Quito - Ecuador NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 1204:2013 Primera revisión AGUA. DETERMINACIÓN DEL NITRÓGENO ORGÁNICO Primera edición WATER. DETERMINATION OF ORGANIC NITROGEN First edition DESCRIPTORES: Calidad del agua, determinación de nitrógeno orgánico AL 01.06-323 CDU: 644.61 CIIU: 4100 ICS: 13.060.01
CDU: 644.61 CIIU: 4200 ICS: 13.060.01 AL 01.06-323 Norma Técnica Ecuatoriana Voluntaria AGUA. DETERMINACIÓN DEL NITRÓGENO ORGÁNICO NTE INEN 1204:2013 Primera revisión 2013-06 1. INTRODUCCIÓN 1.1 La presencia de nitrógeno orgánico en el agua se debe en diverso grado a los aminoácidos, los polipéptidos y las proteínas (todos aquellos productos de procesos biológicos) y, por lo tanto, incluye el nitrógeno albuminóideo. 1.2 Una elevación en el contenido de nitrógeno orgánico se relaciona, con frecuencia, con la contaminación de una fuente de agua por aguas negras o desechos industriales. 1.3 El nitrógeno orgánico se determina por el método Kjeldahl después de la eliminación del nitrógeno amoniacal, digestión de la muestra, destilación y titulación del amoníaco en el destilado con ácido valorado. 2. OBJETO 2.1 Estar norma establece el método para la determinación del nitrógeno orgánico en aguas por el método Kjeldahl. 3. ALCANCE 3.1 El método definido en esta norma no contabiliza el nitrógeno en la forma de azina, azida, azo, hidrazona, nitrato, nitrito, nitro, nitroso, oxima y semicarbazona. 3.2 Si el nitrógeno amoniacal no es eliminado en la fase inicial de la determinación, el resultado obtenido es el nitrógeno Kjeldahl total. 3.3 El nitrógeno orgánico puede obtenerse por diferencia al determinar individualmente el nitrógeno Kjeldahl total y el nitrógeno amoniacal. 4. DEFINICIONES 4.1 Para los efectos de esta norma se adoptan las siguientes definiciones que para aguas en general son: 4.1.1 Nitrógeno de nitratos: representa el estado de mayor oxidación en el ciclo del nitrógeno y en las aguas alcanza importantes concentraciones en las fases finales de la oxidación biológica. 4.1.2 Nitrógeno de nitritos: es un estado intermedio en el ciclo del nitrógeno; puede ser resultado de la descomposición biológica de los materiales proteicos y del amoniaco en las aguas. 4.1.3 Nitrógeno amoniacal: es un producto de la actividad microbiológica y es un índice de polución en aguas superficiales. 4.1.4 Nitrógeno orgánico: constituido por el nitrógeno amino de los aminoácidos, polipéptidos, proteínas y nitrógeno albuminóideo, productos todos ellos de procesos biológicos. DESCRIPTORES: Calidad del agua, determinación de nitrógeno orgánico -1-
5. CONSIDERACIONES GENERALES 5.1 Selección de la forma de cuantificación del nitrógeno. 5.1.1 La sensibilidad de la reacción de Nessler hace que el método colorimétrico sea útil para la determinación del nitrógeno orgánico o concentraciones menores a 1 mg/l. 5.1.2 El método volumétrico por titulación del amoníaco en el destilado sirve para determinar un amplio rango de concentraciones, dependiendo del volumen de ácido bórico usado como absorbente y de la concentración del ácido valorado usado en la titulación. 5.2 Almacenaje y preservación de la muestra. Los resultados más confiables se obtienen al analizar muestras recién tomadas. 5.2.1 Si no es posible el análisis inmediato, se debe acidificar la muestra bajando su ph hasta 1,5 2, para lo cual se añade 0,8 cm 3 de H 2 SO 4 concentrado por cada litro de muestra y se almacena a 4 C para retardar la actividad biológica por un periodo de 7 d. 5.3 El método permite la determinación de concentraciones de 0,05 mg/l a 1 mg/l usando el procedimiento colorimétrico, y de 1,0 mg/l a 25 mg/l usando el procedimiento volumétrico por titulación. 