/protocolos/guiavalidacionmetodosanaliticos.pdf>
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ENRIQUECIMIENTO: Cantidades pequeñas del compuesto de interés que se agregan
ala muestra original.
MATRIZ: El material en el cual el analito o analitos de interés están embebidos.
MUESTRA: El término se refiere a cada sistema físico que sea sometido al
procedimiento de análisis siguiendo el método que se está validando.
INCERTIDUMBRE: una estimación unida al resultado de un ensayo que caracteriza el
intervalo de valores de ntro de los cuales se afirma que está el valor verdadero.
3. DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO)
La Demanda Química de Oxígeno (DQO), es la cantidad de equivalentes-gramos de
agente oxidante gastados en la oxidación de los compuestos presentes en el agua,
expresada en mg de Oxígeno por litro de solución de agua (mg/L).
La Demanda química de Oxígeno (DQO), es un ensayo ampliamente usado para
medir la contaminación por los desechos domésticos e industriales. Esta prueba mide
la cantidad total de Oxígeno requerido para la oxidación química de los compuestos
presentes en una muestra de agua residual, bajo condiciones específicas de agente
oxidante, temperatura y tiempo.
Catalizador
MO + MI + AGENTE OXIDANTE ------------------> m (CO2) + H2O + Otros.
MO: Materia orgánica.
MI: Materia inorgánica oxidable.
Bajo las condiciones del análisis y especialmente en la presencia del catalizador de
Ag2SO4, se tiene una oxidación completa (teórica) de todos los compuestos orgánicos
a CO2, H2O, NH4+, H3PO4, SO4
-2, etc.
Existen dos métodos para determinar la DQO, el método del reflujo abierto, empleado
para una amplia gama de residuos en el cual se emplea gran cantidad de muestra y
reactivos, y el método del reflujo cerrado o micro DQO, donde se utilizan pequeñas
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concentraciones de muestra y reactivos, lo cual lleva a reducir costos y tiempo de
análisis. En nuestro caso específico, se emplea el método de la micro – DQO; el cual
tiene como proceso analítico:
• Medir el volumen de muestra (2.5 ml)
• Adicionar el reactivo de digestión (1.5 ml)
• Adicionar el reactivo de ácido sulfúrico (3.5 ml)
• El digestor se calienta por 20 minutos (a 150ºC) antes de colocar los tubos o
celdas de digestión; y luego se colocan los tubos en digestión por dos horas.
• Se deja enfriar las muestras, se calibra el equipo con el blanco
(espectrofotómetro) a λ = 600 nm y se lee la absorbancia para luego hallar la
concentración en mg/L de DQO de la muestra con la curva de calibración.
Las sustancias orgánicas e inorgánicas oxidables presentes en la muestra, se oxidan
mediante reflujo cerrado en solución fuertemente ácida (H2SO4) con un exceso
conocido de dicromato de potasio (K2Cr2O7) en presencia de sulfato de plata (Ag2SO4)
que actúa como agente catalizador, y de sulfato mercúrico (HgSO4) adicionado para
remover la interferencia de los cloruros. Después de la digestión, el oxígeno
consumido se determina mediante lectura espectofotométrica a una longitud de onda
de 600 nm contra estándares.
El método de reflujo cerrado es más económico en el uso de reactivos de sales
metálicas, pero para obtener resultados reproducibles requiere la homogenización de
muestras que contengan sólidos suspendidos.
Para muestras de un origen específico, la DQO se puede relacionar empíricamente
con la DBO, el carbono orgánico o la materia orgánica; la prueba se usa para controlar
y monitorear después que se ha establecido la correlación.
3.1. Limitaciones e interferencias
• Compuestos alifáticos, éstos no se oxidan apreciablemente
• Haluros, los cuales interfieren en la oxidación de la materia orgánica, Si hay
cloruros presentes pueden interferir, ya que son oxidados por el dicromato
según la siguiente reacción:
18
6Cl- + Cr2O72- + 14 H+ → 3Cl2 + 2Cr+3 + 7H2O
La interferencia se inhibe adicionando sulfato de mercurio (HgSO4), el Hg+2
reacciona con los cloruros precipitando cloruro de mercurios (HgCl), según la
siguiente reacción:
Hg+2 + 2Cl- → HgCl (precipitado)
• Las especies inorgánicas reducidas, tales como iones ferroso, sulfuro,
manganoso, etc., se oxidan cuantitativamente bajo las condiciones de la
prueba; para concentraciones altas de estas especies, se pueden hacer las
correcciones al valor de DQO obtenido, según los cálculos estequiométricos en
caso de conocer su concentración inicial.
