Determinación de iones nitrato, cloruro y cianuro en aguas naturales y residuales empleando electrodos selectivos

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(1)Facultad de Química-Farmacia Departamento de Licenciatura en Química. Trabajo de Diploma. Determinación de iones nitrato, cloruro y cianuro en aguas naturales y residuales empleando electrodos selectivos Autor: Rujaimes Cruzata Manuel Tutor: M.Sc. Surey Ramírez González Consultante: Dr.C. Margie Zorrilla Velazco. Santa Clara Curso: 2015-2016.

(2) Pensamiento. PENSAMIENTO:. “Ciencia y libertad son llaves maestras que han abierto las puertas por donde entran los hombres a torrentes, enamorados del mundo venidero.” José Martí.. “El futuro tiene muchos nombres. Para los débiles es lo inalcanzable. Para los temerosos, lo desconocido. Para los valientes es la oportunidad.” Víctor Hugo.. i.

(3) Dedicatoria. DEDICATORIA:. A mi padres, Santa y Reimundo, por su apoyo y por lo que han logrado hacer de mi persona. A mi hermano, Reinier, por ser el mejor hermano del mundo. A mi novio, Yordany, por su amor y comprensión. A toda mi familia, a mis amigos, por el apoyo y por tantos momentos que hemos vivido juntos.. ii.

(4) Agradecimientos. AGRADECIMIENTOS:. A mis padres y mi hermano por todo lo que han hecho siempre por mí, ya que sin ellos no hubiera sido posible este resultado. A mi novio Yordany, por su amor y comprensión. A mi tutora la M.Sc. Surey Ramírez González, por todo el apoyo y por haberme guiado de manera profesional y dedicada en la obtención de este resultado. A todos los trabajadores del Centro de Estudios de Química Aplicada (CEQA) por haberme brindado su ayuda desde el primer día. A mis compañeros de aula, por haber compartido estos 5 años. A toda mi familia, por haber influido en mi formación y educación en cada etapa de mi vida. A todos los que se mantuvieron a mi lado pese a las dificultades y siempre supieron apoyarme incondicionalmente.. iii.

(5) Resumen. RESUMEN: En este trabajo se realiza la validación parcial de la determinación de nitrato, cloruro y cianuro en muestras de aguas naturales y residuales empleando electrodos selectivos. Se evalúan los parámetros de desempeño: linealidad, sensibilidad, límite de detección (LD), límite de cuantificación (LC), precisión y veracidad. Se llevó a cabo además una comparación entre la curva de calibración establecida y el método de adición del patrón. Se observó el efecto matriz, lo que se manifiesta en los porcientos de recobrado obtenidos. Se realizó la determinación de nitrato y cloruros en muestras de agua de pozo y aguas residuales y los resultados se comparan con los límites máximos permisibles establecidos en las normas cubanas en materia de agua y aguas residuales.. Palabras claves: Verificación, potenciometría, electrodos selectivos, cloruro, nitrato, cianuro.. iv.

(6) Abstract. ABSTRACT: In this research the partial validation of the determination of nitrate, chloride and cyanide in samples of natural waters and wastewaters using selective electrodes is performed. Performance parameters: linearity, sensitivity, limit of detection (LOD), limit of quantitation (LOQ), accuracy and veracity are evaluated. Addition was carried out a comparison between the established calibration curve and the method of addition of the pattern. Matrix effect observed which is manifested in the percentages of recovered obtained. The matrix effect is observed, which is manifested in the percentages of recovered obtained. The determination of nitrate and chloride on samples of well water and wastewater was performed and the results are compared with the limits set in Cuban standards for water and wastewater. Keywords: Verification, potentiometry, selective electrodes, chloride, nitrate, cyanide.. v.

(7) Índice. Índice CAPÍTULO I: Marco teórico.................................................................................................................. 4 1.1. El agua y su contaminación ......................................................................................................... 4 1.1.1. Problemática en Cuba ....................................................................................................... 4 1.1.2. Fuentes de contaminación de las aguas ........................................................................... 5 1.1.3. Efectos en el medio ambiente y la salud humana del consumo de agua con alta concentración de NO3−, Cl− y CN− ................................................................................................ 6 1.1.4. Legislación ......................................................................................................................... 9 1.2. Métodos analíticos para la determinación cuantitativa de los contenidos de NO3−, Cl− y CN− en aguas y aguas residuales ................................................................................................................... 10 1.2.1. Métodos de determinación de NO3− ............................................................................... 10 1.2.2. Métodos de determinación de Cl− .................................................................................. 13 1.2.3. Métodos de determinación de CN− ................................................................................. 15 1.3. Funcionamiento de los electrodos de ion selectivo (EIS) o de membrana ............................... 18 1.3.1. Electrodos de membrana líquida para la determinación de iones ................................. 19 1.4. Validación de los métodos analíticos ........................................................................................ 20 1.4.1. Criterios para la selección de los parámetros de desempeño ........................................ 22 1.4.2. Verificación de métodos analíticos ................................................................................. 23 CAPÍTULO II: Materiales y métodos. ................................................................................................. 27 2.1. Descripción de la metodología analítica utilizada ...................................................................... 27 2.1.1. Reactivos, materiales y equipamiento utilizado ............................................................. 27 2.1.2. Calibración del equipo y puesta en funcionamiento ...................................................... 29 2.1.3. Muestreo de aguas de pozo y aguas residuales .............................................................. 32 2.2. Criterios de verificación aplicados al método desarrollado ....................................................... 33 2.2.2. Rechazo de valores anómalos ......................................................................................... 33 2.2.3. Función de calibración .................................................................................................... 34 2.2.4. Linealidad ........................................................................................................................ 35 2.2.5. Sensibilidad ..................................................................................................................... 38 2.2.6. Límite de Detección......................................................................................................... 38 2.2.7. Límite de cuantificación .................................................................................................. 38 vi.

(8) Índice. 2.2.8. Precisión .......................................................................................................................... 38 2.2.9. Veracidad y análisis de muestras .................................................................................... 40 2.3. Efecto matriz .............................................................................................................................. 41 2.3.1. Test de comparación de dos rectas de regresión ........................................................... 41 2.3.2. Comparación de las varianzas de ambos calibrados ....................................................... 42 2.3.3. Comparación de pendientes ........................................................................................... 42 2.3.4. Comparación de los términos independientes ............................................................... 43 CAPÍTULO III: Análisis y discusión de los resultados. ........................................................................ 45 3.1 Verificación del método potenciométrico por electrodos selectivos para la determinación de nitrato en aguas naturales y residuales ............................................................................................ 45 3.1.1. Análisis de valores erráticos ............................................................................................ 45 3.1.2. Linealidad ........................................................................................................................ 48 3.1.3. Sensibilidad ..................................................................................................................... 50 3.1.4. Límite de detección (LD) y límite de cuantificación (LC) ................................................. 50 3.1.5. Precisión. Repetibilidad ................................................................................................... 51 3.1.6. Precisión intermedia ....................................................................................................... 52 3.1.7. Veracidad......................................................................................................................... 53 3.1.8. Efecto matriz ................................................................................................................... 54 3.2. Verificación del método potenciométrico por electrodos selectivos para la determinación de cloruro en aguas naturales y residuales. ........................................................................................... 57 3.2.1. Análisis de valores erráticos ............................................................................................ 57 3.2.2. Linealidad ........................................................................................................................ 59 3.2.3. Sensibilidad ..................................................................................................................... 62 3.2.4. Límite de detección (LD) y límite de cuantificación (LC .................................................. 62 3.2.5. Precisión. Repetibilidad ................................................................................................... 63 3.2.6. Precisión intermedia ....................................................................................................... 64 3.2.7. Veracidad......................................................................................................................... 65 3.2.8. Efecto matriz ................................................................................................................... 66 3.3 Verificación del método potenciométrico por electrodos selectivos para la determinación de cianuro en aguas naturales y residuales ........................................................................................... 68 3.3.1. Análisis de valores erráticos ............................................................................................ 68. vii.