6.1 Resumen 6. MÉTODO DE ENSAYO 6.1.1 En presencia de ácido sulfúrico, sulfato de potasio y sulfato mercúrico como catalizador, el nitrógeno amino de la materia orgánica se transforma a bisulfato de amonio. El amoníaco libre también se transforma a amonio. Después de que el complejo mercurio-amonio se descompone por digestión con tiosulfato de sodio, se destila el amoníaco de un medio alcalino y se absorbe en ácido bórico. El amoníaco se determina colorimétricamente o por titulación con una solución valorada de ácido mineral. 6.2 Equipos 6.2.1 Aparato de digestión. Balones Kjeldahl de 800 cm 3 de capacidad. La digestión debe llevarse a cabo con un equipo de calentamiento que provea una temperatura de 344 C a 371 C, de tal manera que 250 cm 3 de agua destilada, a una temperatura inicial de 25 C, alcancen una plena ebullición al cabo de 5 min, aproximadamente. 6.2.2 Aparato de destilación. El equipo completo consiste de un balón Kjeldahl, una trampa o bulbo y un refrigerante vertical; las conexiones entre estas unidades se deben fabricar con tramos cortos de tubo de hule. Aunque la fuente de calentamiento puede ser de gas, ésta no provee la operación regular, sin ebullición tumultuosa que da una unidad de calentamiento eléctrico. Todo el aparato se lavará a vapor antes de usarlo, destilando 500 cm 3 de agua destilada (de bajo contenido de amoníaco) hasta que el destilado se encuentre exento de amoníaco (ver nota 1). 6.2.3 Equipo colorimétrico. Se requiere uno de los siguientes: 6.2.3.1 Espectrofotómetro: para usarse de 400 nm a 425 nm, con un trayecto de luz de 1 cm o mayor. 6.2.3.2 Fotómetro de filtro con un trayecto de luz de 1 cm o más, equipado con un filtro violeta que tenga su trasmitancia máxima de 400 nm a 425 nm. NOTA 1. Este método esta descrito para el procedimiento macro Kjeldahl, sin embargo, se puede usar un equipo micro Kjeldahi, de destilación. -2-
6.2.3.3 Tubos de Nessler pareados, de 50 cm 3 y de forma alta. 6.2.4 Potenciómetro para medición del ph. 6.3 Reactivos 6.3.1 Agua libre de amoníaco. Preparar por intercambio iónico o por destilación. Puesto que es virtualmente imposible guardar agua libre de amoníaco en el laboratorio, sin que ésta se contamine con los vapores de amoníaco, es mejor preparar agua fresca con cada grupo de muestras (ver nota 2). 6.3.1.1 intercambio iónico. Remover el amoníaco con un intercambiador de cationes. Agitar 4 litros de agua destilada con 10 g de una resina de intercambio catiónico fuerte; o, circular el agua destilada a través de una columna con un intercambiador. Aunque las resinas se pueden usar repetidamente, deben ser examinadas con frecuencia para percatarse del posible agotamiento de la misma. 6.3.1.2 Destilación. Para eliminar las trazas de armoníaco en el agua destilada, añadir 0,1 cm 3 de ácido sulfúrico concentrado por cada litro y redestilar. 6.3.2 Solución tampón de borato. Adicionar 88 cm 3 de solución 0,1 N de NaOH a 500 cm 3 de solución 0,025 M de tetraborato de sodio, Na 2 B 4 O 7 (5,0 g de Na 2 B 4 O 7 ó 9,5 g de Na 2 B 4 O 7 10H 2 O) y aforar a 1 litro. 6.3.3 Soluciones para neutralización. Prepararlas con agua libre de amoníaco. 6.3.3.1 Hidróxido de sodio, 1 N. 6.3.3.2 Ácido sulfúrico, 1 N. 6.3.4 Solución absorbente. Disolver 20 g de ácido bórico, H 3 BO 3 en agua libre de amoníaco y aforar a 1 litro. 6.3.5 Hidróxido de sodio, 6 N. 6.3.6 Reactivo Nessler. Disolver 100 g de yoduro mercúrico, HgI 2, y 70 g de yoduro de potasio, KI, en una pequeña cantidad de agua y añadir esta, lentamente y con agitación, a una solución fría de 160 g de NaOH en 500 cm 3 de agua. Aforar a 1 litro. Guardar el reactivo en un frasco de vidrio pyrex con tapa de caucho y en la obscuridad para mantener la estabilidad por un periodo de hasta un año, en las condiciones normales de laboratorio. Comprobar que el reactivo se encuentra en buen estado, por medio de la producción de un color característico, 10 min después de añadir 100 mg/l de nitrógeno amoniacal; no debe producir un precipitado con pequeñas cantidades de amoníaco dentro de las 2 h. (Precaución: Es un reactivo tóxico, se debe evitar la ingestión). 