• El peróxido de hidrógeno (H2O2), esta interferencia se elimina con oxido de
manganeso.
3.2. Toma y preservación de muestras
Colectar las muestras en botellas de vidrio preferiblemente; el uso de envases
plásticos es permisible si se asegura la ausencia de contaminantes orgánicos.
Las muestras que contengan sólidos sedimentables deben mezclarse con un
homogenizador para obtener una muestra representativa.
3.3. Equipos y reactivos
Bloque de calentamiento, de aluminio fundido, de 40 a 50 mm de profundidad, con
agujeros de diámetro adecuado para un ajuste cerrado de los tubos o ampollas de
digestión.
Espectrofotómetro, para realizar lecturas a 600 nm, con porta celdas.
Solución de digestión. 10,216 g de K2Cr2O7, grado estándar primario, previamente
secado a 103°C durante 2 horas, 167 mL de H2SO4 concentrado, y 33,3 g de HgSO4.
Disolver, enfriar a temperatura ambiente y diluir a 1000 mL.
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Reactivo de ácido sulfúrico. Agregar Ag2SO4, grado reactivo o técnico, en cristales o
en polvo, a una cantidad de H2SO4 concentrado en proporción de 5,5 g de Ag2SO4/kg
H2SO4 (aproximadamente 545 mL de ácido). Dejar en reposo de 1 a 2 días para que
se disuelva el Ag2SO4.
Ftalato de potasio e hidrógeno (KHP) estándar. Triturar ligeramente y secar biftalato
de potasio (HOOCC6H4COOK) a 120ºC hasta peso constante. Disolver 425 mg en
agua destilada y llevar a 1000 mL. El biftalato tiene una DQO teórica de 1,176 mg
O2/mg y la solución tiene una DQO teórica de 500 µg O2/mL. La solución es estable
hasta tres meses si se conserva refrigerada; se debe verificar la presencia o ausencia
de crecimiento biológico, y en caso afirmativo descartarla.
3.4. Procedimiento
Tratamiento de muestras. Lavar los tubos según los procedimientos de lavado, con
agua, jabón, solución de HCl y agua destilada. Colocar las muestras, el blanco y uno o
más estándares en los tubos y agregar solución de digestión. Agregar
cuidadosamente reactivo de ácido sulfúrico por la pared del tubo de tal manera que se
forme una capa de ácido debajo de la mezcla de muestra y solución digestora. Tapar
herméticamente los tubos, e invertirlos varias veces para mezclar completamente el
contenido. Colocar los tubos o las ampollas en el bloque de calentamiento o en un
horno precalentado a 150ºC, y dejar en reflujo durante 2 horas. Enfriar a temperatura
ambiente
Medición de la reducción del dicromato. Invertir varias veces los tubos fríos y dejar
sedimentar los sólidos antes de medir la absorbancia a un ? = 600nm. Desalojar los
sólidos que se adhieren a las paredes mediante golpes ligeros.
3.5. Cálculo
muestra de mL1000 final volumeelen O mg
/LO mg como DQO 22
×=
20
4. DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DBO)
La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) es una prueba usada para la determinación
de los requerimientos de oxígeno para la degradación bioquímica de la materia
orgánica en las aguas residuales; su aplicación permite calcular los efectos de las
descargas de los efluentes domésticos e industriales sobre la calidad de las aguas de
los cuerpos receptores.
La prueba de la DBO es un procedimiento experimental, tipo bioensayo, que mide el
oxígeno requerido por los organismos en sus procesos metabólicos al consumir la
materia orgánica presente en las aguas residuales o naturales. Las condiciones
estándar del ensayo incluyen incubación en la oscuridad a 20ºC por un tiempo
determinado, generalmente cinco días. Las condiciones naturales de temperatura,
población biológica, movimiento del agua, luz solar y la concentración de oxígeno no
pueden ser reproducidas en el laboratorio. Los resultados obtenidos deben tomar en
cuenta los factores anteriores para lograr una adecuada interpretación.
Las muestras de agua residual o una dilución conveniente de las mismas, se incuban
por cinco días a 20ºC en la oscuridad. La disminución de la concentración de oxígeno
disuelto (OD), medida por el método Winkler o una modificación del mismo, durante el
periodo de incubación, produce una medida de la DBO.
Las muestras para análisis de DBO deben diluirse, para garantizar suficiente oxigeno
para los microorganismos en los cinco días a las condiciones del bioensayo. La
dilución se lleva a cabo con un agua que contiene todos los minerales inorgánicos
necesarios para el crecimiento microbiano, tamponada a un pH fisiológico. El oxígeno
se suministra por saturación de la muestra, o del agua de dilución, con aire.
