Saludos mis estimados colegas, hoy les compartiré un acerca de algunos análisis de laboratorio que se implementan para conocer las propiedades fisicoquímicas de agua de consumo humano.
Como sabemos, el agua es el elemento más importante para los seres vivos y del mundo que habitamos, con una gran influencia en los procesos bioquímicos naturales. Esto debido no solo a sus propiedades intrínsecas, tal como su bipolaridad, sino también a los compuestos orgánicos e inorgánicos disueltos comúnmente en ella.
Las principales fuentes de agua para consumo humano son de origen superficial y su contaminación es un problema cada vez más grave. Esto se debe a que estas fuentes suelen usarse como vertederos de desechos industriales y domésticos. Estas descargas de desechos son, principalmente, las responsables de alterar la calidad de las aguas naturales, que en algunos casos llegan a estar tan contaminadas que su potabilización resulta muy difícil y costosa.
El término calidad del agua está relacionado con el uso del recurso. Esto quiere decir, que una fuente de agua que permita la vida saludable de peces puede no ser recomendable para la natación y un agua apta para el consumo humano puede no ser adecuada para la industria. Por lo que su calidad debe especificarse en función del uso que se le puede dar y bajo los términos que dictaminan los organismos mundiales en cuanto a sus propiedades físicas y químicas.
En este post, les mostraré algunas de las metodologías empleadas para la caracterización fisicoquímica de las aguas, los resultados más relevantes y conclusiones.
METODOLOGÍAS
- Muestreo de las aguas
Se tomaron muestras simples de aguas no residuales directamente de las fuentes. Las aguas se embotellaron y guardaron en un lugar fresco y oscuro mientras duró el análisis. En la Tabla 1 se enlistan las muestras analizadas y su origen de muestreo.
| Muestra | Tipo de agua | Origen del muestreo |
| 1 | Destilada | Laboratorio de Fisicoquímica (FEC-LUZ) |
| 2 | Mineral (botellón) | Departamento de Química (FEC-LUZ) |
| 3 | Corriente | Sector Sabaneta (Maracaibo) |
| 4 | Corriente | Urb. San Jacinto (Maracaibo) |
| 5 | Corriente | Urb. La trinidad (San Francisco) |
| 6 | Corriente | Módulo II –FEC LUZ (Maracaibo) |
| 7 | Bebedero de agua | Módulo IV-FEC LUZ (Maracaibo) |
| 8 | Represa dos cerritos | Quebrada arriba (Edo. Lara) |
| 9 | Lago de Maracaibo | Vereda del lago (Maracaibo) |
Se conoce que las muestras 8 y 9 son de aguas no aptas para consumo humano, sin embargo, en el caso del agua de la represa, los habitantes de la zona la consumen (con algunos tratamientos básicos) debido a la carencia del agua corriente o de tubería. Y en el caso del lago, se ha informado que cumple los parámetros para ser potabilizada.
- Análisis organoléptico
Color: el color se determinó por el método por comparación visual el cual se aplica visualmente atreves de la luz colocando el recipiente que contiene la muestra (recipiente de vidrio) sobre un fondo blanco y comparar con un agua de referencia (destilada).
Olor: Se colocó aproximadamente 30 ml de muestra en un beaker limpio y seco. Se agitó ligeramente mientras se respiraba y cataba el olor. El olor de cada muestra fue comparado con agua destilada haciendo el mismo proceso. Se repitió varias veces para verificar la sensación.
- Determinación de pH
El pH se determinó empleando papel pHydrion INSTA-CHEK. Para ello, se sumergió el extremo de un trozo del papel en la muestra problema y se comparó el color resultante con la escala color-pH mostrada en la
Figura 1.
- Determinación de sólidos totales
Se colocó 20 ml de la muestra en un beaker y se calentó a 105 °C por 3 horas. Los sólidos totales se calcularon por diferencia de la masa del beaker antes de usar y luego de secar la muestra.
- Determinación del Índice de Refracción
En el refractómetro Abbe (Figura 2a), se colocó unas gotas de la muestra entre los dos prismas, en cantidad suficiente como para que se observe nítidamente. Luego se giró el par de prismas, hasta colocar el centro del retículo (Figura 2b) sobre la línea divisora de las playas (Figura 2c), por último se leyó en la escala del ocular el valor del índice de refracción, n.
- Determinación de conductividad
La conductividad se midió empleando un conductímetro electrónico aquapro, sumergiendo los 2 electrodos en la muestra de agua.
