INSTRUCTIVO PARA LA DETERMINACIÓN DE OXIDOS DE AZUFRE EN MUESTRAS DE AIRE.
Establecer el procedimiento para determinar la concentración de SOx en la atmósfera; para el Laboratorio de Análisis de Aguas y Alimentos de la Universidad Tecnológica de Pereira.
1. CONTENIDO
El dióxido de azufre (SO2) y el trióxido de azufre (SO3) son dos clases de químicos. Sin
embargo, ambos están compuestos por átomos de azufre y oxígeno. También forman parte de algunos tipos de contaminación del aire. Los científicos usan el término "óxidos de azufre" cuando quieren referirse a estos dos químicos a la vez.
La atmósfera terrestre tiene ciertos óxidos de azufre, algunos de los cuales se originan de manera natural. Por ejemplo, algunos de ellos provienen de los volcanes. Otros son producidos por los humanos y sus acciones. El carbón y el petróleo contienen una pequeña cantidad de azufre. Para producir electricidad y calefacción, quemamos carbón y petróleo. Cuando se quema carbón y petróleo, el azufre que contienen se combina con el oxígeno que se encuentra en el aire para hacer óxido de azufre.
Cuando se utiliza este método la determinación de la concentración másica de dióxido de azufre en el aire ambiente dentro del intervalo de 20 μg/m3 hasta aproximadamente 500 μg/m3. El periodo de muestreo es de 30 a 60 min. Si se utiliza un periodo de muestreo mayor de 60 min, o se esperan concentraciones mayores de dióxido de azufre (aproximadamente hasta 2000μg/m3). Estas concentraciones se pueden medir en a una longitud de onda de 550 nm.
Utilícese esta técnica solamente para analizar muestras que contengan SO2 en aire. El
dióxido de azufre es determinado mediante una solución de tetracloromercurato de sodio (TCM) (o potasio), dentro de un periodo especificado, que da como resultado la formación de un complejo de diclorosulfitomercurato.
Destrucción de cualquier ión nitrito formado en la solución de tetracloromercurato de sodio, por los óxidos de nitrógeno presentes en la muestra de aire, mediante la adición de solución de ácido sulfámico. Conversión del complejo diclorosulfitomercurato en ácido metil sulfónico pararrosanilina de intenso color violeta, mediante la adición de una solución de formaldehído y una solución acidificada de clorhidrato de pararrosanilina a la solución resultante.
Determinación de la absorbancia de la solución de muestreo a una longitud de onda de aproximadamente 550 nm, utilizando un espectrofotómetro apropiado (o colorímetro) y cálculo de la concentración másica del dióxido de azufre por medio de una curva de calibración preparada utilizando mezclas de gas para calibración. Dependiendo del equipo disponible en el laboratorio, puede ser conveniente utilizar soluciones de bisulfito de sodio para las verificaciones de rutina. Sin embargo, las soluciones solamente se usan después de una calibración apropiada utilizando un dispositivo de penetración.
2. INFORMACION ANTES DE INICIAR EL PROCESO
2.1. Interferencias:
La cantidad de EDTA agregada elimina la interferencia de metales pesados: hasta 30μg de manganeso (II), 10 μg de cromo (III), 10 μg de cobre (II) y 22 μg de vanadio (V) en 10 mL de la solución de absorción.
Si se utiliza ácido sulfámico con el procedimiento descrito, se puede tolerar hasta 50 μg de dióxido de nitrógeno por 10 mL de solución de absorción.
La interferencia de los óxidos de nitrógeno, ozono y compuestos de azufre reductor (por ejemplo, sulfuro de hidrógeno y mercaptanos) se elimina o minimiza.
El ácido sulfúrico y los sulfatos no interfieren. Experimentalmente no se ha probado interferencia del trióxido de azufre, ya que probablemente este se hidroliza en el ácido sulfúrico en la solución de absorción.
2.2. Recolección y preservación de la muestra
Tómese la muestra de acuerdo al plan de muestreo. Es necesario asegurarse de que no se sobrepasan las concentraciones de dióxido de azufre en la solución de absorción especificadas anteriormente. Esto se puede lograr mediante una reducción en la tasa de flujo volumétrico durante el muestreo. Las soluciones de muestreo obtenidas mediante este procedimiento se pueden almacenar hasta por 24 h antes de hacer las mediciones, siempre y cuando se mantengan refrigeradas a 5ºC.