Los microorganismos se suministran mediante siembra en el agua de dilución de una
semilla (inóculo) apropiada: normalmente aguas negras sedimentadas, efluente de
plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas, o en algunos casos
microorganismos aclimatados al sustrato particular de interés.
El método de determinación de la DBO consiste en llenar con muestra al menos cuatro
frascos winkler de 300 ml, incubar tres de ellos a 20 +/- 1ºC por cinco días. Medir el
oxígeno disuelto inicial en el frasco y el oxígeno disuelto final después del período de
incubación. La disminución de la concentración de oxígeno disuelto (OD), medida por
21
el método winkler o una modificación del mismo, durante el periodo de incubación,
produce una medida de la DBO.
Para una oxidación completa se requiere un tiempo infinito, pero para propósitos
prácticos se considera que la reacción se completa en 20 días; sin embargo por ser este
un período muy largo, la experiencia ha demostrado que aproximadamente entre el 70 y
80 % de la DBO se ejerce en cinco días es por esto que históricamente la prueba se ha
desarrollado en este período.
Requerimientos de dilución. Si el agua de dilución es de baja calidad, su DBO
aparecerá como DBO de la muestra, efecto que será amplificado por el factor de
dilución, y el resultado tendrá una desviación positiva. El método de análisis debe
incluir agua de dilución de verificación y agua de dilución como blanco para establecer
su calidad, mediante la medición del consumo de oxígeno con una mezcla orgánica
conocida, generalmente glucosa y ácido glutámico. La fuente del agua de dilución
puede ser: destilada a partir del agua de grifo, o agua libre de sustancias orgánicas
biodegradables o bioinhibitorias tales como cloro o metales pesados. El agua destilada
puede contener amoniaco o compuestos orgánicos volátiles; el agua desionizada
también puede estar contaminada con compuestos orgánicos solubles lixiviados del
lecho de la resina; el uso de destiladores con conductos o accesorios de cobre en las
líneas de agua destilada pueden producir agua con cantidades excesivas de cobre,
que actúa como biocida.
4.1. Limitaciones e interferencias
La presencia de compuestos de nitrógeno interfiere positivamente en la DBO cuando
el período de incubación es mayor de ocho días; en este caso se debe inhibir la
nitrificación.
Concentraciones altas de compuestos tóxicos matan la población microbiana dando
lugar a bajas DBO; en este caso una dilución de la muestra puede disminuir la
toxicidad.
Existen numerosos factores que afectan la prueba de la DBO, entre ellos la relación de
la materia orgánica soluble a la materia orgánica suspendida, los sólidos
sedimentables, los flotables, la presencia de hierro en su forma oxidada o reducida, la
presencia de compuestos azufrados y las aguas no bien mezcladas. Al momento no
existe una forma de corregir o ajustar los efectos de estos factores.
22
4.2. Toma y preservación de las muestras
Si el análisis se emprende en el intervalo de 2 h después de la recolección no es
necesario refrigerarlas; de lo contrario, guardar la muestra a 4ºC o menos; reportar
junto con los resultados el tiempo y la temperatura de almacenamiento. Bajo ningún
concepto iniciar el análisis después de 24 h de haber tomado la muestra.
Para garantizar que en la muestra exista un consumo de oxígeno adecuado, se espera
que como mínimo existan 2 mg OD/l a los cinco días de incubación para que el
análisis sea considerado válido.
4.3. Equipos y reactivos
Botellas de incubación para la DBO (Winkler), de 250 a 300 mL de capacidad.
Lavarlas con detergente, HCl y agua destilada, enjuagarlas varias veces, y escurrirlas
antes de su uso. Para evitar la entrada de aire en la botella de dilución durante la
incubación, se debe utilizar un sello de agua, que se puede lograr satisfactoriamente
invirtiendo las botellas en un baño de agua o adicionando agua en el reborde cóncavo
de la boca de las botellas especiales para la DBO. Colocar una copa de papel sobre la
boca de la botella para reducir la evaporación del sello de agua durante la incubación.
Incubadora de aire o baño de agua, controlada termostáticamente a 20 ± 1ºC; excluir
cualquier fuente luminosa para eliminar el proceso de producción fotosintética de OD.
Solución tampón de fosfato: Disolver 8,5 g de KH2PO4, 21,75 g de K2HPO4, 33,4 g de
Na2HPO4.7H2O, y 1,7 g de NH4Cl en aproximadamente 500 mL de agua destilada y
diluir a 1L. El pH debe ser 7,2 sin posteriores ajustes. Si se presenta alguna señal de
crecimiento biológico, descartar este o cualquiera de los otros reactivos.