(9) Índice. 3.3.2. Linealidad ........................................................................................................................ 70 3.3.3 Sensibilidad ...................................................................................................................... 73 3.3.4 Límite de detección (LD) y límite de cuantificación (LC) .................................................. 74 3.3.5. Precisión. Repetibilidad ................................................................................................... 74 3.3.6 Precisión intermedia ........................................................................................................ 75 3.4. Determinación de nitrato y cloruro en muestras de aguas de pozo y residuales ...................... 76 CONCLUSIONES: ................................................................................................................................ 79 RECOMENDACIONES: ........................................................................................................................ 80 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ......................................................................................................... 81 ANEXO 1: Equipo inoLAB pH ION 375. .............................................................................................. 85 ANEXO 2. Análisis de regresión simple aplicado a las curvas de calibración. ................................... 97 ANEXO 3: Análisis de la precisión. ................................................................................................... 106 ANEXO 4: Análisis del efecto matriz. ............................................................................................... 108. viii.

(10) Introducción. INTRODUCCIÓN: El agua es un compuesto esencial para la vida, hasta el punto de que ésta no sería posible sin ella. Su utilización en la alimentación de los seres vivos, en la agricultura, en la industria y sus propiedades como disolvente hacen de ella un compuesto imprescindible (Fontova et al., 2012). Si bien las aguas naturales, ya sean superficiales o subterráneas, presentan unas características determinadas que han sido compatibles con la vida vegetal y animal a lo largo de los siglos, la progresiva contaminación debida a la industria, la agricultura o a las aglomeraciones urbanas, cambia sustancialmente sus propiedades al ocasionar la incorporación de sustancias de diferente naturaleza. Estas incorporaciones ocasionan la degradación de la calidad del agua provocando diferentes efectos negativos, como la modificación de los ecosistemas acuáticos, destrucción de los recursos hidráulicos, riesgos para la salud, incremento del costo del tratamiento del agua para su uso, daño en instalaciones (incrustaciones, corrosiones, etc.), destrucción de zonas de recreo, entre otras (Rester and Warner, 2016). En las últimas décadas la preocupación por el manejo de este recurso natural ha unido a gobiernos y entidades mundiales, en búsqueda de su uso racional y un desarrollo que no ponga en riesgo la supervivencia en el planeta. Se han realizado importantes planes de investigación para orientar acerca de las consecuencias que, sobre la salud humana, puede traer su contaminación (Schijven et al., 2016, Oller and Sanz, 2012). Del mismo modo la implementación de nuevas técnicas para la evaluación analítica de la calidad del agua, se ha convertido en un tema de actualidad que ha sido tratado por varios autores (Henry et al., 2016, Rester and Warner, 2016). Para hacer un uso adecuado de las aguas o proponer su tratamiento se deben conocer las características organolépticas, microbiológicas y fisicoquímicas de las aguas. Por esto una de las metas gubernamentales es tener la infraestructura requerida para la medición de la calidad del agua. Esta requiere que los métodos utilizados aseguren la confianza de los resultados obtenidos con diversos objetivos, pero el fundamental es el tratamiento y control de la emisión de contaminantes al medio ambiente.. 1.

(11) Introducción. Nuestro país no escapa de esta realidad: las escasas precipitaciones anuales, el crecimiento poblacional, el alto consumo de agua por el sector industrial y doméstico unido a deficientes sistemas de tratamiento de residuales y a la contaminación provocada por la inadecuada disposición de estos constituye un problema real en la actualidad (Fontova et al., 2012). En este sentido se destacan los laboratorios del Centro de Estudios de Química Aplicada (CEQA) perteneciente a la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas, donde se presta servicios científico técnicos a empresas de la región central del país, como es la caracterización químico física de aguas naturales y residuales. Entre los parámetros que se analizan se encuentran la determinación de cationes y aniones como nitrato y cloruro, que si bien forman parte de la composición del agua, en concentraciones elevadas pueden repercutir sobre el medio ambiente y la salud de las comunidades a corto, mediano o largo plazo (Beutel et al., 2016). De los contaminantes potenciales que allí se determinan se encuentra el cianuro, realizándose controles rigurosos para detectar la presencia de estos iones tanto en aguas de consumo como residuales. Teniendo en cuenta la preocupación por el ambiente, la seguridad y los costos de operación se promueve en estos laboratorios la necesidad de adecuarse a las nuevas tendencias en investigación al minimizar los riesgos, emisión de residuos y optimizar los recursos en el trabajo experimental. Partiendo de esta premisa se utilizan los métodos potenciométricos empleando electrodos selectivos para la medida de la concentración de nitrato, cloruro y cianuro. El empleo de electrodos selectivos tiene grandes ventajas, pues es uno de los métodos donde el resultado final no se ve afectado por el color o turbidez de la muestra, se miden iones en soluciones relativamente diluidas, es útil cuando solo es necesario conocer la concentración de un ion particular que está por debajo de un cierto nivel de concentración, cuando se requiere solo un orden de magnitud de la concentración incluyendo que es una técnica barata y simple de usar que, además, propicia una disminución en el costo de la determinación y de los residuos generados (Abu Shawish et al., 2012, Granholm et al., 2015, Hu et al., 2016). El desarrollo de métodos analíticos necesita de un estudio de validación o verificación previo que demuestre la adecuación de su funcionamiento al propósito deseado, proporcione un alto 2.

(12) Introducción. grado de confianza y seguridad en el método analítico y en la calidad de los resultados que se obtienen, lo que hace de este proceso una necesidad en todo laboratorio, para garantizar la fiabilidad de los resultados obtenidos (Uribe et al., 2013). Teniendo en cuenta los antecedentes y problemáticas tratadas con anterioridad, para este trabajo se ha identificado el siguiente Problema científico: No se conocen los parámetros de desempeño del método potenciométrico por electrodos selectivos para la determinación del contenido de nitrato, cloruro y cianuro en agua en los laboratorios del Centro de Estudios de Química Aplicada (CEQA). Para solucionar este problema científico se formula la siguiente Hipótesis: El método de determinación de nitrato, cloruro y cianuro en muestras de aguas naturales y residuales empleando electrodos selectivos es fiable en las condiciones de trabajo de los laboratorios del Centro de Estudios de Química Aplicada (CEQA). Si se analiza todo lo anterior, se propone el siguiente Objetivo general: Verificar los ensayos de determinación analítica de nitrato, cloruro y cianuro en aguas empleando electrodos selectivos. Para alcanzar el mismo, se proponen los siguientes Objetivos específicos:  Determinar los parámetros de verificación del método potenciométrico por electrodos selectivos para la cuantificación de nitrato, cloruro y cianuro en agua.  Determinar nitrato, cloruro y cianuro a diferentes puntos de agua de abasto y residuales por el método de electrodos selectivos y comparar con los límites establecidos en la normativa vigente.. 3.