2.3. Características del método
2.3.1. Límite de Detección
Según la curva de calibración, el límite de detección del método es de 0,10129 mg/L.
2.3.2 Incertidumbre No Estimado.
2.3.3. Reactivos. Nombre R S CAS Tetracloromercurato de sodio (TCM) 64-02-8 cloruro de mercurio (II) (HgCl2) 68-62 ½-13-28-45 7487-94-7
cloruro de sodio 26 Ninguno 7647-14-5
sal disódica dihidratada del ácido etilendiaminotetracétic o (EDTA) 36/38 26-36 60-00-4 ácido clorhídrico (HCl) 38% 8-35 1/2-23-26-36-45 7647-01-0 ácido fosfórico (H3PO4) 85% 34 26 7664-38-2 clorhidrato de pararrosanilina (C19H17N3HCl) 45 53-45 25620-78-4 formaldehído (HCHO) de 36 a 38% 22-38-48/20/22 36/37 67-66-3 ácido sulfámico (NH2SO3H) 36/38-52/53 26 5329-14-6 bisulfito de sodio (Na2S2O5) 36/38-52/53 26 7631-90-5 ácido fosfórico (H3PO4) 85% 34 26-36/37/39-45 7664-38-2 2.3.4. Residuos generados.
Nombre Código de colector Código de color Riesgos específicos Consejos de prudencia Solución ácida D 35 26-30-37/39-45 Solución oxidante D (2) 8-22-50/53 60-61
3. NORMAS DE SEGURIDAD Y PRECAUCIONES
Para todas las preparaciones utilizar agua destilada o desionizada. Usar bata, gafas de seguridad; en casos necesarios tapa bocas.
4. PROCEDIMIENTO
4.1. Preparación del blanco
4.2 Tetracloromercurato de sodio (TCM), solución de absorción, c(Na2[HgCl4]) = 0.04 mol/L
Adicionar a un matraz de 25mL; 10 mL de la solución absorbente
FINAL INICIO
Agregar 1 mL de ácido sulfámico al 0.6 %, 2 mL de solución de formaldehído al 0.2 % y 5 mL de solución de pararrosanilina y aforar con agua destilada
4.3. Clorhidrato de pararrosanilina (PRA), solución 0.16 g/L
4.3.1
INICIO
Disolver en agua 10.9 g de cloruro de mercurio (II) (HgCl2), 4.7 g de (NaCl) y
0.07 g de sal disódica dihidratada del ácido etilendiaminotetracético (EDTA), en un recipiente aforado de 1000 mL
FIN Estable por varios meses
Si se almacena en recipiente con tapón bien
ajustado. Se debe desechar si se forma precipitado. El pH debe estar cercano a 4.0 + 1.0. INICIO 86 mL de HCl de aproximadamente 38% (m/m) (ƿ = 1.19 g/mL)
Llevar hasta 1000 mL de agua destilada, mezclar bien
4.3.2
4.3.3.
4.3.4
INICIO
Transferir 205 mL de ácido fosfórico (H3PO4) de
aproximadamente 85% (m/m) (ƿ = 1.69 g/mL)
Llevar hasta 1000 mL de agua destilada, mezclar bien
FIN INICIO 0.2 g de clorhidrato de pararrosanilina (C19H17N3HCl) FIN INICIO Cuya pureza ha sido ensayada para cada nuevo lote de PRA (de acuerdo al anexo 1.2.)
Llevar a 100 mL de la solución HCl preparada en el numeral 4.6.1.3.1
4.4. Formaldehido, solución de aproximadamente 2 g/L
INICIO
5 mL de solución de formaldehido (HCHO) de 36 a 38% (m/m).
Llevar hasta 1000 ml de agua destilada
FIN
Esta solución se prepara el día que
va hacer utilizada 20 mL de solución preparada en el
numeral 4.6.1.3.3.
Llevar a un recipiente aforado de 250 mL
FIN
Agregar 25 mL de solución de ácido fosfórico preparada en el numeral 4.6.1.3.2, se mezcla bien y se lleva con agua destilada hasta el aforo.