- Determinación de tensión superficial
Para determinar la tensión superficial, γ, se sujetó un tubo capilar limpio y seco a una escala milimétrica, esto se colocó dentro de un tubo de ensayo conteniendo una pequeña cantidad de muestra, el tubo de ensayo se introdujo en un baño de agua a 25 °C. El líquido problema ascendió por el capilar y la altura alcanzada se midió con la ayuda de la escala. El agua destilada fue usada como referencia para determinar el radio del capilar empleando la expresión matemática:
donde, r es el radio del capilar, h es la altura alcanzada por el líquido en el capilar, ρ es la densidad de la muestra a la temperatura de estudio y g la gravedad. Esta misma relación es la empleada para determinar la tensión superficial de las muestras.
- Determinación de la densidad
La densidad del agua se determinó empleando un picnómero de 25 ml. Se midió la masa del picnómetro vacío y lleno con la muestra. La densidad se obtuvo por diferencia de la masa (m) en 25 ml (V), empleando la relación matemática:
- Determinación de la viscosidad
Se determinó la viscosidad cinemática, η, empleando un viscosímetro Cannon-Fenske N° 150. Para ello se introdujo 15 ml de la muestra en el bulbo B del instrumento y se succionó el líquido por el extremo del capilar hasta alcanzar el bulbo A, se dejó fluir por gravedad el líquido por el capilar y me midió el tiempo t que tardó en fluir desde el punto a hasta el punto b. Las mediciones se realizaron por triplicado a 25 °C.
donde K es una constante que depende del capilar.
- Determinación de calor específico
Se empleó un calorímetro adiabático ARCANO de capacidad calorífica, Ccal, conocida, mostrado en la Figura 4. Se agregó 50 ml de la muestra en el recipiente interno del calorímetro, a temperatura ambiente. Se tapó el calorímetro, se agitó y se tomó la temperatura inicial (Tf). Luego se agregó 50 ml de la misma muestra a 60 °C (Tc), se agitó y se tomó la temperatura en equilibrio (Te). El calor específico, Cesp, se determinó mediante la relación:
donde, mc es la masa de agua caliente y mf es la masa de agua fría.
- Determinación del punto de ebullición
Se determinó haciendo uso del montaje mostrado en la Figura 5, el cual consiste en un aparato tubo Thiele con parafina. En un tubo de ensayo se coloca 2ml del líquido problema, y se introduce un capilar sellado por uno de sus extremos de modo que el extremo abierto toque el fondo del tubo, y un termómetro. Este sistema se coloca en el tubo de Thiele y se calienta gradualmente (2-3 °C/min) hasta que aparezca una corriente ascendente y constante de burbujas. En seguida se suspende el calentamiento y en el instante en que el líquido entre por el capilar se lee la temperatura de ebullición.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se aplicó diferentes técnicas fisicoquímicas para determinar algunas propiedades que definen la calidad del agua proveniente de distintos orígenes de la región. En la Tabla 1 se muestran los valores permisibles para los parámetros fisicoquímicos analizados, según normas nacionales e internacionales.
| Parámetro | Valor Mínimo | Valor Máximo |
| Color | Incoloro | Incoloro |
| Olor | Sin olor | Sin olor |
| pH | 6,5- 8,5 | 9 |
| Sólidos totales (mg/ml) | 0,600 | 1,0 |
| Índice de refracción | 1,3330 | --- |
| Conductividad (µS/cm) | 50 | 800 |
| Tensión superficial (dinas/cm3) | 72,8 | --- |
| Densidad (g/cm3) | 0,9900 | 1,0100 |
| Viscosidad (m2/s) | 0,9900 | 1,0100 | Calor especifico (cal/g. °C) | 0,990 | 1,010 |
En la Tabla 3 se muestran los resultados de los análisis organolépticos. Estos análisis dan una apreciación de la condición general del agua, que luego es profundizada mediante técnicas químicas y físicas. La coloración en las aguas se debe a sustancias coloreadas suspendidas o disueltas en ella. Es frecuente observar una coloración amarillenta, como en el caso de las muestras 6 y 8, que puede estar asociada a partículas suspendidas de arcilla, lo cual corresponde con la cantidad ligeramente mayor de sólidos totales y menor densidad en dichas muestras (Tablas 4 y 5). Otra fuente de color es el material orgánico procedente de la descomposición vegetal y la presencia de sales solubles de Fe y Mn (aguas subterráneas y superficiales poco oxigenadas). El agua del lago posee un color verdoso debido a la eutrofización del agua.