(13) Capítulo 1: Marco teórico. CAPÍTULO I: Marco teórico 1.1. El agua y su contaminación El agua, origen y base de la vida, se ha consolidado como medio indispensable para cualquier alternativa de futuro. No existe actividad humana: económica, industrial, social o política que pueda prescindir de este vital recurso. Su esencialidad para la vida y su multiplicidad de usos, generan grandes conflictos entre diversos sectores e intereses de la sociedad. Sin embargo, las inundaciones, las sequías, la pobreza, la contaminación, el tratamiento inadecuado de los desechos y la insuficiencia de infraestructuras para la desinfección del agua plantean serias amenazas a la salud pública, al desarrollo económico y social de los países en vías de desarrollo (Rester and Warner, 2016, Henry et al., 2016, Schijven et al., 2016). Obviando las consideraciones económicas, la contaminación del agua es indeseable por razones no sólo de salud pública sino también estéticas y éticas. Con ella se reduce la cantidad de recurso utilizable para ciertos fines y se contribuye a conformar una situación de escasez y de degradación del medio ambiente. Se deben diferenciar dos tipos de contaminación (Sánchez, 1995):  Contaminación natural: es la que existe siempre, originada por restos animales y vegetales y por minerales y sustancias que se disuelven cuando los cuerpos de agua atraviesan diferentes terrenos.  Contaminación artificial: va apareciendo a medida que el hombre comienza a interactuar con el medio ambiente y surge con la inadecuada aglomeración de las poblaciones, y como consecuencia del aumento desmesurado y sin control alguno, de industrias, desarrollo y progreso. Problemática en Cuba Cuba tiene amplios recursos hídricos de los cuales disponer pero buena parte de estos se ven contaminados. Varios ríos, mayormente, sobre los que se emplazaron ciudades o donde existe algún tipo de industria presentan diferentes estados de contaminación, alcanzando en muchos casos niveles críticos, pues son los receptores de un alto por ciento de los residuos sólidos que 4.

(14) Capítulo 1: Marco teórico. se generan en todo el territorio nacional, además de otras fuentes de contaminación como son las aguas residuales domésticas que aportan altas cargas de materia orgánica, aguas residuales industriales cuya composición es variada e incluye en general sustancias no biodegradables y de alta toxicidad, aguas de uso agrícola y ganadero que aportan nitratos, fosfatos, sales de potasio y plaguicidas, aguas de escorrentía, aguas residuales de obras de infraestructura, ricas principalmente en sedimentos, y lixiviados de rellenos sanitarios que contienen metales pesados y alta carga orgánica (Fontova et al., 2012). En la problemática de conservación y disponibilidad de agua de buena calidad convergen diferentes causas: unas comunes a cualquier lugar del planeta y otras derivadas de la situación política, económica y social del país. Entre las primeras se debe mencionar el aumento de la población, de la producción y consumo de bienes y, en general, de la actividad antrópica, todo lo cual aumenta la demanda del recurso y genera mayor cantidad de residuos, provocando así deterioro de la calidad y agotamiento de los recursos hídricos. También se deben citar aquí factores geológicos y climáticos que afectan los ecosistemas. Entre las segundas causas están la falta de políticas económicas, sociales y educativas que busquen aliviar las tensiones sobre la calidad del ambiente y la ausencia de medidas que garantizan el cumplimiento de la reglamentación existente sobre manejo de los recursos naturales y control de su contaminación (Sánchez, 1995). Fuentes de contaminación de las aguas Las principales fuentes de contaminación están concentradas en el sector agrícola, ganadero, residuos domésticos y algunos sectores industriales. El sector agrícola ha generado el uso indiscriminado de fertilizantes, los cuales han sido responsables del aumento de la concentración de nitrato y en general de los compuestos de nitrógeno en las aguas (Duffus, 2010). Los fertilizantes comerciales nitrogenados se aplican como amoniaco o nitrato, pero el amoniaco es rápidamente convertido a nitrato en el suelo. El exceso de nitrato no tomado por las plantas puede dirigirse hacia las corrientes de agua. El abono animal es también usado como fertilizante con base de nitrógeno. El nitrógeno orgánico y la urea en el abono son convertidos a amoniaco y finalmente a nitrato en el suelo, siendo lavado y arrastrado de la. 5.

(15) Capítulo 1: Marco teórico. superficie por lluvias y escorrentías, que lo conducen a cauces de ríos y de ahí a lagos o embalses favoreciendo su eutrofización. Actividades ganaderas, como la limpieza de ganado, aportan agua con gran contenido de materia orgánica nitrogenada, nutrientes y microorganismos que contaminan el terreno y por consiguiente los acuíferos. Por su parte la contaminación de las aguas debida a actividades urbanas, es consecuencia de la inadecuada eliminación y ubicación de los residuos, junto a las aguas residuales urbanas procedentes de usos domésticos (limpieza y cocina) y sanitarios, así como de la limpieza de calles. La contaminación del agua por actividades industriales es la más diversa, compleja y en muchos casos difícil de eliminar. El agua es un elemento fundamental en las actividades industriales, como vehículo energético, de transporte, disolvente, en operaciones de lavado, base para reacciones, intercambiadores de calor y, fundamentalmente, como materia prima. En este sentido tienen marcada incidencia las industrias de producción de fertilizantes, responsables de la generación de grandes volúmenes de residuales ricos en iones NO3− y Cl−; y las industrias dedicadas a actividades mineras, principalmente a la extracción de oro y plata, que emplean con este fin volúmenes considerables de CN−, compuesto que constituye un contaminante potencial (Martínez, 2013). Los residuales procedentes de estas industrias en ocasiones van a parar a cuerpos de agua sin previo tratamiento o tratamiento ineficiente. Los productos de cada uno de estas fuentes de contaminación guardan cierta semejanza entre sí. Así por ejemplo, la contaminación urbana se manifiesta por el aumento de la salinidad en el agua, adición de materia orgánica (que se puede manifestar como NO3−, y NO2−) y posible contaminación biológica, mientras que la contaminación de origen agrícola, se manifiesta por fuertes incrementos de compuestos nitrogenados y la presencia de compuestos organoclorados en las aguas. Efectos en el medio ambiente y la salud humana del consumo de agua con alta concentración de NO3−, Cl− y CN− Los compuestos nitrogenados se catalogan como contaminantes importantes de los recursos hídricos y son generados en el ambiente durante la biodegradación de la materia orgánica nitrogenada. Mayormente se presentan como NO3−, N02− y NH4+, pero con el paso del tiempo 6.

(16) Capítulo 1: Marco teórico. estos últimos se oxidan hasta convertirse en NO3−. Este ión puede provocar graves daños a los ecosistemas acuáticos, principalmente la eutrofización de los mismos. Este fenómeno consiste en el enriquecimiento excesivo del agua en determinados nutrientes (Fósforo y Nitrógeno) originando el crecimiento en abundancia de plantas y otros organismos que al morir, se pudren y llenan el agua de malos olores, dándoles un aspecto nauseabundo y disminuyendo drásticamente su calidad (Blancas and Hervás, 2001). El proceso de putrefacción consume una gran cantidad del oxígeno disuelto y las aguas dejan de ser aptas para la mayor parte de los seres vivos. En el caso del agua para el consumo humano, la elevada concentración de NO3− puede causar deficiencia en el transporte de oxígeno en la corriente sanguínea. Esta enfermedad afecta a niños, especialmente menores de 4 años de edad, los cuales carecen de la enzima necesaria para corregir esta condición; se conoce como metahemoglobinemia y se presenta con mayor frecuencia en áreas rurales. Los nitratos ingeridos son convertidos a nitritos por las bacterias presentes en el tracto digestivo; los nitritos pasan al sistema circulatorio y se unen fuertemente a la hemoglobina, reduciendo así el transporte de O2 por la transformación de la hemoglobina en metahemoglobina, al oxidarse el ion Fe (II) a Fe (III) (Duffus, 2010). Esto ocasiona respiración insuficiente, incrementa la susceptibilidad para adquirir enfermedades, ataques de corazón y, en casos extremos, causa la muerte por asfixia. Se ha sugerido, (Oller and Sanz, 2012), que el consumo de altos niveles de ión nitrato puede causar otros problemas de salud, incluyendo algunos tipos de cáncer y efectos teratogénicos, por la producción de nitrosaminas en el organismo; pero esto aún sigue siendo objeto de investigación. La presencia de nitratos en el agua, impide y/o retarda el crecimiento de los peces, causa daños en sus glóbulos rojos y altera su función vascular, causándoles disminución en el nivel de oxígeno. En aguas naturales deficientes en oxígeno, que contienen nitrato, puede producirse hidroxilamina por acción microbiana, la cual es un mutágeno potente. Por otro lado se debe señalar, dada su acción contaminante, el efecto de la presencia en exceso de iones Cl− en las aguas. El cloro se considera como una sustancia química irritante del sistema respiratorio, de las membranas mucosas y de la piel; su efecto desinfectante propicia su empleo en las redes de distribución de agua para eliminar la contaminación microbiológica, 7.