Solución de sulfato de magnesio: Disolver 22,5 g de MgSO4.7H2O en agua destilada y
diluir a 1L.
Solución de cloruro de calcio: Disolver 27,5 g de CaCl2 en agua destilada y diluir a 1L.
Solución de cloruro férrico: Disolver 0,25g de FeCl3.6H2O en agua destilada, diluir a 1L
Soluciones ácida y alcalina, 1 N, para neutralización de muestras cáusticas o ácidas.
23
Acido. A un volumen apropiado de agua destilada agregar muy lentamente y mientras
se agita, 28 mL de ácido sulfúrico concentrado; diluir a 1L.
Alcalina. Disolver 40 g de hidróxido de sodio en agua destilada y diluir a 1L.
Solución de sulfito de sodio: Disolver 1,575 g de Na2SO3 en 1000 mL de agua
destilada. Esta solución no es estable y se debe preparar diariamente.
Inhibidor de nitrificación: 2-cloro-6-(triclorometil) piridina.
Solución de glucosa-ácido glutámico: Secar a 103ºC por 1 h glucosa y ácido glutámico
grado reactivo. Disolver 150 mg de glucosa y 150 mg de ácido glutámico en agua
destilada y diluir a 1L. Preparar inmediatamente antes de su uso.
Solución de cloruro de amonio: Disolver 1,15 g de NH4Cl en 500 mL de agua destilada,
ajustar el pH a 7,2 con solución de NaOH, y diluir a 1 L. La solución contiene 0,3 mg
de N/mL.
4.4. Procedimiento
Preparación del agua de dilución. Colocar en un recipiente un volumen conocido de agua
de abastecimiento, y airearla, hasta que se sature de Oxígeno (Aproximadamente dos
horas), con bomba aireadora o con un compresor. Adicionar 1mL/L. de la semilla, la cual
ha sido preparada en el laboratorio con aguas residuales domésticas, y agregar
igualmente 1mL/L de los nutrientes, los cuales son macronutrientes (Buffer de fosfato) y 1
mL/L de micronutrientes (sulfato de magnesio, cloruro de calcio, cloruro férrico y cloruro
de amonio).
La semilla llamada también inoculo, diariamente se alimenta con un desecho y se hacen
observaciones al microscopio para ver el crecimiento de las bacterias, se oxigenan
continuamente con una bomba y si hay necesidad se aclimatan con el desecho en
estudio; esto para que las bacterias aprendan a biodegradarlo y obtener mejores
resultados.
Incubación de la muestra. El porcentaje de muestra a ser incubada se calcula
correlacionando la demanda química de oxígeno con la demanda bioquímica de oxígeno
por lo tanto es necesario determinar primero la demanda química de oxígeno y así
calcular la cantidad de muestra de acuerdo con la siguiente ecuación.
24
( )100
%%
deg
×−
=radablebio
ei
DQOODOD
DM , donde;
%DM = Porcentaje de dilución de la muestra
ODi = Oxígeno disuelto de saturación a la temperatura ambiente aproximadamente 7.0
mg/l
ODe = Oxigeno disuelto esperado a los cinco días aproximadamente 2.0 mg/l
Tomar un volumen de muestra de acuerdo al procedimiento anterior, completar a 500 ml
en balón volumétrico con el agua de dilución, llenar el winkler y tapar verificando que no
queden burbujas en su interior, preparar por lo menos dos diluciones.
Preparar igualmente un blanco sólo con el agua de dilución, también por duplicado.
Determinar el oxígeno disuelto inicial del blanco y de la muestra. Guardar los duplicados
de la muestra y el blanco en una incubadora durante 5 días a 20 ºC y en la oscuridad.
Determinar el oxígeno disuelto final de las muestras y blanco al quinto día.
Determinación de oxígeno disuelto. Lectura directa con el oxímetro. Calibrar el
electrodo según las instrucciones del manual de uso y operación de equipos. Colocar
el embudo para que no se pierda la muestra. Leer el oxigeno disuelto directamente del
equipo.
4.5. Cálculo.
( ) ( )P
fBBDDDBO 2121
5
−−−= , donde;
D1 = Oxígeno disuelto inicial de la muestra.
