MÉTODO DE ANÁLISIS PARA LA DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD O ACIDEZ MA-01-06

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1 MÉTODO PARA OROZCO Y ASOCIADOS MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DE -06 REVISÓ: APROBÓ: COPIA CONTROLADA No.: PÁGINA: REPRESENTANTE DE LA DIRECCIÓN DIRECTOR Página 1 de 10

2 MÉTODO PARA CONTENIDO I. INTRODUCCIÓN OBJETIVO ALCANCE DEFINICIONES REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA FUNDAMENTO MATERIAL Y EQUIPO REACTIVOS Y PREPARACIÓN DE SOLUCIONES MUESTREO, PRESERVACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE MUESTRAS INTERFERENCIAS PROCEDIMIENTO CONTROL DE CALIDAD CÁLCULOS MANEJO DE RESIDUOS PRECAUCIONES EXPERIENCIAS DEL ANALISTA I. INTRODUCCIÓN La acidez se refiere a la presencia de sustancias disociables en agua y que como producto de disociación generan el ión hidronio (H 3 O + ), como son los ácidos fuertes, ácidos débiles y de fuerza media; también la presencia de ciertos cationes metálicos como el Fe (III) y el Al (III) contribuyen a la acidez del medio. La alcalinidad se refiere a la presencia de sustancias hidrolizables en agua y que como producto de hidrólisis generan el ión hidroxilo (OH - ), como son las bases fuertes, y los hidróxidos de los metales alcalinotérreos; contribuyen también en forma importante a la alcalinidad los carbonatos y fosfatos. La presencia de boratos y silicatos en concentraciones altas también contribuyen a la alcalinidad del medio. Una medida de la acidez total del medio es la cantidad de base fuerte que es necesario añadir a una muestra para llevar el ph a un valor predeterminado coincidente con el vire de la fenolftaleína. Una medida de la alcalinidad total del medio es la cantidad de ácido fuerte que es necesario añadir a una muestra para llevar el ph a un valor predeterminado coincidente con el vire del naranja de metilo. Página 2 de 10

3 MÉTODO PARA 1. OBJETIVO El presente documento establece el método volumétrico para la determinación de la acidez y alcalinidad en agua naturales, residuales y residuales tratadas. 2. ALCANCE Este método es aplicable en aguas naturales, residuales y residuales tratadas, que tengan una concentración de (mg/l) de acidez o alcalinidad expresada como carbonato de calcio. 3. DEFINICIONES 3.1 Acidez Es la capacidad cuantitativa del agua para reaccionar con los iones hidroxilos. 3.2 Alcalinidad Es la capacidad cuantitativa del agua para reaccionar con los iones hidrógeno. 3.3 Acidez total Es la cantidad de iones hidronio (H 3 O + ) en la muestra acuosa y se determina como la capacidad cuantitativa de una muestra de agua para reaccionar con una base fuerte hasta un ph de 8,3. 4. REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA 4.1 Normas. Este método se complementa con las Normas Oficiales Mexicanas siguientes: NMX-AA-036-SCFI-2001 NOM-008-SCFI-2002 NMX-AA NMX-AA Análisis de Agua. Determinación de acidez, alcalinidad en aguas naturales, residuales y residuales tratadas. Método de Prueba. Sistema General de Unidades de Medida, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 24 de octubre de Aguas residuales - Muestreo. Declaratoria de vigencia publicada en el Diario Oficial de la Federación el 25 de marzo de Cuerpos receptores - Muestreo. Declaratoria de vigencia publicada en el Diario Oficial de la Federación el 5 de septiembre de NMX-AA-089/1-SCFI-2010 Protección al ambiente - Calidad del agua - Vocabulario - Parte 1. Declaratoria de vigencia publicada en el Diario Oficial de la Federación el 3 de Marzo de Página 3 de 10