(17) Capítulo 1: Marco teórico. siendo esta una de las principales vías de ingreso de este anión a los cuerpos de agua. El cloro residual que queda libre en el agua luego de este proceso se encuentra como una combinación de hipoclorito y ácido hipocloroso, en una proporción que varía en función del pH (Biancucci et al., 2007). Los iones Cl− son indicadores típicos de contaminación residual doméstica, esto, además, puede servir de señal de alerta acerca de la probabilidad de que el agua presente contaminación también de carácter microbiológico patógeno e indeseable. El ion Cl− es altamente corrosivo y da lugar a deterioros y picaduras en tuberías y sistemas de distribución de aguas, así como en equipos industriales que operen con aguas ricas en este ión. Así mismo, y en función de su contenido, pH del agua y otros iones presentes en ella, puede degradar los hormigones. En el agua potable, en concentraciones inferiores a 250 mg/L no son un problema para la salud, pero en mayores concentraciones le comunican a esta un sabor salobre. Aunque el Cl− no produce efectos acumulativos conocidos, el consumo de agua con altos contenidos del mismo puede producir algunas molestias. Los efectos son más severos a medida que es más alta la concentración y mayor el tiempo de exposición, ocasionado irritación en los ojos, náuseas y vómito seguido de una notoria dificultad para respirar (Biancucci et al., 2007). Se debe señalar aquí, por su toxicidad potencial, los efectos del CN− presente en las aguas sobre la salud humana, los cuales se deben principalmente a que en medio ácido se forma el ácido cianhídrico (HCN), líquido volátil, incoloro de olor característico a almendras amargas que presenta gran difusibilidad debido a su elevada tensión de vapor. El mecanismo de acción tóxica lo ejerce inhibiendo la citocromooxidasa bloqueando de este modo la respiración celular generando hipoxia o anoxia citotóxica. También inhibe proteínas que posean hierro (III) como es la metahemoglobina. La sintomatología puede ser de tipo superaguda con pérdida inmediata del conocimiento, convulsiones, rigidez muscular seguido de la muerte, que ocurre en pocos minutos. La intoxicación aguda presenta tres períodos. En el primero se presenta ardor y anestesia en la boca y el estómago, luego vértigos y zumbidos. En el segundo período se manifiesta pérdida del conocimiento con convulsiones, contractura espasmódica de. 8.

(18) Capítulo 1: Marco teórico. maxilares, pulso irregular, cianosis. En el tercer período se presenta relajación muscular y muerte por parálisis del centro respiratorio bulbar y paro cardíaco (Biancucci et al., 2007). El CN− presente en las aguas también resulta tóxico para los peces y otras especies acuáticas que en general son muy sensibles a este contaminante. Se ha reportado que concentraciones del orden de 5 x 10−3 mg/L pueden inhibir su reproducción (Martínez, 2013). Legislación Los riesgos para la salud asociados a los componentes químicos del agua potable difieren de los asociados a la contaminación microbiológica y se deben principalmente a la capacidad de los componentes químicos de producir efectos adversos sobre la salud tras períodos de exposición prolongados. Pocos componentes químicos del agua pueden ocasionar problemas de salud como resultado de una única exposición. De ahí la importancia de las disposiciones generales con relación a la gestión de la calidad del agua para consumo humano, para garantizar su inocuidad, prevenir los factores de riesgos sanitarios, así como proteger y promover la salud y bienestar de la población, los que quedan regulados en la legislación vigente. En Cuba los requisitos sanitarios de agua potable quedan establecidos en la norma cubana obligatoria NC 827:2010 (ONN, 2010a) la cual establece para el caso del nitrato en el agua potable un límite máximo permisible de 45 mg/L, para el cloruro de 250 mg/L y para cianuro 0,07 mg/L. Estos valores están en correspondencia con los establecidos por organismos internacionales para la protección del medio ambiente y de la salud, como la Organización Mundial de la Salud, O.M.S., y la agencia de protección ambiental, E.P.A. La NC 27: 2012 (ONN, 2012) establece como límites máximos permisibles para CN− en los residuales líquidos un valor de 0,5 mg/L. Asimismo establece límites máximos permisibles para las descargas de aguas residuales que contengan NO3− en cuerpos receptores de 5,0; 10,0 y 20,0 mg/L en dependencia del cuerpo receptor de que se trate, en este caso ríos y embalses que se utilizan para la captación de aguas destinadas al abasto público y uso industrial en la elaboración de alimentos, riego agrícola en especial donde existan cultivos que se consuman crudos y riego con aguas residuales, industrias poco exigentes con respecto a la calidad de las aguas a utilizar, riego de cultivos tolerantes a la salinidad y al contenido excesivo de nutrientes respectivamente. 9.

(19) Capítulo 1: Marco teórico. El vertimiento de residuales industriales en zonas costeras y aguas marinas se encuentra regulado en la NC 521: 2007 (ONN, 2007), donde se establece como límites máximos permisibles para CN− 0,5 mg/L para aguas marinas ecológicas o protegidas, dedicadas al baño y actividades recreativas que involucren contacto directo con el agua; y 1,0 mg/L en aguas marinas para la navegación, donde se realicen actividades portuarias o cuyas aguas se utilicen en actividades industriales. En el caso del NO3−, establece la no presencia en aguas marinas dedicadas al baño, el valor de 10 mg/L como límite máximo permisible para la descarga de residuales industriales en zonas protegidas, 20 mg/L en zonas de pesca y actividades portuarias y 40 mg/L en las aguas marinas para navegación y empleadas en actividades industriales como la generación de energía. 1.2. Métodos analíticos para la determinación cuantitativa de los contenidos de NO 3−, Cl− y CN− en aguas y aguas residuales Existe una gran variedad de técnicas que se aplican para la determinación de estos analitos en aguas naturales y residuales y se continúa experimentando para mejorar las técnicas existentes y para desarrollar nuevas metodologías y técnicas que permitan asegurar resultados cada vez más confiables (de Graaf et al., 2015, Hu et al., 2016, Mamontov et al., 2016). Para los laboratorios del país que prestan servicios científico técnicos en materia de agua, es importante contar con técnicas analíticas cuyos resultados sean exactos, de manera que se logre minimizar las pérdidas monetarias que producen resultados analíticos erróneos y controlar las descargas al medio ambiente. Métodos de determinación de NO3− Existen métodos de determinación de nitratos de forma directa (Espectrofotométrico ultravioleta y Electrodo selectivo) e indirecta, que se realiza a través de una especie reducida del ión nitrato (Métodos de reducción) (APHA A, 2005). Método de reducción con Cd El ion nitrato presente en el agua se reduce cuantitativamente a ion nitrito, cuando la muestra se hace fluir a través de una columna que contiene cadmio recubierto con cobre coloidal. El ion nitrito resultante de la reducción se convierte en un azocompuesto rosado a partir de la 10.