6.3.7 Solución de amoniaco. Disolver 3,819 g de cloruro de amonio anhidro, NH 4 Cl, secado a 103 C por 2 h, y aforar a 1 litro con agua destilada. 1 cm 3 de solución = 1 mg de nitrógeno de amonio. 6.3.8 Solución patrón de amoníaco. Diluir 10 cm 3 de la solución madre de amoníaco a 1 litro con agua destilada. 1 cm 3 de solución = 10 µg de nitrógeno de amonio. 6.3.9 Reactivo de digestión. Disolver 134 g de sulfato de potasio, K 2 SO 4, en 650 cm 3 de agua destilada libre de amoníaco y 200 cm 3 de H 2 SO 4 concentrado; añadir agitando, una solución de 2 g de óxido rojo de mercurio, HgO, en 25 cm 3 de H 2 SO 4 6 N. Aforar a 1 litro. Guardar la solución a temperatura superior a 14 C para evitar cristalización. 6.3.10 Reactivo tiosulfato de sodio-hidróxido de sodio. Disolver 500 g de NaOH y 25 g de Na 2 S 2 O 3 H 2 O en agua destilada libre de amoníaco y aforar a 1 litro. NOTA 2. Pureza de los reactivos. Todos los reactivos utilizados en esta norma deben ser productos químicos con grado analítico. -3-
6.3.11 Solución de Indicador fenolftaleína. Disolver 5 g de reactivo en 500 cm 3 de alcohol etílico al 95% y añadir 500 cm 3 de agua libre de amoníaco. 6.3.12 Solución de indicador mezclado. Disolver 200 mg de indicador rojo de metilo en 100 cm 3 de alcohol etílico al 95%. Disolver 100 mg de azul de metileno en 50 cm 3 de alcohol etílico al 95%. Combinar las 2 soluciones. Preparar mensualmente. 6.3.13 Solución de ácido bórico con indicador. Disolver 20 g de H 3 BO 3 en agua destilada libre de amoníaco, añadir 10 cm 3 de solución de indicador mezclado y aforar a 1 litro. Preparar mensualmente. 6.3.14 Solución valorada de ácido sulfúrico, 0,02 N. Para mayor exactitud, titular la solución con una cantidad de carbonato de sodio anhidro, añadido a la solución de ácido bórico con el indicador, para reproducir las condiciones de la muestra al titular. 1 cm 3 de solución de H 2 SO 4 0,02 N titulada equivale a 280 µg de N. 6.4 Curva de calibración 6.4.1 Esta parte se aplica sólo para el método fotométrico. 6.4.2 Construir la curva de calibración llevando a cabo el mismo procedimiento seguido con las muestras. Preparar el blanco y los patrones apropiados de la misma manera que las muestras. Llevar 300 cm 3 de destilado y 50 cm 3 de solución de ácido bórico a 500 cm 3. Tomar una alícuota de 50 cm 3 de cada patrón y proceder como se indica a partir de 5.5.5.3. 6.4.3 Trazar la curva de calibración que relacione concentración de nitrógeno contra absorbancia. Comparación visual. 6.4.4 Patrones temporales. Preparar una serie de patrones visuales en los tubos Nessler, por la adición de los siguientes volúmenes de solución patrón de cloruro de amonio, NH 4 CI y dilución a 50 cm 3 con agua libre de amoniaco: 0;0,2;0,4; 0,7; 1,0; 1,4; 1,7; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0 y 6,0 cm 3. Añadir a cada tubo 1 cm 3 de reactivo de Nessler y mezclar. 6.5 Procedimiento 6.5.1 Selección del volumen de muestra. Determinar el tamaño de la alícuota según la tabla 1 y colocar la muestra en un balón Kjeldahl de 800 cm 3. TABLA 1. Tamaño de alícuota según cantidad de nitrógeno Nitrógeno orgánico en la muestra mg/l 0 a 1 1 a 10 10 a 20 20 a 50 50 a 100 Tamaño de alícuota para análisis cm 3 500 250 100 50,0 25,0 6.5.1.1 Si es necesario, diluir la alícuota a 300 cm 3 y neutralizar a ph 7. 6.5.2 Eliminación del nitrógeno amoniacal. Añadir 25 cm 3 de la solución tampón de borato e hidróxido de sodio 6 N hasta lograr el ph 9.5. Añadir unos pocos núcleos de ebullición y someter a ebullición la solución hasta eliminar aproximadamente el 50% de su volumen. -4-