Estable por varios meses Si se mantiene protegida de la luz. 1
4.5. Acido sulfámico, solución 6 g/L
4.6. Disulfito de sodio, solución de 0.012 g/L
Esta solución no establece y contiene la masa equivalente de 320 a 400 µg de dióxido de azufre por mL. La masa real del dióxido de azufre presente en la solución se determina de acuerdo con la especificación en el anexo 1.1.
INICIO
Disolver 0.6 g de ácido sulfámico (NH2SO3H) en
100 mL de agua FIN Estable por algunos días Si se protege del aire INICIO
Disolver 0.3 g de bisulfito de sodio
(Na2S2O5) en 500 mL de agua destilada
FIN
El agua debe de estar
recién destilada
4.6.1.
Inmediatamente después de la determinación de la concentración másica real de dióxido de azufre presente en la solución, como se especifica en el numeral 4.5.
4.7. Patrones para la curva de calibración:
Procedimiento de calibración estática (curva de calibración)
Preparara una solución diluida de sulfito-TCM, diluyendo 10 mL de la solución de trabajo de sulfito-TCM, en 100 mL de reactivo absorbente de TCM. Tomar cuidadosamente los volúmenes de sulfito-TCM que se han señalado en la tabla No.1, en seis matraces volumétricos de 25 mL.
INICIO
2.0 mL de dióxido de azufre
Llevar hasta 100 ml con solución de absorción (4.6.1.2) se mezcla bien. FIN Si se almacena aproximadamente a 5°C, o por un día dependiendo de la temperatura ambiente a la que se almacene. Estable por 1 mes
Añadir reactivo absorbente de TCM según se indica, para completar un volumen de 10 mL en cada matraz.
A cada matraz volumétrico añadir 1 mL de ácido sulfámico al 0.6 % por medio de una pipeta, 2 mL de solución de formaldehido al 0.2 % y 5 mL de solución de PRA.
Aforar todos los matraces con agua destilada recientemente hervida y enfriada, mezclando totalmente. El color debe desarrollarse mediante un periodo de 30 minutos a temperatura ambiente controlada entre 20-30°C +/- 1°C. Para una mayor precisión se recomienda un baño a temperatura constante durante el desarrollo del color. Después de 30 minutos determinar la absorbancia corregida para cada patrón a 548 nm contra agua destilada como referencia. Registrar esta sustancia como (A).
PATRONES VOLUMEN SOLUCION DE DISULFITO - TCM VOLUMEN DE TCM CONCENTRACION EN mg/L DE SO2 (mL) (mL) Blanco 0.0 10.0 0.00000 1 0.5 9.5 0.05400 3 0.7 9.3 0.07596 4 1.0 9.0 0.10850 5 1.5 8.5 0.16280 6 2.0 8.0 0.21704 7 2.5 7.5 0.27130 8 3.0 7.0 0.32560 9 3.5 6.5 0.37980 10 4.0 6.0 0.43408
Basado en una concentración de trabajo de sulfito- TCM de 7.3 µg de SO2 los
µg de SO2 totales actuales (debe utilizarse agua destilada en la celdilla de
referencia en lugar del reactivo blanco, como consecuencia de su sensibilidad a la temperatura); deben calcularse utilizando la ecuación:
Donde:
- VTCM/SO2 = volumen de solución utilizada de sulfito- TCM en mL
- CTCM/SO2 = concentración de SO2 en la solución de sulfito – TCM
(Solución de trabajo de sulfito-TCM; en el procedimiento de medición, sobre reactivos)
- D= factor de dilución (D= 1 para la solución de sulfito – TCM; D = 0.1 para la
solución diluida de sulfito-TCM.