4 MÉTODO PARA NMX-AA-115-SCFI-2001 Análisis de agua - Criterios generales para el control de la calidad de resultados analíticos. Declaratoria de vigencia publicada en el Diario Oficial de la Federación el 17 de abril de Method Acidity, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, American Public Health Association, Washington, DC 20005, 19th Edition., 1995, pp FUNDAMENTO La acidez o alcalinidad presente en el agua se mide por titulación con una solución valorada de un álcali o un ácido según sea el caso, de concentración perfectamente conocida y éstas dependen de la concentración de los iones hidroxilos (OH) 1 -, carbonato (CO 3 ) 2 - y bicarbonato (HCO 3 ) MATERIAL Y EQUIPO 6.1 Balanza analítica con presión 0,1 mg. 6.2 Estufa de secado. 6.3 Agitador con barra magnética. 6.4 Material común de laboratorio. Todo el material volumétrico utilizado en este método debe ser de clase A calibrado o en su caso debe estar verificado. Bureta clase A calibrada o verificada. Microbureta clase A calibrada o verificada. 6.5 Limpieza del material. Las botellas de polietileno para las muestras, deben lavarse con detergente libre de fosfatos, enjuagarse con agua y secarse a temperatura ambiente. 7. REACTIVOS Y PREPARACIÓN DE SOLUCIONES Los reactivos que a continuación se mencionan deben ser grado analítico, y cuando se hable de agua debe entenderse agua tridestilada ó agua tipo II a menos que se indique otra cosa. Referirse a OA-21 Procedimiento para el Control de Calidad Analítico sección 14 Calidad del agua. 7.1 AGUA LIBRE DE CO 2 Preparar todas las disoluciones con agua tridestilada que ha sido hervida recientemente durante 15 minutos y enfriar a temperatura ambiente. Al final el ph del agua debe ser 6 unidades y su conductividad eléctrica < 2 S/cm. 7.2 SOLUCIÓN DE HIDRÓXIDO DE SODIO (NaOH) 0,1 N. Disolver 4 g de hidróxido de sodio (BCO-07) en agua y aforar a 1L con agua tridestilada. Página 4 de 10

5 MÉTODO PARA 7.3 SOLUCIÓN DE HIDRÓXIDO DE SODIO 0.02 N. Disolver 200 ml de hidróxido de sodio 0,1 N en agua y aforar a 1 L con agua tridestilada. 7.4 SOLUCIÓN INDICADORA DE FENOLFTALEÍNA. Pesar aproximadamente y con precisión 5,0 g de fenolftaleína (VER-36) y disolver en 500 ml de etanol, añadir 500 ml de agua con agitación constante. Filtrar si hay formación de precipitado. 7.5 SOLUCIÓN INDICADORA DE ANARANJADO DE METILO. Pesar con precisión 0,5 g de anaranjado de metilo (AZU-12) y aforar a 1 L con agua tridestilada, si es necesario filtrar cuando este fría la disolución. 7.6 SOLUCIÓN DE TIOSULFATO DE SODIO (Na 2 S 2 O 3. 5H 2 O) 0,1 N ó 0,1 M. Pesar con precisión y disolver 25 g de tiosulfato de sodio pentahidratado (VER-66) en agua y aforar a 1L con agua tridestilada, agregar 5 ml de cloroformo como preservador si fuese necesario. 7.7 SOLUCIÓN VALORADA DE ÁCIDO CLORHÍDRICO O ÁCIDO SULFÚRICO 0,1 N. Diluir 8,3 ml de ácido clorhídrico concentrado (BCO-12) ó 2,8 ml de ácido sulfúrico concentrado (BCO-15) y aforar a 1 L con agua libre de CO SOLUCIÓN VALORADA DE ÁCIDO CLORHÍDRICO O ÁCIDO SULFÚRICO 0,02 N Diluir 200 ml de solución de ácido clorhídrico o ácido sulfúrico 0,1 N a 1 L con agua tridestilada. 7.9 SOLUCIÓN DE CARBONATO DE SODIO (Na 2 CO 3 ) 0,02 N. Pesar 1,060 g de carbonato de sodio anhidro (VER-21) previamente secado a 105 C durante dos horas, disolver en agua y aforar a 1L con agua tridestilada Tomar 10 ml de la solución de carbonato de sodio 0,02 N, agregar los mismos indicadores que se agregan cuando se trata la muestra y titular con la solución ácida. NOTA: Cuando la solución valorada de ácido es exactamente 0,02 N. 1 ml = 1,0 mg de carbonato de calcio SOLUCIÓN DE BIFTALATO DE POTASIO (KHC 8 H 4 O 4 ) 0,02 N. Pesar 4,085 g de biftalato ácido de potasio (VER-16) previamente secado a 105 C durante dos horas, disolver en agua y aforar a un litro, con esta solución se valora el hidróxido de sodio 0,02 N Tomar 10 ml de solución de biftalato de potasio, agregar 3 gotas de fenolftaleína y titular con la solución de hidróxido de sodio. NOTA: Cuando la solución valorada de hidróxido de sodio es exactamente 0,02 N. 1 ml = 1,0 mg de carbonato de calcio MUESTRA CONTROL DE ALCALINIDAD TOTAL 100 mg/l. Tomar 10 ml de la solución de carbonato de sodio 0,02N y aforar con agua a 100 ml. 8. MUESTREO, PRESERVACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE MUESTRAS 8.1. La forma de extraer la muestra para realizar esta determinación, se establece en OA-19 Procedimiento de Muestreo Recolectar por lo menos 500 ml de muestra en frascos de vidrio, polietileno o polipropileno. Siempre debe enjuagarse el frasco con una porción de la muestra. Página 5 de 10