6.5.3 Digestión 6.5.3.1 Enfriar y añadir cuidadosamente 50 cm 3 del reactivo de digestión (se puede sustituir por 10 cm 3 de H 2 SO 4, más 6,7 g de K 2 SO 4 y 1,5 cm 3 de solución de sulfato mercúrico). Si se tienen presentes grandes cantidades de materia orgánica exenta de nitrógeno, se agrega un volumen adicional de 50 cm 3 de reactivo de digestión por cada gramo de sólidos insolubles en la muestra. 6.5.3.2 Después de mezclar, calentar bajo una campana o en el equipo para eliminar los vapores de la digestión, continuar la ebullición de 20 a 30 min después de que se haya clarificado la solución. Dejar enfriar, diluir el residuo con 300 cm 3 de agua libre de amoníaco y añadir 0,5 cm 3 de solución indicadora de fenolftaleína y, mezclar. Inclinar el balón y añadir cuidadosamente 60 cm 3 de reactivo tiosulfato-hidróxido por cada 50 cm 3 de reactivo de digestión usado, hasta formar una capa alcalina en el fondo del balón. 6.5.3.3 Para evitar la pérdida de amoníaco, inmediatamente conectar el balón en el equipo de destilación, previamente preparado con agua en circulación y agitar el balón para asegurar la mezcla completa. 6.5.4 Destilación 6.5.4.1 El extremo del refrigerante debe estar sumergido en el ácido bórico del matraz Erlenmeyer que contendrá 50 cm 3 de ácido bórico. Destilar y recoger 200 cm 3 de destilado. 6.5.4.2 Usar la solución de ácido bórico sin indicador cuando la determinación se va a realizar colorimétricamente y usar la solución de ácido bórico con el indicador mezclado para la determinación volumétrica por titulación. La temperatura máxima del refrigerante debe ser de 29 ºC. 6.5.5 Medición del contenido de amoníaco. 6.5.5.1 Titulación. Titular el amoníaco en el destilado con solución 0,02 N de ácido sulfúrico hasta que el indicador cambie a un color gris pálido. 6.5.5.2 Se hace un blanco con todos los reactivos, realizando todos los pasos del procedimiento y se utiliza el resultado obtenido para aplicar las correcciones necesarias. 6.5.5.3 Colorimetría. Medir el volumen final del destilado, incluidos los 50 cm 3 de ácido bórico, tomar una porción de 50 cm 3 y proceder como se describe a continuación. a) Neutralizar el ácido bórico usado para absorber el amoníaco destilado, con NaOH y añadir 1 cm 3 de reactivo Nessler. Mezclar las muestras tapando los tubos Nessier con tapones de caucho limpios (lavados varias veces con agua libre de amoníaco) e invertir los tubos por lo menos seis veces. Mantener las mismas condiciones de temperatura y tiempo de reacción, con el blanco, muestras y patrones. b) Permitir que el tiempo de reacción sea de 10 min y si el contenido de amoníaco es muy bajo dejar 30 min para que la reacción sea completa. c) Medir la intensidad de color en la muestra y en los patrones si se usa el método visual directo. 6.5.5.4 Método fotométrico. Medir la absorbancia o trasmitancia en un espectrofotómetro o en un fotómetro de filtro y obtener los valores de concentración correspondientes en la curva de calibración. Realizar las lecturas de trasmitancia frente a un blanco y chequear frecuentemente con patrones de nitrógeno de concentración similar a la de la muestra. -5-