D2 = Oxígeno disuelto de la muestra después de cinco días de incubación a 20ºC
B1 = Oxígeno disuelto inicial del agua de dilución
B2 = Oxígeno disuelto del agua de dilución después de la incubación a 20ºC
P = Fracción decimal volumétrica de muestras usada. (Vmtra / 100)
F = Proporción de semilla en la muestra diluida a la semilla en el control de semilla
25
5. HIERRO7
El hierro se puede encontrar en las aguas, bien sea en solución, en estado coloidal,
posiblemente peptizado con materia orgánica, en la forma de complejos, en forma de
partículas suspendidas; también se puede encontrar en los estados ferroso o férrico, o
en ambos a la vez.
El hierro disuelto forma un complejo de color naranja a rojo al reaccionar con la
fenantrolina. La solución coloreada sigue la ley de beer y su absorbancia no cambia en
un rango de pH entre 3 – 9.
5.1. Limitaciones e interferencias
El cobre (Cu) y cobalto (Co) por encima de 5 mg/L; el cinc (Zn) cuando la
concentración es diez veces mayor y el cromo (Cr) producen interferencias; el níquel
(Ni), cuando hay mas de 2 mg/L; el bismuto (Bi), la plata (Ag), el cadmio (Cd), el
mercurio (Hg) y el molibdato que precipitan con la fenantrolina y el cianuro deben estar
ausentes. Entre los iones se encuentran los fosfatos (mas los polifosfatos que los
ortofosfatos), los nitritos.
La ebullición inicial con ácido convierte los polifosfatos a ortofosfatos y elimina nitritos
y cianuro. La adición de un exceso de hidroxilamina elimina los errores que pudieron
derivarse de concentraciones excesivas de sustancias intensamente oxidables.
5.2. Equipos y reactivos
Espectrofotómetro, para realizar lecturas a 510 nm, con porta celdas
Solución buffer de acetato de amonio: Disolver 250 gr de acetato de amonio
(NH4C2H3O2). Agregar 700 mL de ácido acético glacial. Llevar a un litro con agua
destilada. Preparar una nueva curva cada que se prepare esta solución.
Solución de fenantrolina: Disolver 0.1 gr de 1-10 fenantrolina monohidratado
(C12H8N2.H2O) en 100 mL de agua destilada con agitación y calentamiento a 80 ºC,
pero sin llegar a ebullición. Descarte la solución si se oscurece. No es necesario el
7 Gernjak, Wolfgang, et al, 2006
26
calentamiento si se añaden dos gotas de HCl concentrado al agua. (1.0 mL de este
reactivo es suficiente para 100 µg de Fe).
Solución madre de hierro: Se agregan lentamente 20 mL de H2SO4 concentrado a 50
mL de agua destilada y se disuelven 0,7022 gr de Fe(NH4)2 (SO4)2 . 6 H2O. Se
agrega, a gotas, KMnO4 0,1 N hasta que persista un leve color rosa. Se diluye hasta
1000 mL con agua destilada exenta de hierro y se mezcla. Esta solución madre
contiene 0,1 mg de Fe/mL.
5.3. Procedimiento
4 ml de la muestra filtrada son mezclados con 1 ml de solución de fenantrolina y 1 ml
solución buffer. Una pizca de acido ascórbico se adiciona al ensayo para reducir el
peróxido de hidrógeno y cualquier oxidante en la solución. Después de 10 minutos se
lee la absorbancia a 510 nm, en contraste con el blanco.
5.4. Calculo
Se lee directamente en la grafica la absorbancia leída de la muestra y con la ecuación
del ajuste de la curva se halla la concentración en mg/L de Fe, si se hace dilución de la
muestra se multiplica la concentración leída por el factor de dilución.
6. DETERMINACION DE PERÓXIDO DE HIDRÓGENO
La determinación yodo-métrica de peróxido de hidrógeno en muestra de agua
oxigenada es posible porque el peróxido de hidrógeno reacciona con los iones yoduro
en medio ácido, según la ecuación:
OHIHIOH 2222 222 +↔++ +−
El principio es que un exceso de yodo se agrega a la muestra en solución acida.
Luego, el agente de oxidación reacciona cuantitativamente con el yodo para formar
estequiométricamente triyodo aniónico. El triyoduro es determinado por adición de
tiosulfato, el cual reacciona cuantitativamente.
−−−− +↔+ 264
2323 32 OSIOSI
27
El almidón forma un complejo azul oscuro con el triyoduro. Consecuentemente, en
presencia de almidón como indicador de la desaparición del ión por observación
visual, se observa un cambio de color, de azul oscuro a transparente.
6.1. Limitaciones e interferencias
Comprobar las condiciones de los reactivos y de los equipos, evaluándolos
periódicamente. En experimentos de degradación con bajo consumo de Peróxido de
Hidrógeno, la primera muestra puede tener un valor cercano al valor teórico calculado.
