En mi experiencia como analista de control de calidad fisicoquímica y bacteriológica de agua, la determinación del parámetro hierro comprende uno de los procedimientos principales en el ámbito fisicoquímico del agua de diversas fuentes naturales, plantas depotabilización y redes de distribución de consumo. En este aporte estaré desarrollando de manera procedimental y práctica el método colorimétrico- espectrofótometrico para la determinación de hierro "MÉTODO DE LA FENANTROLINA 3500-FE D.", el cual en mi labor como analista de calidad he podido llevar acabo en numerosas oportunidades. Cabe destacar que el procedimiento involucra relevantes consideraciones las cuales tal vez les explico de manera sencilla para efectos de simplificar el contenido y permitir sea de interes y agrado para la comunidad HIVE en general
El hierro abarca un 5% de los elementos de la corteza terrestre, es el elemento N°26 de nuestro sistema periódico y se encuentra representado por el símbolo Fe, puede encontrarse de forma abundante en la naturaleza y en muchos minerales, este se considera uno de los principales contaminantes en el agua natural y agua potable de origen subterráneo. En aguas superficiales y de origen subterráneo pueden existir concentraciones iguales o mayores 1mg/L, lo cual representaría un problema en su uso y para el consumo humano debido a que podría ocasionar problemas como manchas en tejidos y porcelanas o repercusiones en la salud debido a su consumo, por tal motivo dicho parámetro es monitoreado y controlado a nivel mundial por las diversas hidrológicas y empresas de prestación de servicio de cada región, por medio de herramientas de control de calidad, tratamiento de agua y potabilización en pro de su clasificación, tratamiento, adecuación y designación como potable o no potable.
El valor recomendado de hierro en agua para uso domestico posee un valor recomendado de 0,3 mg/L y un máximo permisible de 1 mg/L, dependiendo de región esto valores pueden variar según la legislación en materia de agua que proceda en cada caso o zona. En mi país (VENEZUELA) la legislación en temas de agua se rige bajo dos reglamentos principales: Gacetas oficiales: 5.021 y 36.395; “Clasificación y Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos”, y “Normas Sanitarias de Calidad de Agua Potable” respectivamente, las cuales, tal como su descripción lo indica, controlan la calidad de diferentes afluentes y la calidad de agua de los diferente efluentes que son destinados al consumo humano. Esta caracterización a la cual se hace referencia abarca el ámbito de control de calidad físico-química del agua y el ámbito bacteriológico. Los valores recomendados y máximos permisible del parámetro hierro en agua, según la legislación antes mencionada se establecen como sigue:
valores recomendados y máximos permisible del parámetro hierro en agua
Fuente: el autor
Por lo antes expuesto surge la necesidad de establecer métodos adecuados para llevar a cabo un eficiente monitoreo de la calidad del agua implementando diversos procedimientos de muestreo, técnicas de análisis y control de calidad que obedezcan a lapsos de tiempo condicionados por: el origen del agua, sus posibles usos y principalmente a la magnitud de la población involucrada en el consumo.
El "MÉTODO DE FENANTROLINA 3500-FE D." fundamenta sus principios de ejecución en uno de los método normalizados internacionales más importantes en materia de agua: "STANDARS METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER. APHA- AWHA- WEF 21 st Edición, Año 2005".
Fundamento de aplicación del método
El método se basa en técnicas espectrofotométricas y colorimétricas, estas son aquellas que estudian los fenómenos de absorción y transmisión de luz por diversas especies absorbentes en un sistema químico en estudio, las cuales fundamentan su aplicación en la ley de Beer-Lambert que propone que la absorbancia (absorción de luz) y la transmitancia (transmisión de luz) de un sistema químico están íntimamente ligadas y a su vez vinculadas a factores como la longitud de onda, la trayectoria de la luz, y las propiedades de absorción de cada especie involucrada.
EL hierro en condiciones naturales se encuentra en dos formas reducido Fe II Y oxidado Fe III. En la mayoría de las fuentes subterráneas gran parte del hierro se mantiene reducido, una vez el agua de estas fuentes al igual que otras fuentes superficiales entran en contacto con oxigeno el hierro se oxida y puede darle un color amarillento a las masas de agua.
El procedimiento consiste en la reducción de hierro férrico (oxidado) a hierro ferroso (reducido) mediante un proceso de digestión ácida de la muestra con hidroxilamina, logrando reducir el hierro y eliminar las interferencias. Posterior a esto se hace reaccionar el hierro ferroso (después de la digestión: hierro total de la muestra) con fenantrolina en un rango de pH de 3,2-3,3, la adicción de fenantrolina permite la formación de un complejo rojo-naranja de de tres moléculas de fenantrolina por átomo de hierro, complejo el cual es el responsable de la absorción de luz a una longitud de onda de 510 nanométros.
Quelato hierro-fenantrolina
Fuente: el autor
Interferencias y consideraciones
Son interferencias importantes los oxidantes fuertes como: cianuro, nitrito, fosfatos, cromo, zinc, cobalto, cobre, bismuto, cadmio y mercurio, estos son eliminados por la digestión con hidroxilamina.
La materia orgánica, debe ser tratada con digestión y evaporación con ácido clorhídrico concentrado HCL 37 %.