6 MÉTODO PARA Llenar las botellas completamente (sin burbuja) y tapar herméticamente, ya que las muestras de aguas residuales pueden estar sujetas a la acción microbiana y a pérdidas o ganancias de CO 2 u otros gases cuando se exponen al aire. Evitar la agitación de la muestra y su exposición prolongada al aire. 8.2 CONSERVACIÓN DE LA MUESTRA La muestra debe ser colectada en frascos de vidrio o de polietileno y debe ser analizada inmediatamente después de su toma, en caso contrario, debe conservarse en refrigeración a una temperatura de 0 C a 4 ºC hasta su análisis, durante un período que no exceda de 24 horas. 9. INTERFERENCIAS 9.1 Cuando se trata de aguas de desecho, algunas sales minerales ocasionan interferencias, específicamente los sulfatos de hierro y/o aluminio. En algunos casos (sobre todo en aguas muy contaminadas), se recomienda utilizar cloruro de bario para precipitar los sulfatos, antes de la titulación al anaranjado de metilo. Para el control de plantas de tratamiento de agua de fuentes contaminadas con ácidos minerales y sales ácidas originadas en los drenajes y desechos industriales, se recomienda hacer la determinación a la temperatura de ebullición con lo que se ayuda a la hidrólisis de sales como el sulfato de hierro y aluminio. Estas titulaciones se hacen empleando los mismos indicadores. 9.2 Agregar 0,05 ml de tiosulfato de sodio 0,1 N a la muestra para eliminar cualquier presencia de cloro residual, el cual, imparte cambio de color al indicador. 9.3 No deben eliminarse los sólidos suspendidos de la muestra, ya que pueden contribuir a su acidez o alcalinidad. 9.4 Las muestras que contienen iones oxidables o hidrolizables como: Hierro (ferroso y férrico), aluminio y manganeso en concentraciones altas, causan desviaciones en los puntos finales. 10. PROCEDIMIENTO 10.1 VALORACION DE LAS DISOLUCIONES Valoración del ácido sulfúrico o ácido clorhídrico (0,02 N). Pesar aproximadamente y con precisión 0,0265 g del patrón primario de carbonato de sodio anhidro (VER-21), previamente secado por 2 horas a 105 C, añadir unos 25 ml de agua y unas gotas de la disolución de naranja de metilo, valorar con el ácido hasta el vire del indicador (de amarillo a canela). Calcular la normalidad del ácido con la siguiente fórmula: donde: N = A B N es la normalidad del ácido usado, equivalentes/l.; A son los gramos de carbonato de sodio B son los ml de ácido utilizados 53 son los gramos por equivalente de carbonato de sodio. Página 6 de 10