La ecuación para la calibración se determina empleando el método de los mínimos
cuadrados. El total de µg de SO2 contenido en cada solución es la variable X. la absorbancia
corregida asociada a cada solución variable de Y. para que la calibración sea valida, la pendiente debe mantenerse dentro de un rango de 0.030+/- 0.002 unidades de absorbancia/
µg de SO2, la intercepción se determina por el método de los mínimos cuadrados y debe ser
igual o menor de 0.170 unidades de absorbancia cuando el color se desarrolla a 22°C (añadir 0.015 a esta especificación de 0.170 por cada °C arriba de 22°C) y el coeficiente de correlación debe ser mayor de 0.998. si no se cumplen estos criterios puede ser result6ado de
una impureza o de una estandarización mal realizada de la solución de sulfito – TCM. El
factor de calibración (Bs) se determina calculando el reciproco de la pendiente y se utiliza posteriormente para calcular la concentración de la muestra.
4.8. Análisis de la muestra 4.8.1. Muestreo
Los mejores resultados se obtienen si se recogen de 0.25 a 2.5 µg (0.1 a 0.95 µL a 25°C y 101.3 KPa) de dióxido de azufre por mL de solución de absorción.
5. CALCULOS Y RESULTADOS
Adicione a una botella de absorción 10 ml de solución absorbente
Insertar la botella en el tren de muestreo.
Se escoge un periodo de muestreo ya sea de 30 o 60 min (también periodo de 24 h) y una tasa de flujo
volumétrico entre 0.5 y 1 L/min. INICIO
Después del muestreo, se determina el volumen de aire al que se realizó el muestreo y se registra la
presión atmosférica
FINAL Estable 24 horas antes del análisis
Mantener a 5°C Si la muestra
presenta un precipitado, antes del análisis se saca
el precipitado mediante filtración
La concentración másica del dióxido de azufre ƿ (SO2) expresada en µg/m3, se calcula
utilizando las ecuaciones:
ƿ (SO2) = f (As - Ab) / V1
ƿ (SO2) = f¨ (As - Ab) / V1
Donde:
f y f¨ = Factores de calibración
As = Absorbancia de la solución de muestra Ab = Absorbancia del blanco
V1 = Volumen de muestra de aire, en m3
Nota: Si es necesaria la concentración de dióxido de azufre en las condiciones de referencias
(298 K, 101.3 KPa) se remplaza el V1 de aire al que se a realizado el muestreo, por el valor
correspondiente de V2 del volumen en las condiciones de referencia.
V2 = [298 V1P] / [(273 + T) 102]
Donde:
P = Presión barométrica en KPa
T = Temperatura de la muestra de aire, en °C
6. DOCUMENTO DE REFERENCIA
EATON, Andrew D. CLESCERI, Lenore S. GREENBERG, Arnold E. Standard Methods For
The Examination of Water And Wastewater. American Public Health Association. 19th Edition.
INSTRUCTIVO PARA LA DETERMINACIÓN NOx EN LA ATMOSFERA
Establecer el procedimiento para determinar la concentración de NOx en la atmósfera; para el Laboratorio de Análisis de Aguas y Alimentos de la Universidad Tecnológica de Pereira.
1. CONTENIDO
La contaminación en el aire causada por Nox. Estos óxidos de nitrógeno contribuyen al problema de la contaminación del aire, actuando en la formación del smog y de la lluvia ácida. Son liberados en la atmósfera terrestre por fuentes naturales y artificiales.
Tanto el NO como el NO2 se forman durante combustión a altas temperaturas en la
atmósfera, cuando el oxígeno se combina con el nitrógeno. El gas de escape de autos y camiones, al igual que las emisiones de las plantas generadoras de energía eléctrica, son la fuente principal de los óxidos de nitrógeno. El escape de los automóviles tiene más NO que
NO2, pero una vez que el NO es liberado a la atmósfera, rápidamente se combina con el
oxígeno del aire para formar NO2.
La concentración de óxido nítrico en aire sin contaminación es de alrededor de 0.01 ppm (partes por millón). En el smog, las concentraciones se elevan a alrededor de veinte veces más, a 0.2 ppm. El rango de concentración a la que este método puede ser usado con confianza está entre los 0.005 a 0.50 ppm, tomando como base un periodo de 24 horas a 541 nm.
2. INFORMACION ANTES DE INICIAR EL PROCESO 2.1. Interferencias:
El dióxido de azufre en concentraciones hasta de 2000 µg/m3 (0.7 ppm) no interfiere si el peróxido de hidrogeno es añadido después del muestreo y antes del desarrollo del color.
El ozono no causa interferencia en los rangos de concentración atmosféricos (hasta de 1000 µg/m3).
