COLORIMETRA: METALES DISUELTOS EN AGUALa determinacin de metales disueltos en muestras de agua por medio del mtodo colorimtrico, es la primera de varias entradas referidas a las tcnicas de anlisis en ingeniera ambiental.

Ley de Lambert o Ley de BouguerEsta relaciona la absorcin de la luz con la profundidad o espesor de la solucin coloreada. La ley establece que cada capa de igual espesor absorbe una fraccin igual de la luz que la atraviesa. Por lo tanto, cuando un rayo de luz monocromtica pasa a travs de su medio absorbente, su intensidad decrece exponencialmente a medida que la longitud de onda aumenta.

Donde:

I0= intensidad de luz que penetra la solucinI= intensidad de luz que abandona la solucinl= longitud de la capa absorbente

Ley de Beer

Esta relaciona la concentracin de la solucin con la absorcin de luz. La ley establece que la intensidad de un rayo de luz monocromtico decrece exponencialmente con el aumento de la concentracin del medio absorbente.

Donde:C = concentracin de la solucina = absortividad constante para una solucin y una longitud de onda especficab = longitud de la trayectoria de luz

Resumiendo, en todo elemento d obedezca la ley de Beer, la concentracin del elemento en la muestra es proporcional a la absorbancia, densidad ptica o log(1/T).

En general, todo material homogneo obedece a ley de Lambert. Para determinar si un compuesto o solucin coloreada obedece a ley de Beer se preparan una serie de estndares o muestras en el intervalo de concentracin deseada y se someten a ensayo en un colormetro fotoelctrico o espectrofotmetro; al colocar el porcentaje de transmisin de luz (escala log) contra la concentracin, en un papel semilogartmico, se obtiene una lnea recta si el compuesto solucin obedece a la ley de Beer.

En la prctica, si el fotmetro tiene escaa en trminos de absorbancia o densidad ptica, es ms sencillo hacer una curva de calibracin sobre papel grfico rectangular en trminos de absorbancia contra concentracin y tambin se obtiene una lnea recta si el compuesto o solucin obedece a la ley de Beer.

Los colormetros fotoelctricos y espectrofotmetros se calibran para su uso en cada anlisis y determinacin; el estudiante deber verificar en toda experiencia la constancia de las curvas de calibracin que se le faciliten en el laboratorio y preferiblemente, deber elaborar sus propias curvas de calibracin en cada caso.

Debe anotarse que las lecturas para las muestras son ms exactas si caen dentro del intervalo 10% a 80% de transmitancia (1 a 0.1 de absorbancia) con respecto a un testigo ajustado para dar una lectura de 100% de transmitancia o de absorbancia.

COLOR(Unidades de Platino Cobalto; UPC)Es una medida del Color que le confieren al agua los materales contaminantes. Para su medicin se utiliza la escala de Hazen.