(20) Capítulo 1: Marco teórico. reacción de Griess (1879), modificada por Shinn (1941) (Molina, 2010),que sustituyó el ácido sulfanílico y α-naftilamina por sulfanilamida (SA) y N-(1-naftil)-etilendiaminadiclorhidrato (NEDH), respectivamente, para eliminar ciertos inconvenientes del método original como el alto poder carcinogénico de la 1-naftilamina, la inestabilidad del azocompuesto generado y la relativa lentitud de la reacción de acoplamiento; dando lugar a la formación de la bencenosulfonamida, que presenta un máximo de absorción a 543 nm. La reacción se muestra en la figura 1.1. El azocompuesto resultante se determina por el método espectrofotométrico UV−VIS, siendo su absorbancia proporcional a la cantidad de nitrito inicialmente presente. El método no puede aplicarse a aguas que presenten coloración, puesto que el color afecta la determinación. Además el empleo del Cd para la reducción supone un riesgo dada la alta toxicidad del mismo, pudiendo causar diversas afecciones a la salud, como son: daños severos en los pulmones, debilitamiento óseo, desórdenes psicológicos e incluso cáncer.. Figura 1.1.Mecanismo de cuantificación de NO2- empleando la reacción Shinn Método de reducción con hidracina Requiere la reducción del ión nitrato a ión nitrito con posterior determinación por el método espectrofotométrico UV−VIS, según el procedimiento descrito anteriormente. El método es aplicable para la determinación de nitrato en el intervalo de concentraciones de 0,01 – 10. 11.

(21) Capítulo 1: Marco teórico. mg/L. Interfieren en la determinación los iones S2− y el color (APHA A, 2005), lo que dificulta su aplicación en el análisis de aguas residuales que presenten coloración. Método de reducción con TiCl4 Requiere la transformación del ión nitrato en amoniaco mediante la reducción con TiCl4 para su posterior determinación potenciométrica en un intervalo de 0.5 – 10 mg/L. El amoniaco disuelto y los iones nitrito interfieren en la determinación de nitrato por este método (APHA A, 2005). Espectrofotometría ultravioleta La medida de la absorción UV a 220 nm permite una rápida determinación de NO3− en muestras de agua. Como la materia orgánica también puede absorber a 220 nm y el NO3− no absorbe a 275 nm, una segunda medición hecha a 275 nm puede ser usada para corregir el valor de NO3−. La extensión de esta corrección empírica está relacionada con la naturaleza y la concentración de la materia orgánica (MO) y puede variar de un agua a otra. Consecuentemente, este método no es recomendable si se requiere una corrección significante en la absorbancia por MO, pero puede ser útil en el monitoreo de NO3− en cuerpos de agua con un tipo de materia orgánica constante (INVEMAR, 2003). Se requiere la filtración de la muestra para evitar interferencias con partículas suspendidas. Adicional a la materia orgánica disuelta, los surfactantes, NO2−, Cr (VI) y varios iones inorgánicos como los cloritos y cloratos pueden causar interferencias. Esta técnica es útil sólo para muestras que tienen bajos contenidos de materia orgánica, por ejemplo, aguas naturales sin contaminación y suministros de agua potable, por lo que su uso no puede extenderse al análisis de aguas que presenten una matriz más compleja como es el caso de las aguas residuales. Electrodos de ion selectivo (EIS) para nitrato Este método permite la determinación de nitrato en un amplio intervalo de concentración (0.14 – 14000 mg/L), no requiere tratamiento previo de la muestra, puede aplicarse sin problemas en muestras que presentan turbiedad o color. 12.

(22) Capítulo 1: Marco teórico. Varios iones pueden causar interferencia, entre ellos los iones Cl− y HCO3−, que interfieren cuando sus relaciones en masa con el ión nitrato son mayores que 10 y 5 respectivamente, y los iones NO2−, CN−, S2−, Br−, ClO3− y ClO4−, que no se encuentran en grandes concentraciones en las aguas. Para eliminar la mayoría de estas interferencias se usa una solución supresora de interferencias (TiSAB) que contiene Ag2SO4 para remover Cl−, CN−, S2−, Br−, y I−, ácido sulfámico para remover NO2− y Al2(SO4)3 para acomplejar los ácidos orgánicos, un pH menor que 4,0 para eliminar los iones HCO3−; esta solución sirve a la vez para mantener el pH y la fuerza iónica constantes. El electrodo funciona satisfactoriamente a pH entre 3 y 9 pero es necesario mantener este parámetro constante (APHA A, 2005). Métodos de determinación de Cl− La determinación de iones cloruro puede realizarse por varios métodos, entre ellos destacan los métodos volumétricos y potenciométricos. 1.2.2.1. Método de Mohr El método de Mohr emplea una disolución de plata como reactivo valorante. Se basa en la reacción de precipitación del AgCl formado mediante la reacción: Cl− (ac) + AgNO3 (ac) → AgCl (s) + NO3− (ac) El cloruro de plata tiene un producto de solubilidad muy bajo (Kps = 1.82 x 10 −10) por lo que la reacción se encuentra completamente desplazada hacia su formación. El pH óptimo para la ocurrencia de la reacción es de 7,0 a 8,3, a valores de pH mayores el ión Ag+ precipita en forma de Ag(OH) y cuando el pH es menor que 7,0, el cromato de potasio se oxida a dicromato, afectando el viraje del indicador. La determinación del punto final se lleva a cabo por la formación de un segundo precipitado de cromato de plata de color rojo-anaranjado según la reacción: 2AgNO3 (ac) + K2CrO4 (ac) → Ag2CrO4 (s) + 2 KNO3 (ac) La solubilidad de Ag2CrO4 es mayor que la del AgCl, lo que asegura que en estas condiciones precipite primero el cloruro de plata. El procedimiento experimental en este método consiste en añadir a la disolución que contiene los cloruros unas gotas de disolución de cromato de. 13.

(23) Capítulo 1: Marco teórico. potasio que actúa como indicador, haciendo que la disolución a valorar adquiera inicialmente un color amarillo. Debido a que en esta valoración el cambio de color amarillo a rojo no se aprecia hasta que existe cierta cantidad de cromato de plata en la disolución, es necesario añadir cierto exceso de la disolución de nitrato de plata, antes de que se detecte el punto final de la valoración. Para poder cuantificar dicho exceso y eliminar esta fuente de error, se deberá realizar una valoración en blanco, de forma que podamos conocer el volumen de nitrato de plata que se debe añadir en exceso para la determinación del punto final (APHA A, 2005). Bromuros, yoduros y cianuros ocasionan una interferencia positiva al valorarse como equivalentes a cloruros. También interfieren los iones S2−, SO32− y tiosulfato, pero pueden ser removidos mediante el tratamiento de la muestra con peróxido de hidrógeno. El ortofosfato en concentraciones superiores a 25 mg/L precipita en forma de fosfato de plata y el hierro por encima de 10 mg/L enmascara el punto final de la valoración. Resulta otro inconveniente la presencia de color en la muestra, lo que limita la aplicación del método a aguas claras con concentraciones de Cl− superiores a 5 mg/L. 1.2.2.2. Valoración complejométrica con Hg(NO3)2 Durante la valoración de Cl−con Hg(NO3)2 se forma HgCl2 que se encuentra ligeramente disociado. Se emplea como indicador del punto final de la valoración la difenilcarbazona que forma un complejo púrpura con el exceso de iones Hg22+. Los iones Br− y I− reaccionan con el Hg(NO3)2 en la misma medida que los iones Cl− por lo que constituyen interferencias. Interfieren además los iones SO32−, Fe3+, CrO4− (APHA A, 2005). 1.2.2.3. Método Iodométrico Este método involucra la medición mediante potenciometría directa del ión I− que queda en exceso luego de agregarle KI a la muestra previamente acidificada (APHA A, 2005). Para ello se emplea un pH metro de escala expandida, electrodo de referencia de platino y electrodo selectivo de I−. Interfieren con este método los agentes oxidantes, así como los iones I−, Br−, Cu2+. Los iones Ag+ y Hg22+ interfieren cuando sus concentraciones se encuentran por encima de 10 y 20 mg/L respectivamente. 14.

