TRABAJO PRÁCTICO N 4: CARBONO SOLUBLE EN AGUA, EXTRACTO FILTRADO

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1 TRABAJO PRÁCTICO N 4: CARBONO SOLUBLE EN AGUA, EXTRACTO FILTRADO Procesamiento de la muestra: Utilizar compost seco al aire pasado por tamiz de 2 mm. Materiales: - Muestra, - Balanza granataria (precisión 0,1 g) - Agitador horizontal - Embudo y papel de filtro Whatman 42 o equivalente. - Tubos de 50 ml con tapa para guardado de extracto. Procedimiento (Suspensión muestra en agua, 1:10): En erlenmeyer de 150 ml, con tapa pesar 4 g compost, agregar 40 ml agua destilada. Agitar 2 horas en placa de agitación mecánica. Filtrar con papel de filtro Whatman 42 o equivalente. Reservar el extracto en tubos plásticos de 50 ml en heladera. Técnica: Por oxidación química de la materia orgánica y posterior determinación espectrofotométrica. Introducción: La determinación se basa en una oxidación química de los componentes del extracto acuoso susceptibles a la oxidación, con una mezcla fuertemente oxidante como lo es la mezcla sulfocrómica en caliente. La cuantificación es espectrofométrica, por comparación con un patrón de carbono pero también se puede hacer por titulación con sulfato ferroso. Se expresa la sustancia oxidada como Carbono, ya que la materia orgánica es la principal componente oxidable de la solución. Este procedimiento de oxidación química se realiza comúnmente en aguas y aguas de desecho bajo el nombre de DQO (demanda química de oxígeno) y el resultado se expresa en función del oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica (APHA, 1992). También es utilizada para la determinación de carbono soluble de compost por Hue y Liu (1995) y para la determinación de carbono orgánico de suelos (Walkley-Black). La técnica acá descripta es una adaptación al sistema macro para DQO, descripto en la bibliografía. Además de ser relativamente sencilla, es de amplia difusión en nuestro país, en los laboratorios dedicados a análisis de contaminantes ambientales y también se utiliza para diseño y seguimiento de plantas de tratamiento de aguas cloacales. Existen en el mercado equipos comerciales para la determinación de DQO en base a la oxidación con dicromato-ácido sulfúrico, ya sea con el método microquímico de reflujo ó por digestión en tubos cerrados, con calentamiento a 150ºC en un block digestor. Para los fines analíticos, al extracto acuoso de compost se lo trata de igual manera que a las aguas de desechos, siguiendo la técnica de DQO, con modificaciones en los volúmenes y expresión de resultados, ya que la DQO se expresa en mg O 2 y en el caso de extracto acuoso de compost en mg C. Interferencias y limitaciones de la determinación química. Realizamos algunas modificaciones en cuanto a los reactivos, al no usar sulfato de plata ni sulfato de mercurio, en base a que consideramos que es preferible perder exactitud en beneficio del

2 medio ambiente y las concentraciones de cloruros de nuestras muestras son siempre mucho menores a 2000 mg Cl/ L en el extracto a usar para la determinación (o en la dilución que se debe usar) ya que hay muy poco Cl - en el agua. De todos modos describimos la función de estos dos reactivos en el siguiente título ya que se la concentración de Cl supera 2000 mg Cl/ L se debe utilizar la técnica con ambos reactivos El Ag 2 SO 4 se agrega como catalizador para favorecer la oxidación de compuestos alifáticos volátiles de cadena recta que, de lo contrario, son oxidados parcialmente. Sin embargo, el Ag 2 SO 4 también reacciona con haluros presentes en la muestra (principalmente cloruros) produciendo precipitados que son oxidados parcialmente. Esta última dificultad puede minimizarse agregando como complejante 20 mg HgSO 4 /ml de muestra. Los nitritos son oxidados en las condiciones de la reacción y son incluidos como sustancias oxidables aunque su concentración no afecta al resultado en una proporción importante. Materiales y equipos (la técnica se describe para utilizar equipo digestor de Hatch). Tubos de digestión: tubos de borosilicato, aprox. 15 mm de diámetro, con capacidad de 6 ml aprox., con tapa a rosca resistente al calentamiento y a la mezcla sulfocrómica. Bloque calentador: revestido de aluminio, con agujeros adecuados para insertar los tubos de profundidad tal, que el nivel superior de mezcla quede, por lo menos, 5 mm dentro del bloque. Espectrofotómetro: para usar a 600 nm, con cubas de 1 cm de paso óptico. Reactivos. Acido sulfúrico concentrado: grado analítico. Solución Ácida de Dicromato de Potasio: en Erlenmeyer de 1 L poner aproximadamente 500 ml de agua destilada, agregar 10,2285 g de Dicromato de Potasio (K 2 Cr 2 O 7 ), grado patrón primario, secado previamente 2 hs a 103ºC y 167 ml de ácido sulfúrico concentrado (H 2 SO 4 ), mezclar, agregar agua hasta un poco menos de 1 L, enfriar y trasvasar a un matraz de 1 L, enrasar. Mezcla digestora: al momento de hacer los análisis preparar en Erlenmeyer, una mezcla de 30% de solución ácida de dicromato de potasio y 70% de ácido sulfúrico concentrado (poner el dicromato primero y luego agregar, de a poco, el sulfúrico); el volumen a preparar depende del número de muestras. Dejar enfriar antes de usar. Consideramos, con exceso, que necesitamos 10 ml para blancos, 10 ml para testigo y 10 ml para cada muestra. El exceso nos sirve para repetir cuando vemos, después de la digestión, que debemos trabajar con otras diluciones del extracto. Estándares. -Solución madre de biftalato de potasio: Triturar biftalato de potasio [C 6 H 4 (COO) 2 HK] grado para análisis y luego llevar a peso constante, a 120ºC. Disolver 3,4000 g en agua destilada y llevar a ml. Esta solución tiene una concentración de carbono de mg C/L calculando cuanto carbono tiene el biftalato de potasio (y una DQO teórica de mg O 2 /L). La solución es estable en heladera por más de 3 meses verificando que no tenga crecimiento visible de microorganismos. -Curva de calibración: de la solución madre de biftalato de potasio hacemos diluciones al 2,5; 5; 10; 15 y 20 % en matraces de 100 ml que van de 40 a 320 mg C/L. Procesar como en "Técnica Analítica". -Estandar de trabajo: verificada la linealidad de la curva en el rango dado, se puede trabajar rutinariamente con un sólo estandar, por ejemplo el de 240 mg C/L (20 % de la solución madre de biftalato de potasio). -Muestra. Extracto acuoso del compost filtrado, directo o diluido, de acuerdo a la concentración de Carbono.