Para su medicin se adopta el mtodo de E. Merck Darmstadt.Todos los derechos pertenecen a : E. Merck, Darmstadt.E. Merck, 64271 Darmstadt, R.F.A., tel. (06151) 720, telex 419328-0 em d7.91144.2194/01-202177 span 4Aquaquant 14421 5-150 HazenPRINCIPIO DEL METODOSe determina mediante colorimetra ptico-visual de la coloracin amarillenta de aguas frente a patrones de platino-cobalto simulados segn Hazen.1. Aquaquant Color 14421.Graduacion: 0 - 5 -10 - 20 -30 - 40 - 50 - 70 - 100 - 150 Hazen.1.1. Determinacin de la coloracin aparente del agua.Orientar el envase abierto de tal modo que los tubos se encuentren a mano izquierda. Si no se indica otra cosa, llenar el tubo exterior con respecto al operador con agua incolora lmpida hasta la marca, como solucin en blanco. Llenar el tubo interior hasta la marca con la muestra de agua a medir. Introducir la parte de los crculos de color de la escala desde la derecha en la ranura del fondo de la caja y correrla hasta que salga por el lado izquierdo, rotulado. Hacer coincidir la coloracin del agua en el tubo interior con el crculo de color por debajo del blanco en el tubo exterior, de modo que mirando desde arriba se aprecie un color lo mas parecido posible. Leer el resultado en la parte de la escala que sobresale en el lado derecho de la caja (en caso de que no se encuentre el color de la muestra problema en la escala, vase 3.). La medida corresponde a la coloracin aparente del agua, que tratndose de muestras lmpidas es tambin la coloracin efectiva del agua.1.2. Determinacin de la coloracin efectiva del agua.Tratndose de aguas turbias, se mide primero la coloracin aparente del agua (coloracin efectiva + substancias turbias), tal como se describe en el apartado anterior. A fin de determinar la coloracin efectiva del agua, se filtra otra muestra idntica por el embudo filtrante, que se encuentra en el fondo del bloque comparador, y se mide de acuerdo con 1.1.a) Llenar el tubo interior hasta la marca con la muestra de agua.b) Llenar el tubo exterior con agua incolora lmpida.c) Comparar el color.Agua no filtrada = coloracin aparente.Agua filtrada = coloracin efectiva.A fin de conseguir un filtrado lo mas rpido posible, la placa filtrante del embudo es relativamente gruesa, de 50 um de tamao mximo de los poros. Esto debe tenerse en cuenta al comparar con otros mtodos en los que a veces se prescriben filtros de poro estrecho. (De todos modos, la eleccin de la porosidad del filtro es emprica para cada mtodo, dado que hay una transicin continua el tamao de partculas entre las substancias enturbiadoras y colorantes.) El material retenido por el embudo filtrante ha de lavarse con agua lmpida despus del empleo, aadiendo mezcla crmica (art. 2499) en caso necesario. No es posible substituir el filtro de frita de vidrio por el papel de filtro corriente, ya que este puede absorber los colorantes. Las muestras han de medirse lo mas pronto posible despus de su toma. En caso de almacenamiento inevitable, se recomienda emplear recipientes oscuros.