7 MÉTODO PARA Valoración del hidróxido de sodio (0,02 N) Pesar aproximadamente y con precisión 0,102 g de biftalato de potasio (VER-16) previamente secado por dos horas a 105 C, añadir unos 25 ml de agua y unas gotas de la disolución de fenolftaleína, titular con la disolución de hidróxido de sodio hasta el vire del indicador (de incoloro a rosa). Calcular la normalidad del hidróxido con la siguiente fórmula: donde: N = A B N es la normalidad del hidróxido de sodio, equivalentes/l; A son los gramos de biftalato de potasio B son los ml de hidróxido de sodio utilizados 204,2 son los gramos por equivalente de biftalato de potasio ACIDEZ PRETRATAMIENTO DE LAS MUESTRAS. En caso de detectarse la presencia de cloro residual, eliminar la interferencia añadiendo 0,1 ml de la disolución de tiosulfato de sodio 0,1 N. Si la muestra se encuentra libre de iones metálicos hidrolizables y cationes polivalentes en su forma reducida, proceder como se indica a partir del inciso Las muestras de desechos industriales y drenajes que contengan concentraciones mayores a 1 mg/l de iones metálicos, tales como hierro, aluminio, manganeso, deben tratarse con peróxido de hidrógeno caliente. Este tratamiento con peróxido caliente consiste en pasar 100 ml de muestra a un matraz Erlenmeyer de 250 ml. Medir el ph, si el ph está alrededor de 4,0 adicionar alícuotas de 5,0 ml de ácido sulfúrico (0,02 N) valorada hasta reducir el ph a menos de 4. Adicionar 5 gotas de peróxido de hidrógeno al 30 % y hervir la muestra de 2 a 5 min. Registrar el volumen total de ácido sulfúrico (0,02 N) agregado. Enfriar a temperatura ambiente y titular de acuerdo al procedimiento descrito en el inciso CON FENOLFTALEÍNA. Transferir 100 ml de muestra a un matraz Erlen Meyer de 250 ml (ver sección 9). Agregar 2 gotas del indicador de fenolftaleína y titular con la solución valorada de hidróxido de sodio 0,02 N hasta el vire de incoloro a rosa tenue, el cual indica un ph de 8,3, registrar el volumen empleado en la titulación (Acidez Total) CON ANARANJADO DE METILO. Transferir 100 ml de muestra en un matraz Erlenmeyer de 250 ml. Adicionar 2 gotas de disolución indicadora de naranja de metilo e introducir la barra magnética. Iniciar la agitación y titular con disolución de hidróxido de sodio valorada hasta el vire del indicador, registrar el volumen empleado en la titulación. Calcular la acidez, tomando en cuenta el vire del indicador de canela a amarillo (acidez al anaranjado de metilo) ALCALINIDAD Página 7 de 10