3 Técnica analítica. PRECAUCIONES: en todo momento del procesamiento usar anteojos de seguridad y guantes. Tener especial cuidado al preparar los reactivos. Trabajar bajo campana. Agitar fuertemente la mezcla en los tubos antes de colocarlos en el bloque calefactor para evitar calentamientos locales en el fondo del tubo que podrían producir una explosión. Esquema de trabajo: Se procesan Blanco de reacción, Estándar y Extracto por triplicado (para poder eliminar un dato si es necesario). En recipientes rotulados: B (blanco de reacción), St (estándar) y E (extracto, con su Nº ) poner: B St E Mezcla digestora (ml) Agua (ml) Estandar 240 mg C/L (ml) Extracto ó dilución (ml) Tapar bien los tubos, agitarlos todos juntos, puestos en una gradilla y colocarlos en el bloque calentador, precalentado a 150 ºC durante 2 horas. Dejar enfriar, agitar los tubos puestos en una gradilla y leer en espectrofotómetro a 600 nm. Cálculos a) Si se quiere expresar en mg de C soluble/l extracto: Trabajando con curva de calibración interpolar directamente. Si se trabajó con un sólo patrón: Abs E - Abs B C sol.agua (mg/l) = x cc St. (mg C/L) Abs St. -Abs B Donde: Abs E = absorbancia del extracto (Si se usó extracto diluido, multiplicar el resultado por el factor correspondiente). Abs B = absorbancia del blanco de reactivos Abs St. = absorbancia del estándar cc St. = concentración del estándar b) Si se quiere expresar en g de C soluble/kg de compost: -Obtenga el dato de C soluble en agua (mg/l) y: 1 L g 1g C soluble en agua (g/kg ) = C soluble en agua (mg/l) x x 40 ml x x ml 4 g 1000 mg FOSFORO EXTRAÍBLE

4 Este método se utiliza como un índice del P disponible en compost. La utilidad del extractante se basa en que la solución de bicarbonato de sodio reduce la concentración de los iones calcio, aluminio y hierro (III) por precipitación de carbonato de calcio e hidróxidos de aluminio y hierro (III) y libera así iones fosfato a la solución. Reactivos Solución de NaHCO 3 0,5 M. Disolver 42 g de NaHCO 3 en aprox. 800 ml de agua desionizada. Tomar el ph y ajustar a 8,4 con NaOH o HCl, diluir luego a 1 L. Considerar que se debe preparar reactivo suficiente para que queden alícuotas para blancos de reacción. Preparación de la muestra: (Suspensión muestra en NaHCO 3, 1:100) En tubo de centrífuga de 50 ml, con tapa. Poner 0,4 g de muestra seca en el tubo. Agregar 40 ml de solución de NaHCO 3 0,5 M.. Agitar 30 minutos el tubo acostado, en sentido del eje del mismo,. Se filtra por filtro Whatman 42 o equivalente, y se recoge el filtrado en frascos de vidrio Conservar los frascos en heladera hasta la determinación analítica. El extracto mantenido en heladera es estable por algunos días. Técnica: Método del ácido ascórbico-molibdato de amonio. Introducción: El método se basa en la formación de complejos de fosfomolibdato (amarillo) que se reducen por ácido ascórbico dando un compuesto de Mo de color azul. El color es estable a partir de los 20 minutos de reacción y permanece por aproximadamente 3 horas. Las mediciones se realizan en espectrofotómetro a longitud de onda 882 nm. Interferencias y limitaciones de la determinación química: La solución extractante puede almacenarse por aproximadamente 1 mes en frascos plásticos, pero se recomienda prepararla para cada extracción. Otra fuente probable de variación es la temperatura de la solución extractante, el tiempo de agitación y la posición de los tubos, por lo que todos estos factores deben estar muy bien estandarizados La intensidad del color está limitada por la acidez del medio. Los aniones arseniatos y silicatos pueden influenciar las condiciones de óxido reducción. Materiales y equipos: -Frascos de reacción: frascos de vidrio, de aprox. 50 ml. Los frascos deben estar perfectamente limpios y deben almacenarse en lugares libres polvo. -Espectrofotómetro: para usar a 882 nm, con cubas de 1 cm de paso óptico. Reactivos: Acido sulfúrico concentrado: grado analítico. Acido sulfúrico 5 N: Bajo campana y con anteojos de seguridad poner un poco de agua destilada