(24) Capítulo 1: Marco teórico. 1.2.2.4. Electrodos de ion selectivo (EIS) para cloruro El electrodo selectivo de cloruro está diseñado para medir concentraciones y actividades del ion cloruro. La membrana está ubicada en la parte inferior del electrodo y no precisa el relleno con electrolito interno. Es un electrodo indicador que necesita trabajar siempre junto a uno de referencia. Especialmente indicado para el análisis de: aguas residuales, de bebida, de alta pureza, alimentos, suelos y fluidos biológicos (APHA A, 2005). Muestras que contengan I− dañarán irreversiblemente la membrana. Los iones Br−, CN−, Ag+ y S2− son interferencia. Esta interferencia se puede eliminar mezclando patrones y muestras en relación 1:1, con una disolución tampón de NaBrO3. De este modo también se pueden oxidar pequeñas cantidades de CN−. La detección con electrodo de ión selectivo permite abarcar el intervalo más amplio de concentración, no requiere tratamiento previo de la muestra, puede aplicarse sin problemas en muestras que presentan turbiedad o color, las posibles interferencias se pueden eliminar con facilidad. Métodos de determinación de CN− La determinación de cianuro se realiza principalmente mediante métodos espectrofotométrico, volumétrico y potenciométrico de electrodo selectivo. La elección de la técnica de análisis químico a utilizar depende de varios factores: el tipo de cianuro que se quiere analizar, su concentración, la precisión requerida, la claridad de la solución y principalmente, la presencia de sustancias que pueden interferir con el método de análisis. 1.2.3.1. Método de destilación El método de destilación se aplica para liberar de la muestra de agua bajo condiciones controladas el cianuro total presente en compuestos o complejos de cianuro orgánicos e inorgánicos. Al mismo tiempo este método vuelve susceptible el cianuro a la cuantificación final mediante los ensayos que se explican posteriormente en este epígrafe. Este método cuantifica el cianuro libre, los cianuros simples y la mayoría de los complejos metálicos de cianuro (excepto los de oro, platino y cobalto). Existen numerosas versiones de la técnica de destilación, con diferentes reactivos según los complejos de cianuro que se quieran 15.

(25) Capítulo 1: Marco teórico. disociar. La variante más utilizada de este método para el análisis de cianuro total es una destilación ácida a reflujo que utiliza cloruro de magnesio (MgCl2) como catalizador para descomponer los complejos metálicos. El límite de detección de la concentración del cianuro por este método es de 0.005 mg/L(APHA A, 2005). 1.2.3.2. Determinación de cianuro libre por el método volumétrico Este método se emplea para la determinación de CN−libre, se basa en la reacción del nitrato de plata con el ion cianuro en solución alcalina para formar el complejo soluble Ag(CN)2−según la reacción: Ag+(ac) + 2CN−(ac) → Ag(CN)2−(ac) Se utiliza para concentraciones de cianuro mayores de 5 mg/L y en soluciones claras (APHA A, 2005). 1.2.3.3. Método Espectrofotométrico UV empleando Cloramina – T Este método es usado para determinar la concentración de cianuros inorgánicos en aguas residuales, potables y naturales. El método detecta los cianuros tanto en forma de sales simples solubles como de radicales complejos. En la medición espectrofotométrica, el cianuro se convierte en cloruro de cianógeno (CNCl) por reacción con cloramina - T a un pH menor de 8 evitando que se lleve a cabo la hidrólisis de los cianuros. Después de que la reacción termina, el color se forma por la adición del reactivo ácido piridin-barbitúrico. La longitud de onda empleada es 578 nm. El límite máximo de detección de la concentración de cianuro en este método es de 0.02 mg/L (APHA A, 2005). 1.2.3.4. Cianuro WAD o disociable en ácidos débiles Se trata de un método colorimétrico, que se ha mostrado como relativamente sencillo y adecuado para un amplio rango de concentraciones. Su fundamento es el desarrollo del color de la solución a analizar, mediante la acción del ácido pícrico en presencia de níquel, y un calentamiento de la solución “al baño María” durante 30 minutos, como paso previo a la medida, que se realiza mediante un espectrofotómetro, fijando la longitud de onda en la parte visible del espectro a 520 nm. Teóricamente este método mide el cianuro de hidrógeno y los 16.

(26) Capítulo 1: Marco teórico. complejos de Cd, Cu, Ni, Ag y Zn. El límite de detección de la concentración de cianuro es de 0.2 mg/L (APHA A, 2005). 1.2.3.5. Electrodos de ion selectivo (e.i.s.) o de membrana Se utiliza este método para concentraciones bajas de cianuro. La técnica permite medir de manera muy precisa cantidades mínimas de cianuro tanto en soluciones claras como en pulpas o soluciones con color. El electrodo posee una membrana de sulfuro de plata y yoduro de plata que reacciona con el cianuro de la solución y libera una cantidad proporcional de ion yoduro, según la siguiente reacción: 2CN−(ac) + AgI(ac) → Ag(CN) 2−(ac) + I−(ac) El método del electrodo selectivo es aplicable para agua potable, aguas naturales y residuales domésticas e industriales en el intervalo de concentraciones de 0,03 – 260 mg/L. Las altas concentraciones de los cationes Cu2+, Cd2+ y Ni2+ causan interferencias en la medición ya que forman complejos con los iones CN−. Los iones Cl−, I− y Br− pueden afectar las mediciones si se encuentran en altas concentraciones y el S2− interfiere incluso a bajas concentraciones por lo que no debe estar presente en las muestras. El color y la turbiedad no interfieren (APHA A, 2005). El uso de electrodos de ión selectivo como método de análisis ofrece una serie de ventajas que los hacen muy atractivos, entre éstas se pueden citar:  Se realiza lectura directa de la concentración de aniones y cationes.  Tienen un amplio intervalo de trabajo.  Permiten el análisis de trazas debido a que sus límites de detección son muy bajos.  La cantidad de muestra a utilizar es reducida.  El análisis requiere corto tiempo.  Las señales que se presentan en una celda electroquímica son de naturaleza eléctrica, por tanto no requieren transformación para ser medidas.  La muestra no requiere tratamiento previo y además, están exentos de interferencias o éstas generalmente se pueden eliminar con facilidad. 17.

(27) Capítulo 1: Marco teórico.  La turbiedad y el color presentes en la muestra no causan interferencia en la determinación.  El análisis es de bajo costo en comparación con la mayoría de técnicas instrumentales. 1.3. Funcionamiento de los electrodos de ion selectivo (EIS) o de membrana Un electrodo selectivo a iones (EIS) o de membrana consiste en una membrana electroquímica compuesta de una fase sólida o líquida permeable y selectiva a una especie en solución, un electrolito de referencia interno (solución interna) de actividad fija (aint) y un elemento de referencia interno. Este electrodo, junto con el de referencia externo, se introducen en la solución o muestra que contiene el analito de alguna actividad (amuestra). El potencial medido (E celda) se calcula como (Glazier et al., 2003): E celda = E ref ,ext – E ref, int + E memb + E ij donde E. ref ,ext. Ec. 1.1. es el potencial del electrodo de referencia externo, E. electrodo de referencia interno, E. memb. ref ,int. el potencial del. el potencial de membrana y E ij el potencial de unión. líquida. Si la membrana es selectivamente permeable a un ión particular se desarrolla un potencial a través de ésta, que depende de la relación de actividades del ión con el otro lado de la membrana, como lo describe la ecuación de Nernst: Ec. 1.2 Donde z es la carga del ion. Por sustitución de la ecuación 1.2 en la ecuación 1.1, se consigue una expresión general para la celda electroquímica, que se escribe como sigue: Ec. 1.3 Los potenciales de media celda de los dos electrodos de referencia son constantes, las condiciones de la solución de la muestra pueden ser controladas de manera que Eij sea efectivamente constante y la composición de la solución interna puede ser tal que (ainterno) sea constante. De esta manera la ecuación anterior se puede simplificar como sigue: Ec. 1.4 18.