2. Colorimetra2.1. Mtodo.Se compara la coloracin del agua con una serie de patrones de color, que por unidad de medida simulan 1 ppm de platino como PtCI6-2y 0,5 ppm de cobalto como Co+2, en un tubo de 165 mm de altura de capa.2.2. El sistema de valoracion de colores segun HAZEN. AAunque una colorain amarilla, generalmente regional, no sea de por s un criterio de calidad para enjuiciar la aptitud como agua potable, el consumidor exige que el agua sea incolora. Hace 100 aos ya se procuraba atribuir, mediante patrones (p.ej. los colores mas o menos correctos de la reaccin de Nessler), determinados valores a los matices de color del agua. Hazen (1892) (5.1.) finalmente logr introducir el sistema de patrones de platino-cobalto, que sigue emplendose en la actualidad. El fundamento lo constituye el cloroplatinato amarillo, estable en solucin, correspondiendo 1 unidad de Hazen a 1 ppm de Pt. Dado que esta tonalidad amarilla no coincida con los tonos de amarillo-naranja parduscos existentes en el agua, se aadieron 0,5 ppm de Co2+ por 1 ppm de Pt, como componente roja adicional. Este mtodo sencillo y prctico de valoracin del color forma parte de la mayora de los procedimientos estandar del anlisis del agua (5.2.).2.3. El mtodo de determinacin ptico-visual en comparacin con la medida instrumental.Al menos cuando se requiera un mtodo rpido normalizado, la colorimetra optico-visual es superior en varios aspectos a la medida espectrofotomtrica. As, no es posible crear una escala de valoracin universal con base instrumental, ya que solo son plenamente comparables las medidas fotomtricas del mismo aparato o, en el mejor de los casos, las realizadas con el mismo tipo de aparato. En el intervalo de color amarillo de 400 - 450 nm que aqu interesa, determinados tipos de fotmetros, sobre todo los sencillos, a menudo difieren mucho unos de otros. Aunque sea posible definir las condiciones de medida longitud de onda, anchura del valor medio espectral de cada aparato, esto no permite hacer comparaciones entre laboratorios equipados con instrumentos diferentes. Otro problema es que la mayora de los fotmetros estn limitados a cubetas de longitud de capa mxima entre 10 y 50 mm, por lo que de los colores de hasta unas 20 unidades Hazen, mas frecuentes en el agua, resultan valores muy bajos, a menudo inferiores al limite de error y por tanto inservibles. A este respecto hay que mencionar finalmente que una posible turbidez puede tener un efecto dispersor de luz, generalmente dependiente del tipo de instrumento, la cual origina resultados fuertemente falseados en sentido positivo y no puede corregirse fotomtricamente por compensacin del valor en blanco. Es cierto que esto ocurre tambin en los sistemas pticos, pero estos tienen la ventaja de que el ojo puede distinguir entre turbidez y color, cosa que no logra el instrumento.3. Medida de colores especialesUn inconveniente aparente del mtodo de Hazen es su orientacin hacia una serie de colores fija, aunque sea la mas frecuente. Esto se tiene en cuenta en su definicin original (5.1.). As, la unidad Hazen se refiere exclusivamente a la componente amarilla de PtCI2(2-) es decir, la tonalidad presente puede igualarse por la adicin limitada de otros colores al patrn de platino. En el presente test se procede como sigue:3.1. Tonos amarillos que tiran a pardo y verde.Intensificar los colores de referencia, llenando el tubo exterior, que encima de los crculos de color (tubo en blanco), con solucin azul de sulfato de cobre. Esta se obtiene de una solucin madre de 400 ppm (1,57 g de CuSO4 5H2O por litro, art. 2790), diluyendo convenientemente.3.2. Tonos amarillos que tiran a rojo.Empleo anlogo de una solucin roja de 400 ppm de Co . (1,91 g de CoSO4 7H2 O por litro, art. 2556).3.3. Tcnica.El tubo interior se llena hasta la marca con la muestra de agua, mientras que el tubo exterior contiene agua incolora solamente hasta la altura de unos 11 cm. En estas condiciones ha de procurarse ajustar la muestra a un tono amarillo que (en cuanto sea comparable) sea de 1 a 2 valores inferior a la intensidad del color. Seguidamente se aade al tubo exterior, mediante bureta o pipeta aforada, la cantidad necesaria de solucin madre de 400 ppm de cobre y/o cobalto para simular lo mas perfectamente posible la tonalidad de la muestra y se completa con agua incolora. Siendo el volumen de relleno del tubo de 40 ml, 1 ml de solucin madre 400 ppm da una concentracin efectiva de 400:40 = 10 ppm, es decir, la cantidad de unos 12 ml, aun existente en el tubo, permite compensar colores extraos de unas 120 ppm de Cu + Co. En caso de rebasarse este valor, se recomienda trabajar con soluciones madre de 4000 en lugar de 400 ppm.3.4. Especificacin de los resultadosResultado y EspecificacinEjemplo 1. Muestra sin compensacin de color adicional. Medida: 30 Hazen (30 ppm de Pt, 15 ppm de Co). 30 Hazen, por el test Aquaquant 14421 Color.Ejemplo 2. Muestra con 40 Hazen con adicin de 8,0 ml de Cu 400 ppm al tubo de referencia. 