Si las concentraciones de Peróxido de Hidrógeno están entre 50 – 100 mg/L son
cuantificadas, interferencias como hierro disuelto y especialmente oxígeno disuelto son
considerables y el método no se recomienda en este rango.
6.2. Equipos y reactivos
Solución de KI 0.2 M. Disolver 33.2 g de KI y llevar a 1l con agua destilada, agitar. Bureta digital
6.3. Procedimiento
Se toman entre 1 – 50 mL de la muestra y se agregan 20 mL de H2SO4 1M y 25 mL de
KI 2M, después de la adición de la solución de yodo en presencia de un oxidante la
solución se vuelve amarilla oscura. La solución es dejada por 30 min en una botella
cerrada protegida de la luz. Luego, se agregan 5 – 10 gotas de almidón como
indicador. La solución se torna oscura. Consecuentemente la solución es valorada con
Na2S2O3 0.05 M.
6.4. Calculo
La concentración de Peróxido de Hidrógeno puede ser calculada con la siguiente
ecuación:
lmgV
VC
muestra
OSNaOH /1700322
22×=
7. CARBONO ORGÁNICO TOTAL (COT)
El carbono orgánico en las aguas (incluyendo las aguas residuales) está conformado
por una variedad de compuestos orgánicos en diferentes estados de oxidación.
28
Algunos de estos compuestos orgánicos se pueden oxidar posteriormente mediante
procesos químicos y biológicos y sus fracciones se pueden caracterizar mediante la
demanda química de oxígeno (DQO) y la demanda bioquímica de oxígeno (DBO).
Cuando en los ensayos la presencia de carbono orgánico no responde a los análisis
de DQO o DBO no se pueden realizar los análisis de COT.
Los ensayos de COT son más útiles, convenientes y dan una expresión más directa
del contenido orgánico total en una muestra que los ensayos de DQO o DBO; sin
embargo no suministran el mismo tipo de información. A diferencia de la DBO o la
DQO, el COT es independiente del estado de oxidación de la materia orgánica y no
mide otros elementos enlazados orgánicamente, tales como el nitrógeno y el
hidrógeno y otros elementos inorgánicos que pueden contribuir a la demanda de
oxígeno que se mide en la DBO o la DQO. Los ensayos de COT no constituyen un
reemplazo a los ensayos de la DBO y la DQO.
Con el fin de determinar el carbono enlazado orgánicamente, las moléculas orgánicas
se deben deshacer a unidades de carbono sencillas y se deben convertir en una forma
molecular simple que pueda ser determinada cuantitativamente. Los métodos para
analizar el COT utilizan calor, oxígeno, radiación ultravioleta, oxidantes químicos o
combinaciones de estos oxidantes para convertir el carbono orgánico en bióxido de
carbono (CO2). El CO2 se puede medir directamente por un analizador infrarrojo no
disperso, se puede reducir a metano midiéndolo posteriormente con un detector de
ionización con llama, o simplemente el CO2 se puede titular químicamente.
Fracciones del Carbono Total. Los métodos y los equipos utilizados en la medición de
COT analizan las fracciones de carbono total (CT) y miden el COT por dos o más
formas. Las fracciones del carbono total se definen de la siguiente manera: carbono
inorgánico (CI) – que son los carbonatos, bicarbonatos y CO2 disuelto; carbono
orgánico total (COT) – que son todos los átomos de carbono unidos por enlaces
covalentes en moléculas orgánicas; carbono orgánico disuelto (COD) – es la fracción
de COT que pasa por un filtro con porosidad de 0.45 micrómetros de diámetro;
carbono orgánico particulado (COP) – también conocido como carbono orgánico no
disuelto, es la fracción del COT retenido en el filtro con porosidad de 0.45 micrómetros
de diámetro; carbono orgánico volátil (COV) – también conocido como carbono
orgánico purgable, es la fracción de COT que se remueve de una solución acuosa
mediante desalojo de gas bajo ciertas condiciones; y carbono orgánico no purgable
(CONP) – es la fracción del COT que no se remueve por desalojo de gas.
29
7.1. Limitaciones e interferencias
En la mayoría de las aguas, la fracción del CI es mucho mayor que la fracción de COT.
Eliminar o compensar las interferencias de CI, requiere de múltiples determinaciones
para medir el COT verdadero. Las interferencias del CI se pueden eliminar acidificando
las muestras a un pH de 2 o menos con el fin de convertir las especies de CI en CO2.