El oxido nítrico en concentraciones hasta de 800 µg/m3 (0.6 ppm) como promedio de 24 horas
no causa interferencias.
Los nitritos orgánicos y nitratos de peroxiacilo (PAN), que pueden estar presentes el aire, podrían causar interferencia positiva. No hay datos de la magnitud de la interferencia, sin embargo, en vista de las concentraciones promedio de 24 horas de los nitritos orgánicos y de los nitratos de peroxiacilo que han sido reportados en la literatura, parecería que esta interferencia podría ser despreciable.
2.2. RECOLECCION Y PRESERVACION DE LA MUESTRA
Tómese la muestra de acuerdo al plan de muestreo. Después del muestreo, la solución absorbente puede ser almacenada hasta tres semanas sin perdidas, si se mantiene tapada en la oscuridad. Sin embargo, después de que se produzca el color por los reactivos adicionados, la muestra debe ser analizada en pocas horas. La absorbancia de la solución coloreada decrece cerca del 4% por día.
2.3. Características del método 2.3.1. Límite de Detección
2.3.2 Incertidumbre No Estimado. 2.3.3. Reactivos. Nombre R S CAS Trietanolamina 36-37-38 26-36 102-71-6 N-butanol 10-36/37-67 2-7/9-13- 24/25-26-46 78-92-2 Peroxido de hidrógeno al 30% 5-8-20-22-35 1-2-17-26- 28-36-37-39-45 7722-84-1 Acido fosfórico concentrado 85% 34 26-36/ 37/39-45 7664-38-2 NEDA 36/38-43-20/31/32 22 1465-25-4 Nitrito de sodio 8-25-50 45-61 7632-00-0 Permanganato de potasio 8-22-50/53 60-61 7722-64-7 Sulfanilamida 63-74-1 2.3.4. Residuos generados. Nombre Código de colector Código de color Riesgos específicos Consejos de prudencia Solución ácida D 35 26-30-37/39-45 Solución oxidante D (2) 8-22-50/53 60-61
3. NORMAS DE SEGURIDAD Y PRECAUCIONES
Los reactivos químicos usados deben ser grado analítico. El agua debe estar libre de nitritos.
El peróxido de hidrogeno es un oxidante fuerte y puede causar daño en la piel y en la ropa.
Utilizar los implementos de protección personal.
Usar bata, gafas de seguridad; en casos necesarios tapa bocas.
4. PROCEDIMIENTO
4.1. Agua destilada
El agua debe purificarse predestilandola con un cristal de hidróxido de bario y permanganato de potasio, en un destilador de vidrio
Mezclar 0.20ml de sol. De permanganato de potasio (0.316g/l) y 500ml de agua destilada
Llevarlos a una botella de vidrio, tapar y dejar reposar
Si el color rosa de permanganato no desaparece a la hora, el agua se puede usar
FIN INICIO
Adicionar 1 ml de acido sulfúrico concentrado.