(28) Capítulo 1: Marco teórico. donde K representa los términos constantes en la ecuación. La relación logarítmica entre el potencial de la celda y la actividad del analito es la base de la determinación cuantitativa con EIS en un proceso analítico. Una gráfica del potencial de la celda contra log (a) para una serie de soluciones patrón debe ser lineal a través del intervalo de trabajo del electrodo y tiene una pendiente de 2,303 RT/zF o 0,05916/z para mediciones realizadas a 250C. Puesto que algunas membranas responden a varios iones, además del analito, una expresión más general de la ecuación anterior es: Ec. 1.5 donde aj = actividad de ion interferente, j, x = carga del ion interferente, kij = constante de selectividad. Existen cuatro tipos de electrodos de membrana (Hu et al., 2016): 1.) De membrana de vidrio, caso del electrodo para determinar pH, 2.) De membrana líquida, entre los que se encuentran los EIS para nitrato, cloruro y cianuro, 3.) De estado sólido, 4.) Sensores de gases, como es el caso del EIS para amoniaco. Electrodos de membrana líquida para la determinación de iones Consisten en una membrana delgada, porosa e inerte, que contiene un líquido con un intercambiador iónico dispuesto en ella. El líquido es un solvente viscoso insoluble en agua, en el que se disuelve un intercambiador iónico orgánico hidrofóbico o un ionóforo portador neutro que reacciona selectivamente con el ión que se determina. El líquido se inmoviliza dentro de la membrana matriz que usualmente es PVC, y un plastificante. La relación PVC/plastificante y el espesor de la membrana influyen en la sensibilidad y selectividad de la misma. Son de fácil manipulación y de rápida respuesta, pero pueden verse afectados por variables como la temperatura y la agitación y no pueden estar al aire libre por mucho tiempo, cuando se van a realizar lecturas (RESEARCH., 2011). En la figura 1.2 (Manahan, 2009) se muestra el mecanismo por el cual el electrodo responde a la actividad de A−. El intercambiador aniónico R reacciona con A− en cada interface membrana – solución y extrae A−, esta extracción genera un potencial de membrana negativo en cada interface debido a la separación de la carga que ocurre cuando 19.

(29) Capítulo 1: Marco teórico. a) A− es extraído hacia el interior de la membrana en la forma de RA− y b) el contraión X+ permanece en la solución acuosa. Cuando la actividad de A−aumenta, la actividad de RA− en la membrana aumenta y el potencial de membrana también aumenta (Arada et al., 2002). Así, la respuesta de potencial del electrodo es controlada por la reacción interfacial mostrada.. Figura 1.2: Esquema del mecanismo de respuesta para un electrodo de membrana líquida La reacción ocurre en la superficie externa de la membrana que está expuesta a la muestra y en la superficie interna de la misma que está en contacto con la solución de relleno del electrodo. El potencial interno de la membrana se mantiene constante, manteniendo constante la actividad de A− en la solución de relleno del electrodo, de manera que la posición de equilibrio de la reacción superficial es constante. Para esto se utiliza una solución acuosa de KCl, que proporciona una actividad de cloruros constante para equilibrar el potencial del electrodo de referencia interno de Ag/AgCl. De este modo el cambio de potencial medido en el circuito solamente corresponde al potencial de la superficie de la membrana en contacto con la muestra, E memb (muestra). E = E0 + S Log [A-] muestra. Ec. 1.6. donde: E0 = potencial del electrodo de referencia, S = pendiente del electrodo. 1.4. Validación de los métodos analíticos 20.

(30) Capítulo 1: Marco teórico. Las técnicas descritas en la literatura o de nueva creación deben ser sometidas a procesos de validación que permiten determinar los parámetros de desempeño de dichas metodologías, a través de los procedimientos descritos en las normas (ONN, 2010b, Eurachem Guide, 2005). La validación de los métodos analíticos en las actividades de control, desempeña un papel determinante, pues de ellos depende la comprobación confiable y reproducible de los índices de calidad de las materias primas y productos, lo cual contribuye al aseguramiento de la calidad, seguridad y eficiencia de los mismos. La validación establece pruebas documentales que aportan un alto grado de seguridad, de que un proceso planificado se efectúa en conformidad con los resultados previstos. A continuación se presentan los aspectos más importantes, comunes para dichas normas, y que fueron tomadas en consideración en el presente trabajo. Existen características que definen la aptitud de un método analítico para el uso al que se destina. Dichas características son las siguientes:  Características de practicabilidad: Son las que deciden si el procedimiento analítico es fácil o difícilmente realizable en la práctica. Los parámetros de practicabilidad se evalúan en la fase de desarrollo del método analítico: tiempo, coste, tamaño de la muestra, calificación del personal, tipo de equipo e instrumentación, condiciones de seguridad, entre otras.  Características de idoneidad: Son el conjunto de parámetros que garantizan que el sistema responde, en el momento del análisis, a los requisitos fijados en la validación del método. La idoneidad verifica el buen funcionamiento del sistema (instrumento y método) en el momento de su uso.  Características de fiabilidad: Son las que demuestran la capacidad de un método analítico para mantener a lo largo del tiempo los criterios fundamentales de validación. Los parámetros que expresan la fiabilidad de los métodos analíticos son: linealidad, veracidad, precisión, límite de detección, límite de cuantificación y selectividad. La necesidad de efectuar el proceso de validación podría ser resumida en los siguientes apartados (Uribe et al., 2013):. 21.

(31) Capítulo 1: Marco teórico.  Proporciona un alto grado de confianza y seguridad en el método analítico y en la calidad de los resultados, lo que se traduce en una disminución del número de fallos y repeticiones, con el consiguiente ahorro de los costos asociados.  Permite un conocimiento profundo de las características de funcionamiento del método analítico.  Hace posible el cumplimiento de las exigencias legales. Criterios para la selección de los parámetros de desempeño El campo de aplicación del método determinará la extensión del trabajo de validación, por otro lado, los parámetros o elementos de desempeño analítico se proponen teniendo en cuenta el método de ensayo y el componente a determinar. - Teniendo en cuenta el método de ensayo Se consideran seis categorías diferentes de métodos de ensayo químicos aplicables en los laboratorios químicos (Tabla 1.1): Tabla 1.1: Diferentes categorías de métodos de ensayo según el grado de validación y el trabajo adicional recomendado Grado de validación externa 1 Método validado externamente mediante. Validación interna recomendada Verificación de veracidad y precisión.. un ensayo colaborativo. 2 Método validado externamente pero se. Verificación de veracidad y precisión,. utiliza para una nueva matriz o. también es posible establecer el límite de. con nuevo instrumento.. detección.. 3 Método bien establecido, pero no validado.. Verificación, es posible una validación más extensa.. 4 Método publicado en la literatura científica y con las características de ejecución. Verificación, es posible una validación más extensa. 22.