Seguidamente, se purga la muestra con un gas purificado para remover el CO2 por
volatilización. La purga de la muestra también remueve el COP y por consiguiente la
medición de carbono orgánico realizada después de eliminar las interferencias del CI,
es básicamente una medición del CONP. En otras palabras se mide el COV para
determinar el COT. En muchas aguas superficiales y subterráneas la contribución del
COV al COT es despreciable. Consecuentemente, en la práctica, la determinación del
CONP se sustituye por la del COT.
Como alternativa, las interferencias del CI se pueden compensar realizando
mediciones separadas del carbono total (CT) y el carbono inorgánico. La diferencia
entre el CT y el CI da COT.
La fracción purgable del COT está dada por algunas condiciones específicas y el
equipo utilizado. Por ejemplo, la temperatura y salinidad de la muestra así como la
tasa de flujo del gas, el tipo de difusor de gas, las dimensiones del vaso de purga, el
volumen de purga y el tiempo de purgado afectan el fraccionamiento del COT en
porciones purgables y no purgables. Cuando se analizan separadamente el COV y el
CONP en una misma muestra, se utilizan condiciones idénticas de purgado durante la
medición de COV así como cuando se realiza la purga para preparar la porción de
CONP para el análisis. Cuando se hacen comparaciones de resultados de COV o
CONP entre diferentes laboratorios o diferentes equipos, se deben tener en cuenta las
condiciones de purgado.
El método de combustión infrarroja ha sido utilizado para una gran variedad de
muestras; sin embargo, su exactitud depende de la reducción del tamaño de las
partículas ya que emplea jeringas de orificio pequeño.
7.2. Principio
Análisis del Carbono Total. La muestra es introducida en el tubo de combustión del
Carbono Total (TC), la cual es llenada con el catalizador para la oxidación y calentada
30
a 680ºC. La muestra es quemada en el tubo de combustión y como resultado el TC en
la muestra es convertido a bióxido de Carbono (CO2). El portador del gas, cuyos flujos
son de 150 mL/min en el tubo de combustión, lleva los productos de combustión de la
muestra, del tubo de combustión a un electrodo deshumidificador, donde el gas es
refrescado y deshidratado. El gas entonces lleva los productos de combustión de la
muestra a través del halógeno para remover el cloro y otros halógenos. Finalmente, el
portador del gas entrega los productos de combustión de la muestra a un analizador
de gas infrarrojo no disperso (NDIR), donde el CO2 es detectado. Las salidas del
NDIR en la detección análoga forman un pico; el área del pico es medido por el TOC-
Control V software.
El área del pico es proporcional a la concentración de TC en la muestra. La ecuación
matemática del a curva de calibración expresa la relación entre el área del pico y la
concentración de TC y se puede generar analizando varias concentraciones de
soluciones estándar de TC. La concentración de TC en una muestra puede ser
determinada comparando el área del pico obtenida en el análisis con la ecuación de la
curva de calibración.
Análisis del Carbono Inorgánico (IC). El TOC-V usa dos métodos para medir el IC que
son validos: análisis dentro de la jeringa de inyección y análisis usando el reactor
opcional de IC.
La medida de IC en el análisis de TOC consiste en el carbono presente en forma de
carbonatos y de dióxido de carbono en el agua. Por acidificación de la muestra con
una pequeña cantidad de ácido clorhídrico se obtiene un pH por debajo de 3, todos los
carbonatos son convertidos a dióxido de carbono (CO2) por las siguientes reacciones:
OHNaClCOHClNaHCOOHNaClCOHClCONa
223
2232 22++→+
++→+
El dióxido de carbono y dióxido de carbono disuelto en la muestra son volatilizados por
burbujeo de aire o nitrógeno que no contiene dióxido de carbono por la muestra y
luego es medido por el analizador de gas infrarrojo no disperso (NDIR).
Análisis de Carbono Orgánico Total (COT). El COT es medido por la diferencia entre
los valores del análisis del TC y el IC. Los valores de COT que se determinan usando
31
la diferencia entre el TC y el IC, incluyen errores asociados con errores individuales en
estas medidas, y pueden por lo tanto resultar en un error mayor en el valor del COT.
7.3. Toma y conservación de la muestra
Tomar las muestras en un bote de cristal de color topacio, llenarlo completamente (sin
cámara de aire) y taparlo herméticamente con tapón con recubrimiento de teflón.
Conservar las muestras en la oscuridad y en frío. En el caso de que sólo se desee
medir el TOC, añadir a la muestra, para su conservación, SO4H2 hasta pH =2.
7.4. Equipos y reactivos
Total Organic Carbon Analyzer (TOC-VCHP/CPN) SHIMADZU CORPORATION
Agua exenta de carbono.