Las fuentes de sabores y olores en el agua tienen dos orígenes: naturales y artificiales. Las primeras incluyen gases, sales, compuestos inorgánicos, compuestos orgánicos y compuestos procedentes de la actividad vital de los organismos acuáticos. Los compuestos productores de olor/sabor de origen artificial pueden ser también orgánicos e inorgánicos y están probablemente más definidos, al poder identificarse la fuente concreta productora del problema. En las muestras 8 y 9 presentaron olores intensos, no recocida la fuente para el caso del agua de represa. El olor del agua del lago de Maracaibo es orgánico de origen vegetal, animal e hidrocarburos.
| Muestra | Olor | Coloración |
| 1 | No presenta | Incoloro |
| 2 | No presenta | Incoloro |
| 3 | No presenta | Incoloro |
| 4 | No presenta | Incoloro |
| 5 | No presenta | Incoloro |
| 6 | No presenta | Amarillo |
| 7 | No presenta | Incoloro |
| 8 | Olor intenso no reconocido | Amarillo |
| 9 | Olor a materia orgánica | Verdoso con partículas suspendidas |
Los resultados enlistados en las Tablas 4 y 5 demuestran, en general, que todas las aguas analizadas presentan parámetros químicos y fisicoquímicos dentro de los límites permisibles para aguas de consumo (muestras del 2 al 7), con valores de pH neutro o ligeramente básico producto de sales carbonatadas y/o minerales presentes. En aguas superficiales el pH está entre 6-8,5, siendo las aguas subterráneas más ácidas que las superficiales. En lagos y embalses, el pH varía cíclicamente, disminuyendo con la profundidad del agua.
Los valores de índice de refracción, tensión superficial, densidad, viscosidad, calor específico y punto de ebullición varían ligeramente entre todas las muestras, aún en las de aguas que no son para consumo humano. Por otra parte, la conductividad es mucho mayor en el caso de aguas superficiales como la de la represa y lago. La capacidad del agua para transportar una corriente eléctrica depende de la presencia de iones disueltos, sus concentraciones absolutas y relativas, su movilidad y de la temperatura y la viscosidad de la solución. Por lo que se infiere que el aumento de la conductividad en las muestras 8 y 9 se deba a la presencia de sales disueltas, tales como cloruros, fluoruros, iones metálicos, entre otros.
| Muestra | pH | Sólidos totales (mg/ml) | Índice de refracción | Conductividad (µS/cm) | Tensión superficial (dinas/cm) |
| 1 | 5 | 0 | 1,332 | 6 | 72,34 |
| 2 | 7 | 0,14 | 1,333 | 229 | 72,75 |
| 3 | 8 | 0,13 | 1,333 | 236 | 72,15 |
| 4 | 7 | 0,10 | 1,332 | 228 | 72,01 |
| 5 | 8 | 0,17 | 1,333 | 221 | 72,14 |
| 6 | 8 | 0,24 | 1,332 | 239 | 72,03 |
| 7 | 7 | 0,15 | 1,333 | 226 | 72,02 |
| 8 | 8-9 | 0,30 | 1,332 | 825 | 71,84 |
| 9 | 6 | 7,4 | 1,333 | >10000 | 74,71 |
| Muestra | Densidad (g/ml) | Viscosidad (m2/s) | Calor específico (cal/g °C) | Punto de Ebullición (°C) |
| 1 | 0,998 | 1,040 | 1,0 | 99 |
| 2 | 0,996 | 1,056 | 2,4 | 100 |
| 3 | 0,991 | 0,996 | 1,5 | 102 |
| 4 | 0,996 | 1,026 | 1,8 | 101 |
| 5 | 0,998 | 0,999 | 1,4 | 98 |
| 6 | 0,989 | 1,041 | 2,1 | 101 |
| 7 | 0,998 | 0,987 | 1,2 | 104 |
| 8 | 0,988 | 0,975 | 0,7 | 103 |
| 9 | 1,024 | 1,007 | 2,3 | 102 |
CONCLUSIONES
Todas las muestras de agua corriente cumplen con los parámetros fisicoquímicos requeridos para su consumo. Con la ligera variación de los parámetros se puede inferir una leve contaminación de las aguas por compuestos orgánicos e inorgánicos. Sin embargo, para determinar la calidad del agua es necesario complementar esta investigación con análisis microbiológicos y otros análisis químicos, tales como, determinación de compuestos orgánicos e inorgánicos disueltos.
Las aguas superficiales como la de la represa y la del lago de Maracaibo, cumplen con la mayoría de los parámetros fisicoquímicos permisibles para agua potable. Pero como se comentó anteriormente, debe ser complementada con otros estudios. Este tipo de agua dulce puede ser tratada para potabilizarla.
NOTA: Todas las imágenes son de fuente propia, excepto las Figuras 1 y 3.
Espero le haya sido informativa esta publicación y estaré atenta a sus preguntas o comentarios.
Nos leemos en el camino...
Enlaces de interés:
http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/gdwq3_es_fulll_lowsres.pdf
http://www.bvsde.paho.org/bvsacg/e/cd-cagua/normas/lac/20.VEN/01.norma.pdf
https://www.nicovita.com.pe/extranet/Boletines/dic_98_02.pdf
http://www.sencamer.gob.ve/sencamer/normas/2634-02.pdf