Las muestras deben almacenarse en envase plásticos.
Materiales y equipos
⦁ Plancha de calentamiento.
⦁ Pipetas volumétricas.
⦁ Balones aforados de 50 ml.
⦁ Fiolas de 100ml.
⦁ Celdas espectrofotométricas de vidrio de 2,5 cm de ancho.
⦁ Espectrofotómetro (DR-5000, DR – 2000, o DR-2010).
⦁ Pizetas con agua destilada libre de hierro.
Reactivos y preparación de soluciones
⦁ Ácido clorhídrico concentrado HCL 37 %.
⦁ solución patrón estándar de hierro 10 mg/L.
⦁ Solución de hidroxilamina: En 100 ml de agua destilada libre de hierro, disuélvanse 10 g de hidroxilamina NH2OH.
⦁ Solución tampón de acetato de amonio: Disuélvanse en 150 ml de agua destilada libre de hierro 250 g de acetato de amonio NH4C2H3O2, Añádanse 700 ml de ácido acético concentrado glacial CH3COOH.
⦁ Solución de fenantrolina: Disuélvanse en 100 ml de agua destilada libre de hierro 100 mg de fenontralina C12H8N2H2O monohidratada, añádase dos gotas de ácido clorhídrico concentrado HCL 37% y agite para favorecer la dilución.
Curva de calibración
Prepare patrones de calibración de hierro con concentraciones 0.05, 0.2, 0.4, 0.6, 0.80, 1.00, 1.50 mg/L colocando los volúmenes de la solución patrón estándar de hierro de 10 mg/L en balones aforados de 50 ml, volumenes: 0.25, 1.00, 2.00, 3.00, 4.00, 5.00 y 7,5 ml respectivamente. Agregue 10 ml de solución tampón de acetato de amonio, agregue 5 ml de solución de fenantrolina, Afore con agua destilada libre de hierro, agite y espere un tiempo de reacción de 15 minutos para que se desarrolle el color, sirvase en celdas espectrofotométricas de vidrio de 2,5 cm de ancho, léase absorbancia en el espectrofotométro DR 5000, a una longitud de onda de 510 nanométros, use como blanco agua destilada libre de hierro.
Construya una curva de calibración graficando Absorbancia versus concentración (mg/L) de hierro, por medio de esta curva se linealiza el fenómeno en estudio basado en los fundamentos de la ley de beer, y se obtienen las ecuaciones y datos necesarios para determinar la concentración de una muestra problema futura de concentración desconocida, que se encuentre dentro de los valores del rango de aplicación de la misma.
Curva calibración de hierro / Absorbancia versus concentración (mg/L)
Fuente: el autor
Procedimiento de análisis
Digestión de la muestra:
⦁ Tome una alícuota de la muestra de 50 ml con pipeta volumétrica y coloquela en una fiola de 100 ml.
⦁ Agregue 2 ml de ácido clorhídrico concentrado HCL 37%.
⦁ Agregue 1,5 ml de solución de hidroxilamina.
⦁ Digeste por medio de calentamiento en una plancha calefactora dispuesta dentro de una campana de extracción de gases, hasta reducir el volumen hasta un 15 o 20 ml.
⦁ Deje enfriar a temperatura ambiente.
Digestión en campana de extracción
Fuente: el autor
Análisis de la muestra:
⦁ Luego de la digestión, agregue la muestra en un balón aforado de 50 ml, asegurándose de trasvasar el total de muestra.
⦁ agregue 10 ml de solución tampón de acetato de amonio.
⦁ Agregue 4,5 ml de solución de fenantrolina.
⦁ Afore el balón con agua destilada libre de hierro.
⦁ Agite y espera un tiempo de reacción de 15 minutos, para que se desarrolle el color.
⦁ Sirva en una celda espectrofotométrica de 2,5 cm de ancho.
⦁ Lea la absorbancia en el DR 5000 a una longitud de onda de 510 nm, usando como blanco agua destilada libre de hierro.
⦁ Determine el valor de concentración de la muestra por medio de la curva de calibración previamente construida.
Fuente: el autor
Cálculos
Calcule la concentración de hierro (mg/L) en la muestra por medio de las siguientes variables y datos aportados por la curva de calibración.
Datos y ecuaciones para el cálculo de la concentración (mg/L) de hierro por medio de los datos aportados por la curva de calibración
Fuente: el autor
Una vez determinado el valor de concentración de hierro de la muestra de interés se ha dado un paso en la caracterización de la fuente en estudio, en pro de tomar las decisiones correctas para el adecuado tratamiento y la clasificación de la misma.
Concluyo este aporte esperando sea de gran utilidad a la comunidad en general tomando en cuenta que el recurso agua es vital y uno de los más importante de nuestro planeta, cuidemos el recurso agua y aprendamos sobre ella.
"Yo pertenezco a ese grupo de científicos que, sin estar adheridos a ninguna religión, niegan que el universo sea un accidente sin propósito. En mi labor científica he llegado a la conclusión cada vez más firme que el universo físico está trazado con un ingenio tan asombroso que no puedo limitarme a aceptarlo como un hecho bruto".
Paul Davies / Físico Inglés