Acido fosfórico, H3PO4, al 25%.
Solución patrón de carbono total de 1000 mg C/l. Disolver, 2.125 g de Ftalato de
hidrógeno de potasio (C8H5KO8) en agua exenta de carbono, añadir H2SO4 hasta pH
=2 y enrasar a 1000 ml. A partir de esta solución, y mediante las diluciones
apropiadas, preparar los diferentes estandares de TC.
Solución patrón de carbono inorgánico de 1000 mg C/l. Disolver, en agua exenta de
carbono, 4.4122 g de carbonato de sodio anhidro (CO3Na2), previamente calentado a
180°C durante 30 minutos y enfriado en desecador, añadir 3.497 g de bicarbonato de
sodio anhidro (CO3HNa) y enrasar a 1000 ml. A partir de esta solución, y mediante las
diluciones apropiadas para IC.
7.5. Procedimiento
Encendido
1. Abrir el gas, moviendo la manilla verticalmente hacia arriba
2. Encender el equipo del COT (botón inferior derecho)
3. Encender el computador y llamar el software del escritorio (TOC - control V)
32
4. Encender el horno (Instrument - Properties - seleccionar temperatura 680º - OK)
5. Entrar al menú File y con la opción Open (o desde los íconos de la Barra de
Herramientas seleccionar la opción Open - hoja amarilla), abrir una Sample Table
Editor
6. Conectar el computador al equipo COT, mediante la activacion del icono (rayo), con
Use Settings se verifica el encendido del horno y con Use Settings empieza la
coneccion entre los dos equipos y se activa el icono Semaforo (Start)
7. Esperar 20 minutos para que el equipo se estabilice
Lavado
Programar dos corridas con agua para que el equipo quede lavado una vez termine las
lecturas
Apagado
33
1. Apagar el horno por Instrument Properties- TOC - TC Furnace Off.
2. En el icono del reloj se le da la orden de Standbye
3. Desde el icono rayo por Edit Settings on PC entra a la misma ventana de
Instrument / Properties. Desconectar el computador del equipo COT, mediante la
desactivación del icono (rayo), con Edit Setting se coloca off al horno y se desconecta
el COT del computador.
4. Esperar 30 minutos a que se apague el equipo automáticamente
5. Cerrar la llave del gas.
Lectura de muestras 1. Abrir una sample run
2. Crear Autogenerete, en el menú insert
3. En el autogenerete insertar las curvas de calibración a utilizar
4. Activar el start con el icono del semáforo.
34
8. VALIDACIÓN
Ver ANEXO 1. Protocolos de Validación.
35
BIBLIOGRAFÍA
ANGELINI, Nora. Consultora internacional de la FAO. Taller sobre aseguramiento de
la calidad y validación de metodología para análisis químicos. (Citada: Abril 30 de
2007)
<http://www.rlc.fao.org/prior/comagric/codex/rla3013/pdf/faovali.pps>
Doctor Calderón Laboratorios. Demanda Bioquímica de Oxígeno, metodo tradicional.
Citado: (Marzo 30 2007).
<http://www.drcalderonlabs.com/Metodos/Analisis_De_Aguas/Determinacion_de_DBO
5.htm>
Gernjak, Wolfgang, et al. Solar Photo Fenton treatment of eu priority substances:
process parameters and control strategies. Madrid. Editorial Ciemat, 2006.180 p.
IUPAC, Compendium of Chemical Technology, 1985
Citado por: requerimientos para la validación interna de métodos analíticos y
presentación de informes de validación. (Citada: Abril 27 de 2007).
<http://www.senasa.gov.ar/oldweb/marcolegal/Res_rs2/rs_138_02_cont__2.htm>
LOTHAR SANCHEZ, Diego. Implementación de sistemas de fotocatálisis en los
laboratorios de la Universidad Medellín. Medellín. Trabajo de grado (ingeniería
Ambiental). Universidad de Medellín, Facultad de Ingeniería.
Ministerio de Salud de Costa Rica. Guía de Validación de Métodos Analíticos. (Citado:
Marzo 30 de 2007).
<http://www.ministeriodesalud.go.cr/protocolos/guiavalidacionmetodosanaliticos.pdf>
Mirilla Bermeo Garay. Caracteristicas químicas del agua. (Citado: Marzo 30 de 2007).
<http://www.cti.espol.edu.ec/sidweb/9000000009232.nsf/c1565641b2a0b03705256957
0055fd37/83639d6799e899e405256df80075f772/nuevoContenido/M2/PARTE%2520E
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