(32) Capítulo 1: Marco teórico. más importantes establecidas. 5 Método publicado en la literatura científica sin presentación de las características de ejecución. 6 Método desarrollado internamente.. El método necesita una validación completa. El método necesita una validación completa.. - Según el analito a determinar Se puede considerar que los métodos de ensayo químicos se agrupan generalmente en dos grandes categorías, según este criterio:  Cuantificación de un componente mayoritario.  Cuantificación de una traza o componente minoritario. Los métodos analíticos utilizados para determinar concentraciones próximas al límite de detección del método, requieren una validación más extensa que aquellos utilizados para determinar concentraciones muy por encima del límite de detección (ONN, 2004, ONN, 2010b) . En estos casos, la especificidad y el límite de detección constituyen los parámetros de desempeño fundamentales a evaluar (Fernández, 2011). Verificación de métodos analíticos Reviste gran importancia para la Química Analítica, la obtención de resultados confiables, por lo cual se hace necesario realizar el proceso de verificación para los métodos aplicados en el laboratorio. El proceso de verificación o validación parcial consiste en demostrar estadísticamente que el método es adecuado para un propósito determinado, esto es, que posee alto grado de confiabilidad, que puede ser aplicado a un amplio número de muestras y matrices y que es práctico con relación al costo y tiempo requerido en el análisis (Green, 1996, Huber, 1998, IUPAC, 2012).. 23.

(33) Capítulo 1: Marco teórico. Entre los parámetros generalmente empleados en la verificación de un método analítico se consideran: linealidad, precisión, veracidad, límite de detección, límite de cuantificación, y sensibilidad (Molina, 2013). 1.4.1.1. Linealidad e Intervalo de Respuesta Lineal El intervalo de respuesta lineal es el intervalo de concentración donde se ha comprobado un comportamiento lineal en la respuesta instrumental. Se refiere a la proporcionalidad, directa o después de la transformación matemática conveniente, entre la respuesta del método y la concentración del analito, dentro de un intervalo de concentraciones apropiadas. El intervalo de respuesta lineal se puede evaluar por inspección visual de la gráfica obtenida de la respuesta en función de la concentración, por la sumatoria de cuadrados de residuos, la cual consiste en hallar la diferencia entre el valor esperado y el obtenido con la ecuación de la recta y observar la tendencia de la sumatoria del cuadrado de estos residuos, un valor pequeño de la sumatoria sugiere un intervalo de respuesta lineal conveniente; y por el coeficiente de correlación de la recta, que debe tener un valor cercano a 1,00 (o mayor que 0,995 para la mayoría de analitos), teniendo presente que el coeficiente de correlación solo no es suficiente y puede conducir a una evaluación errónea del intervalo de respuesta lineal (Mark and Workman, 2007). Para la linealidad, la recta obtenida (con el número conveniente de réplicas y después de hacer el ajuste por mínimos cuadrados) es una estimación de la verdadera recta y se considera estadísticamente válida, si los valores de la respuesta no se desvían significativamente respecto al valor medio de la recta de mejor ajuste y la pendiente b es significativamente diferente de cero (Green, 1996, Huber, 1998, IUPAC, 2012). 1.4.1.2. Sensibilidad La sensibilidad de un método analítico se puede definir como la derivada de la magnitud analítica dependiente de la concentración del analito, respecto de dicha concentración. Así, se acepta como valor de la sensibilidad el de la pendiente de la función de calibrado, denominada según la IUPAC, sensibilidad del calibrado (IUPAC, 2012).. 24.

(34) Capítulo 1: Marco teórico. 1.4.1.3. Límite de Detección Es la menor concentración de analito que puede ser detectada en una muestra, pero no necesariamente cuantificada, bajo las condiciones experimentales establecidas, y que se puede diferenciar de la respuesta dada por el blanco con un nivel de confianza específico (Long and Winefordner, 1983, Program, 1996). De acuerdo con la IUPAC (IUPAC, 2012): yL =. B±. kSB. Ec. 1.7. Siendo: yL la señal del límite de detección; que es el promedio de la señal de los blancos; SB, la desviación estándar de los mismos; k factor numérico cuyo valor está relacionado con el nivel de confianza, tomándose para el mismo un valor de 3 según sugiere la IUPAC (IUPAC, 2012). 1.4.1.4. Límite de Cuantificación Es la menor concentración de analito que puede ser determinada cuantitativamente con un nivel aceptable de precisión y exactitud. yc =. B±. kSB. Siendo: yc la señal de cuantificación;. Ec. 1.8 B,. el promedio de los blancos; SB, la desviación estándar. de los mismos; k=10 (Committee, 1987, Long and Winefordner, 1983, Program, 1996). 1.4.1.5. Precisión Para el análisis de la precisión el método se aplica repetidamente a diferentes preparaciones de una misma muestra homogénea. Puede ser caracterizada por la repetibilidad y la precisión intermedia. Se evalúa por la desviación estándar y el coeficiente de variación (Huber, 1998, IUPAC, 2012). Repetibilidad: hace referencia a la concordancia entre los resultados obtenidos con el mismo método, bajo las mismas condiciones (mismo experimentador, instrumentos, reactivos, laboratorio, día), en muestras idénticas. Precisión intermedia: evalúa la concordancia entre resultados independientes obtenidos por el mismo experimentador, utilizando el mismo método de análisis, en diferentes días, en el mismo laboratorio y empleando el mismo instrumento o, haciendo alguna variación en el 25.

(35) Capítulo 1: Marco teórico. método de análisis, en el instrumento, en el laboratorio o incluso cambiando el experimentador. 1.4.1.6. Veracidad Es la diferencia entre un valor aceptado como verdadero y el valor encontrado experimentalmente. El valor aceptado como verdadero puede ser obtenido de diferentes formas. Una es comparando los resultados con un método que se ha establecido como referencia; en esta aproximación se asume que la incertidumbre del método de referencia es conocida. La forma más usual de evaluar la veracidad del método de análisis es a través del porcentaje de recuperación, haciendo adición conocida de analito en la muestra. Frecuentemente se aplica un ensayo t - Student para encontrar diferencias significativas entre el porcentaje de recuperación obtenido y el esperado (Karim et al., 1986).. 26.

(36) Capítulo 2: Materiales y Métodos. CAPÍTULO II: Materiales y métodos. En el presente capítulo se describe la etapa experimental de la investigación desarrollada, especificando las condiciones a las cuales se efectuaron los experimentos correspondientes, los reactivos, materiales y equipamiento. Finalmente, se describen los parámetros utilizados para la verificación de la técnica potenciométrica empleando electrodos selectivos de membrana líquida para la cuantificación de iones NO3−, Cl− y CN− en muestras de aguas naturales y residuales. 2.1. Descripción de la metodología analítica utilizada Para la determinación de los iones NO3−, Cl− y CN− en muestras de aguas naturales y residuales se aplica el procedimiento descrito en el manual del equipo (WTW, 2007). Para el mismo se utilizan soluciones patrones suministradas por la propia marca (WTW). 2.1.1. Reactivos, materiales y equipamiento utilizado 2.1.1.1. Reactivos empleados:  Solución de nitrato de sodio (NaNO3) 10 g/L (ES/NO3, WTW)  Solución de sulfato de aluminio (Al2(SO3)3) con adiciones de sulfato de plata (Ag2SO3) y ácido sulfámico (TiSAB/NO3, WTW)  Solución de sulfato de amonio ((NH4)2SO4) (ELY/BR/503/N, WTW)  Solución de nitrato de potasio (KNO3) (ELY/BR/503, WTW)  Solución de nitrato de sodio (NaNO3) 5 mol/L (ISA/FK, WTW)  Solución de hidróxido de sodio (NaOH) 5 mol/L (MZ/NH3/CN, WTW)  Cloruro de sodio (NaCl) al 99,99 % de pureza (Merck)  Cianuro de potasio puro para análisis. (KCN) (Merck)  Hidróxido de sodio (NaOH) (Merck)  Agua desionizada (Conductividad, µS/cm a 25ºC ≤ 0,8) Preparación de disoluciones: 27.