5 (más o menos 0,5 L) en un erlenmeyer de 2 L (previamente calibrado a 1L) y agregar lentamente y con mucho cuidado 135 ml de ácido sulfúrico concentrado. Cuando se enfría llevar a 1 L. Reactivos de color: A y B Reactivo A: 1-Disolver 12 g de paramolibdato de amonio (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24.4H 2 O en 250 ml de agua destilada 2-Disolver 0,2908 g de tartrato de antimonio y potasio en 100 ml de agua destilada. 3-Preparar 1 L de ácido sulfúrico aproximadamente 5 N, (ver punto anterior) en erlenmeyer de 3 L, con enrase en 1 y 2 L 4- Agregar al litro de ácido sulfúrico 5 N (3) las soluciones (1) y (2). Llevara a 2 L. Esta es la solución A. Reactivo B: se prepara al momento de usar, sólo es estable por 24 hs en heladera (en freezer puede durar algunas semanas). Disolver g de ácido ascórbico en 200 ml de Reactivo A. Estándares: -Estandar primario: Solución Madre de Fósforo, de 400 mg P/L : disolver 1,7575 g de fosfato diácido de potasio anhidro (KH2PO4) en agua destilada y diluir a ml. Conservar en la oscuridad con el agregado de 2 gotas de cloroformo para evitar crecimiento de hongos. También se puede comprar una solución comercial de patrón de fosfato. - Solución patrón de trabajo: Solución Patrón de trabajo de Fósforo de 2 µg P/mL diluir 5,00 ml de la solución Madre de 400 mg P/L a 1000 ml. -Curva de calibración: Se trabaja con diferentes diluciones del estandar para conseguir concentraciones entre 0 y 10 ug P/tubo. Procesar como en "Técnica Analítica". Según nuestra experiencia la técnica es lineal hasta absorbancia aproximada de 0,5 -Estandar de trabajo: verificada la linealidad de la curva en el rango dado, se puede trabajar rutinariamente con un sólo estándar, por ejemplo 4-5 ug P/tubo utilizando 2,5 ml de la solución patrón de trabajo Muestra: Extracto en bicarbonato del compost, directo o diluido, de acuerdo a la concentración de P extraible. Técnica: Se procesan Blanco de reacción y Estandar por triplicado (para poder eliminar un dato si es necesario). En recipientes rotulados: B (blanco de reacción), St (estándar) y E (extracto, con su Nº ) poner: B St E Solución de Bic. 0,5 N (ml) 2,5 2,5 - Estándar 2 ug P/mL (ml) - 2,5 - Extracto ó dilución (ml) - - 2,5 Sulfúrico 5N ** ** ** Agua (ml) 10 7,5 10 Pasos detallados: 1. Si la alícuota de extracto de 2,5 ml es demasiado concentrada compensar a 2,5 ml con solución de Bicarbonato 0,5 N

6 2. Acidificar con Sulfúrico 5N gota a gota (controlar ph con cinta en los dos primeros frascos). Una vez determinado el volumen agregar a todos los frascos el mismo. CUIDADO!!, la reacción hace mucha espuma por liberación de carbónico 3. Llevar todos los frascos a Volumen de aproximadamente 12,5 ml. - Agregar a todos los recipientes 2 ml de reactivo B. Mezclar suavemente por rotación luego de cada agregado. - Incubar 20 minutos (puede ser en baño de agua aproximadamente a 30ºC). -Leer en espectrofotómetro a 882 nm, contra blanco de agua. -Cálculos. Si se trabajó con un sólo estándar: Abs E. - Abs B 40 ml 1 g P (ug/g ) = P (mg/kg ) x cc.st (ug P/tubo) x x Abs St.- Abs B 2,5 ml (alic.) 0,4 g Donde: Abs E = absorbancia del extracto. Abs B = absorbancia del blanco de reactivos. Abs St = absorbancia del estándar. cc. St = concentración del estándar. Si se trabajo con distinto volumen de alícuota reemplazar en la fórmula 2,5mL por el volumen correspondiente Si se trabajó con 2,5 ml de extracto diluido, multiplicar el resultado por el factor de dilución correspondiente.

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