4.2. Liquido absorbedor
Si se presenta burbujeo durante el muestreo se debe disminuir el N-butanol
4.3. Peróxido de hidrogeno INICIO Pesar 15 g de trietanolamina Adicionar 3 ml de N-butanol FIN Estable por 2 meses Si se mantiene en una botella oscura bajo refrigeración INICIO 0.2 ml de peróxido de hidrogeno (H2O2) al 30%
Llevar hasta 200 ml de agua destilada
FIN
4.4. Solución de sulfanilamida
4.5. N-(1 NAFTIL) - Etilendiamina Dihidrocloruros (NEDA)
INICIO
10 g de sulfanilamida
Llevar hasta 400 ml de agua destilada
FIN Estable por 1
año
Añadir 25 ml de H3PO4 al 85%
Completar hasta 500 ml de agua destilada
Si se mantiene en una botella oscura bajo refrigeración INICIO Pesar 0.1 g de NEDA 1
4.6. Solución Stock de nitrito
El nitrato de sodio debe ser de pureza conocida o analizada antes del uso
Estable por 1 mes
Llevar a 100 ml de agua destilada
Si se mantiene en una botella oscura bajo refrigeración
INICIO
Pesar 0.35 g de nitrito de sodio
Llevar hasta 1 L de agua destilada
FIN Estable por 1
mes
La solución contiene 90 μg de nitrito/ml FIN
4.7. Análisis de la muestra
4.7.1. Muestreo
Adicione al burbujeador 50 ml de solución absorbente
Conecte el burbujeador al tren de muestreo y encienda la bomba
Ajuste la tasa de flujo rápidamente en 150 y 200 ml por minuto
INICIO
Muestree por 24 horas y observe la tasa de flujo al final del periodo
FINAL
Si se usa un orificio critico verifique la tasa de flujo hasta determinar
que este conforme con la calibración
Estable por 3 semanas
Si la muestra está bien tapada; este periodo solo será tres semanas antes del análisis previo
4.7.2. Desarrollo del color
Complete cualquier pérdida en la solución absorbente llevándola hasta 50 ml con agua destilada
Transfiera una alícuota de 10 ml de la solución a un cilindro graduado de 25 ml
Añada 10 ml de solución de sulfanilamida INICIO
FINAL
Transfiera una alícuota de 10 ml a la solución de absorción no expuesta a un segundo cilindro graduado de 25 ml
Adicione a cada cilindro 1 ml se solución de peróxido de hidrogeno diluido
Añada 1 ml de solución NEDA a la muestra y al blanco
Mida la absorbancia de la solución muestra contra al blanco a 541 nm
Mezcle bien
Mezcle bien y permita que se desarrolle el color por 10 min
El NO2 se determina
luego con la curva de calibración
4.7.3. Patrones curva de calibración
Graficar la absorbancia en el eje X contra la concentración en µg NO2/mL en el eje Y.
utilizando el método de mínimos cuadrados determine la ecuación de calibración y dibuje la línea recta que más se ajuste a los datos obtenidos, para que la calibración sea válida, la pendiente debe estar dentro de un rango de 0.48 +/- 0.02 unidades de absorbancia/ µg
NO2/mL, la recta debe pasar por el origen.
Preparar patrones de calibración por dilución de la solución de trabajo como se indica a continuación. Usar reactivo absorbente para todas las diluciones.
Volumen de solución de trabajo (mL)
Volumen final (mL) Concentración mg
NO2/L 0,5 25 0.03600 0,7 25 0.05040 1,0 25 0.07200 1,5 25 0.10800 2,0 25 0.14400 2,5 25 0.18000 3,0 25 0.21600 3,5 25 0.25200 INICIO
Se debe medir y anotar la absorbancia para cada patrón de calibración (0.036,
0.0504,… mg NO2/L)
5. CALCULOS Y RESULTADOS
se corrige el volumen de aire muestreado a 25º C y 760 mm Hg.
La estandarización por la solución de nitritos requiere el uso del factor:
0.90 μg de NO2/ 1 μg de ion nitrito.
(0.90 equivale al 90% de NO2 en la muestra de aire que es eventualmente convertido a
un ion nitrito. Este factor es incorporado en la solución stock de nitrito).
El computo de la concentración promedio de NO2 en el aire en un periodo de 24 horas
puede ser efectuado:
Lea los μg de NO2 directamente del grafico:
3 2 3 2
/
10
NO
de
g
m
gNO
k
t
r
C
3 210
/
532
.
0
532
.
0
NO
de
g
ppm
c
k
t
r
p
Donde, c= concentración en μg de NO2/m3 p= concentración en ppm de NO2 (μL/L)r= tasa de muestreo en L/min t= tiempo de muestreo en minuto
k= factor de dilución (0.2) si un quinto de la muestra es analizada.
0.532= μL NO2/μg NO2 a 25ºC y 760 mm Hg
REPORTE DE RESULTADOS
Reportar el valor promedio de la concentración de NO2 en mg NO2 /L, indicando el valor de la
incertidumbre de acuerdo a LAA-PDV-xxx.
6. DOCUMENTO DE REFERENCIA
INSTITUTO DE HIDROLOGIA, METEOROLOGIA Y ESTUDIOS AMBIENTALES (IDEAM), BOGOTA D.C, COLOMBIA, protocolo para la vigilancia y seguimiento del modulo aire del sistema de información ambiental, septiembre 20 de 2005.