40 Hazen con 40 ppm de Pt/20 ppm de Co+ 80 ppm de Cu, por el test Aquaquant 14421 Color.Dado que en el ejemplo 1 se trata de la combinacin de colores estndar, no es necesario especificar, mientras que en el caso de colores modificados, como en el ejemplo 2, hay que indicar toda la f rmula de colores.4. Presencia y origen de color en el aguaLas coloraciones del agua pueden clasificarse como sigue:Naturales de origen mineral ~ hierroNaturales de Origen Animal ~ urocromosNaturales de Origen Vegetal ~ cidos hmicosArtificiales de origen aguas industrial ~ Aguas residualesUna subdivisin ulterior resulta de la diferenciacin entre coloracin aparente (coloracin total de solucin y suspensin) y coloracin efectivo (coloracin de la solucin solamente). Al contrario de la coloracin natural que se limita casi exclusivamente a las tonalidades amarillas y pardas, la coloracin artificial puede presentar prcticamente de todas las tonalidades. Sin embargo, debido a la dilucin estas son generalmente apenas perceptibles como efecto de color, aunque se trate de aguas industriales fuertemente contaminadas. Otro factor de color que no es de esperar en aguas normales es el de origen animal, resumido frecuentemente por el trmino colectivo de urocromo y cuyas causas (estircol liquido, aguas residuales comunales brutas) se reconocen por el olor y por valores elevados de N, P, CI y SO4. La coloracin mineral del agua, originada por hierro(lll) hidrolizado y sedimentos finos en general, suele presentarse en forma de coloides o suspensiones y por tanto como coloracin aparente del agua. Tambin pueden separarse por filtracin las algas flotantes, generalmente verdes, que pertenecen a los factores de color vegetales.El factor de color efectivo mas importante y que suele presentarse sin otros, lo constituyen los as llamados cidos de color (color acids), que son extractos del suelo y de fragmentos muertos de plantas, capaces de acidificar el agua hasta un pH 4 y caractersticos de aguas procedentes de regiones ricas en humus o en vegetacin. Entre estas regiones se cuentan las zonas templadas fras y hmedas y la zona caliente y hmeda de vegetacin cerca del ecuador. En las vecinas y mas secas zonas mediterrneas y sabaneras son mas raras las aguas coloreadas, mientras que faltan totalmente en la zona desrtica situada en medio. En las zonas templadas del centro y norte de Europa, de Norteamrica, etc., predomina la formacin de humus, dado que el proceso de descomposicin a las temperaturas relativamente bajas no puede hacer frente a la acumulacin del material vegetal. La causa principal de la coloracin del agua en este caso es que esta se filtra por la capa de humus. Cuando esta ltima se compone casi exclusivamente de material vegetal muerto, como es el caso en los terrenos pantanosos, siendo adems el principal portador del agua, las aguas coloreadas son cosa corriente. En las zonas ecuatoriales, que constituyen la segunda regin en presencia de aguas coloreadas, la humedad y las elevadas temperaturas intensifican el crecimiento vegetal, que sin embargo puede formar solamente capas delgadas debido al proceso de descomposicin igualmente rpido y la pronta utilizacin de las componentes del humus por las plantas. La gran acumulacin de fragmentos vegetales en descomposicin se pone de manifiesto en el caso extremo, el bosque de lluvia tropical, que con 20 kg/m2/a produce aproximadamente 50 veces la cantidad de materia orgnica muerta de un bosque caducifolio o de conferas centroeuropeo. Son caractersticas de estas regiones las aguas negras de los ros y arroyos de all de una coloracin amarilla dorada a menudo, que se debe a la gran cantidad de partes de plantas (hojas, corteza, ramos) en descomposicin, en parte tambin vivas, y no tanto a la capa delgada de humus. Independientemente de las zonas climticas, el material vegetal puede proceder tambin de la propia agua. As, incluso los estanques de agua cementados a menudo son coloreados por los productos de descomposicin hidrosolubles pardo amarillentos de las algas de temporada muertas.Son componentes de los cidos de color gran numero de cidos polihidroxi y metoxi-carboxlicos y quinonas macromoleculares, de peso molecular entre 1000 y 100 000 (5.3., 5.4., 5.5.). Mediante ligandos potenciales, tales como grupos 0,0'- dihidroxi, stos pueden tambin adicionar metales, de modo que en aguas coloreadas conteniendo hierro (numerosas aguas negras tropicales) puede haber hierro complejado. La alcalinizacin de las aguas coloreadas se acompaa generalmente de intensificacin del color, que se debe a efectos de indicador de los colorantes y a veces tambin a la precipitacin de hidrxidos de hierro. Por consiguiente, es indispensable conocer el valor del pH en todo anlisis colorimtrico. Tratndose de aguas residuales, se tiende a efectuar una medida adicional al pH constante de 7,6 (5.2.2., pags. 392-394).