8 MÉTODO PARA CON FENOLFTALEÍNA. Transferir 100 ml de muestra a un matraz volumétrico de 250 ml (ver sección 9.2). Agregar 2 gotas del indicador de fenolftaleína. Titular con la solución valorada del ácido sulfúrico 0,02 N hasta un vire de rosa tenue a incoloro el cual indica un ph de 8.3. Registrar los ml gastados (alcalinidad a la fenolftaleína) CON ANARANJADO DE METILO. Adicionar 2 gotas del indicador anaranjado de metilo a la muestra en donde se tituló inicialmente con fenolftaleína y seguir titulando con la solución ácida valorada hasta un vire de color amarillo a canela, alcalinidad total, el cual indica un ph = Registrar los volúmenes para ambos puntos finales Calcular la alcalinidad total, tomando en cuenta el volumen final requerido para el vire de los dos indicadores. 11. CONTROL DE CALIDAD 11.1 Referirse a OA-21 Procedimiento para el Control de Calidad Analítico Se debe mantener los siguientes registros: Los nombres y títulos de los analistas que ejecutan los análisis y el encargado de control de calidad que supervisa los análisis Las bitácoras del analista y del equipo en los que se contengan los siguientes datos: a) Identificación de la muestra b) Fecha del análisis c) Procedimiento cronológico utilizado d) Cantidad de muestra utilizada e) Número de muestras de control de calidad analizadas f) Trazabilidad de las calibraciones de los instrumentos de medición g) Evidencia de la aceptación o rechazo de los resultados Se debe mantener todo la información original que le permita a un evaluador externo reconstruir cada determinación mediante el seguimiento de la información desde la recepción de la muestra hasta el resultado final Se debe contar con un registro de verificación de calibración de los equipos y materiales siguientes: a) Material volumétrico b) Balanza analítica. Página 8 de 10

9 MÉTODO PARA 12. CÁLCULOS 12.1 ACIDEZ. La acidez total expresada como CaCO 3 en mg/l, se calcula mediante la siguiente expresión: En dónde: [A N] [C D] Acidez total como CaCO 3, en mg/l = V V = Volumen de la muestra tomada, en ml. A = Volumen de NaOH gastado en la titilación, en ml. N = Normalidad de la disolución de NaOH. C = Volumen de H 2 SO 4 utilizados en el tratamiento con peróxido, ml. D = Normalidad de la solución de H 2 SO 4 50 = Peso equivalente del CaCO 3 en eq/l 1000 = Factor para convertir de ml a L ALCALINIDAD. La Alcalinidad Total como CaCO 3, en mg/l, se calcula mediante la siguiente expresión. En dónde: Alcalinidad total como CaCO 3, en mg/l = B N V V = Volumen de la muestra tomada, en ml. B = Volumen total gastado de ácido en la titulación (fenolftaleína + naranja de metilo), en ml. N = Normalidad de la disolución de ácido. 50 = Peso equivalente del CaCO 3 en eq/l 1000 = Factor para convertir de ml a L. 13. MANEJO DE RESIDUOS 13.1 Es la responsabilidad del laboratorio cumplir con todos los reglamentos federales, estatales y locales referente al manejo de residuos, particularmente las reglas de identificación, almacenamiento y disposición de residuos peligrosos. Página 9 de 10

10 MÉTODO PARA 13.2 Todas las muestras que cumplan con la norma de descarga a alcantarillado pueden ser descargadas en el mismo sistema Referirse a MASEGOA Manual de Seguridad Sección 12 Eliminación de Residuos de Laboratorio. 14. PRECAUCIONES 14.1 Referirse a MASEGOA Manual de Seguridad. Donde se establece las responsabilidades y las normas de seguridad, aplicable al personal de Orozco y Asociados, así como el control en materia de seguridad del equipo e instalaciones del laboratorio La preparación de todos los reactivos usados en este método debe efectuarse bajo una campana de extracción. Consulte las hojas de seguridad sobre manipulación y disposición de estos El ácido sulfúrico es un compuesto químico debe manejarse con extremo cuidado. El adicionar acido sulfúrico concentrado al agua produce una fuerte reacción exotérmica por lo cual esto debe realizarse muy lentamente con agitación y enfriamiento externo Cuando se diluyen, ácidos y bases fuertes, debe evitarse el contacto con la piel y vías respiratorias. 15. EXPERIENCIAS DEL ANALISTA FECHA ENTRADA EN VIGOR: Octubre 1 del 2015 Página 10 de 10