6.6 Cálculos 6.6.1 Método colorimétrico. El contenido de nitrógeno orgánico se calcula mediante la ecuación siguiente: A x 1 000 mg/l N orgánico 3 cm muestra En donde: B x C A = mg N encontrados colorimétricamente por comparación en la curva. B = cm 3 volumen final del destilado incluyendo el ácido bórico. C = cm 3 de destilado tomados para el desarrollo del color. 6.6.2 Método volumétrico por titulación. El contenido de nitrógeno orgánico se calcula mediante la ecuación siguiente: (D - E ) x 280 mg/l N orgánico 3 cm muestra En donde: D = E = cm 3 de H 2 SO 4 usados en la titulación de la muestra. cm 3 de H 2 SO 4 usados en la titulación del blanco. 6.7 Errores del método 6.7.1 Para el rango entre 1 mg/l y 5 mg/l la diferencia entre los resultados de una determinación por duplicado no debe exceder el 4% del promedio de los dos valores; en caso contrario, debe repetirse el análisis. 6.8 Informe de resultados 6.8.1 Como informe final debe reportarse la media aritmética de los resultados de la determinación en mg/l de N orgánico. 6.8.2 Debe indicarse el método usado y el resultado obtenido. Debe mencionarse, además, cualquier condición no especificada en esta norma o considerada como opcional, así como cualquier circunstancia que pueda haber influido en el resultado. 6.8.3 Debe incluirse todos los datos necesarios para la completa identificación de la muestra. -6-
APÉNDICE Z Z.1 DOCUMENTOS NORMATIVOS A CONSULTAR Esta norma no requiere de otras para su aplicación. Z.2 BASES DE ESTUDIO Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 421. Nitrogen (Organic). 22nd edition. Baltimore, Estados Unidos, 2012. -7-
Documento: NTE INEN 1204 Primera revisión ORIGINAL: Fecha de iniciación del estudio: INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA TITULO: AGUAS. DETERMINACION DEL NITROGENO ORGANICO Fechas de consulta pública: de 2012-12-03 a 2013-01-02 Código: AL 01.06-323 REVISIÓN: Fecha de aprobación anterior del Consejo Directivo 1985-04-19 Oficialización con el Carácter de Obligatoria por Acuerdo Ministerial No. 555 de 1985-07-31 publicado en el Registro Oficial No. 263 de 1985-09-03 Fecha de iniciación del estudio (consultoría): 2012-08-06 Subcomité Técnico: Fecha de iniciación: Integrantes del Subcomité Técnico: NOMBRES: Fecha de aprobación: INSTITUCIÓN REPRESENTADA: Mediante compromiso presidencial N 16364, el Instituto Ecuatoriano de Normalización INEN, en vista de la necesidad urgente, resuelve actualizar el acervo normativo en base al estado del arte y con el objetivo de atender a los sectores priorizados así como a todos los sectores productivos del país. Para la revisión de esta Norma Técnica se ha considerado el nivel jerárquico de la normalización, habiendo el INEN realizado un análisis que ha determinado su conveniente aplicación en el país. La Norma en referencia ha sido sometida a consulta pública por un período de 30 días y por ser considerada EMERGENTE no ha ingresado a Subcomité Técnico. Otros trámites: 4 Esta norma sin ningún cambio en su contenido fue DESREGULARIZADA, pasando de OBLIGATORIA a VOLUNTARIA, según Resolución de Consejo Directivo de 1998-01-08 y oficializada mediante Acuerdo Ministerial No. 235 de 1998-05-04 publicado en el Registro Oficial No. 321 del 1998-05-20 Esta NTE INEN 1204:2013 (Primera revisión), reemplaza a la NTE INEN 1204:1985 La Subsecretaría de la Calidad del Ministerio de Industrias y Productividad aprobó este proyecto de norma Oficializada como: Voluntaria Por Resolución No. 13116 de 2013-05-16 Registro Oficial No. 19 de 2013-06-20
Instituto Ecuatoriano de Normalización, INEN - Baquerizo Moreno E8-29 y Av. 6 de Diciembre Casilla 17-01-3999 - Telfs: (593 2)2 501885 al 2 501891 - Fax: (593 2) 2 567815 Dirección General: E-Mail:direccion@inen.gob.ec Área Técnica de Normalización: E-Mail:normalizacion@inen.gob.ec Área Técnica de Certificación: E-Mail:certificacion@inen.gob.ec Área Técnica de Verificación: E-Mail:verificacion@inen.gob.ec Área Técnica de Servicios Tecnológicos: E-Mail:inenlaboratorios@inen.gob.ec Regional Guayas: E-Mail:inenguayas@inen.gob.ec Regional Azuay: E-Mail:inencuenca@inen.gob.ec Regional Chimborazo: E-Mail:inenriobamba@inen.gob.ec URL:www.inen.gob.ec