Detección y Cuantificación de Contaminantes Ambientales: Aire y Agua

Métodos de Medición de Contaminantes Atmosféricos

Quimioluminiscencia

Se mide la radiación luminosa producida en un proceso químico a temperatura ambiente frente a un reactivo específico. La reacción general es:

Contaminante + reactivo específico → producto excitado

Producto excitado → producto estable + radiación hν

Un ejemplo es la reacción para el óxido nítrico (NO): NO + O₃ → NO₂* → NO₂ + hν.

Método del Pentóxido de Yodo

Este método se utiliza para medir el monóxido de carbono (CO) transformándolo en dióxido de carbono (CO₂). La reacción es:

I₂O₅ + 5CO → I₂ + 5CO₂

Para medir el yodo (I₂) formado, se puede disolver con CCl₄ o con KI. Las etapas incluyen:

• Realizar la valoración del I₂ o medir el CO₂.
• Recoger el CO₂ sobre ascarita.
• Eliminar la presencia de oxidantes o reductores que puedan interferir.

La Hopcalita (mezcla de óxidos de magnesio y calcio) se utiliza para oxidar el CO a CO₂, el cual se recoge sobre ascarita.

Método Griess-Saltzman

Este método permite medir dióxido de nitrógeno (NO₂) y óxido nítrico (NO). Se basa en la absorción del NO₂ como NO₂⁻ sobre una solución de ácido sulfanílico, formando un compuesto diazónico. Este compuesto reacciona con N-1-naftiletilendiamina dihidrocloruro en medio acético, generando un complejo de color rojo-violeta. Así se analizan concentraciones del orden de 0.005 a 5 ppm. Es un método muy selectivo y específico.

Método Colorimétrico para Ozono (O₃)

El ozono (O₃) reacciona con el yoduro de hidrógeno (HI) para formar yodo (I₂), que puede ser analizado por colorimetría. La reacción es:

2H⁺ + 2I⁻ + O₃ → I₂ + O₂ + H₂O

Es crucial evitar la presencia de otras sustancias que puedan interferir en la reacción, como el óxido nítrico (NO) y el dióxido de azufre (SO₂).

Contaminantes Ambientales

Óxidos de Carbono (COx)

• Fuentes Naturales (FN): Descomposición bacteriana, volcanes, incendios forestales, oxidación de metano.
• Fuentes Antropogénicas (FA): Actividad comercial, industria, transporte, tratamiento de residuos.

Óxidos de Azufre (SOx)

• Fuentes Naturales (FN): Gases volcánicos, incendios forestales, procesos bacterianos.
• Fuentes Antropogénicas (FA): Plantas termoeléctricas de generación de energía, fábricas de ácido sulfúrico, de papel y pulpa, incineración de residuos. El trióxido de azufre (SO₃) se produce en menor medida.

Óxidos de Nitrógeno (NOx)

• Fuentes Naturales (FN): Descomposición bacteriana, incendios forestales, volcanes, descargas eléctricas.
• Fuentes Antropogénicas (FA): Procesos de combustión (vehículos, combustibles a alta temperatura). Aproximadamente el 90% de los NOx emitidos es óxido nítrico (NO).

Medición de la Contaminación del Agua

Demanda Química de Oxígeno (DQO)

Método Normalizado de Oxidación con Dicromato

Este método determina la cantidad de oxígeno equivalente a la materia orgánica oxidable en una muestra de agua. Los componentes clave son:

• Muestra: Volumen conocido de agua residual (AR).
• Solución oxidante: Dicromato potásico (K₂Cr₂O₇) en cantidad conocida y en exceso, para asegurar la oxidación completa de la materia orgánica (MO).
• Ácido sulfúrico: La oxidación debe realizarse en medio ácido.
• Catalizador: Sulfato de plata (Ag₂SO₄).
• Aditivo precipitador de cloruros: Sulfato de mercurio (HgSO₄), para evitar interferencias de cloruros.

Se determina cuánto dicromato (Cr₂O₇²⁻) se ha consumido para calcular la DQO.

Método Instrumental para DQO

Se basa en la descomposición de la materia orgánica (MO) bajo la acción de CO₂ en un horno que genera monóxido de carbono (CO) medible por infrarrojos. Los moles de CO producido equivalen al oxígeno (O₂) que sería necesario para la oxidación.

Demanda Biológica de Oxígeno (DBO)

Componentes del Agua de Dilución

• Siembra de microorganismos: Extraída del licor sobrenadante del efluente de las aguas de una estación depuradora, específicamente del decantador secundario.
• Solución de nutrientes: Fosfatos de sodio (Na) y potasio (K), y cloruro de amonio (NH₄Cl). Dicha disolución actúa como tamponador, manteniendo un pH de 7.

Determinación de Oxígeno Disuelto (OD)

Se utiliza el método Winkler. Se añaden reactivos en exceso como hidróxido de sodio (NaOH), azida de sodio (NaN₃) y yoduro de sodio (NaI), junto con aditivos como sulfato de manganeso (MnSO₄) y ácido sulfúrico (H₂SO₄). Finalmente, se mide el yodo formado para determinar el OD.

Parámetros que Afectan al Ensayo de DBO

1. Aclimatación y siembra:
   • Si la siembra es de cantidad insuficiente de microorganismos, el ensayo no será representativo.
   • Los productos tóxicos en la muestra pueden interferir en el crecimiento de la población microbiana, afectando la aclimatación.
2. Presencia de algas: Con luz, las algas generan O₂ (fotosíntesis), lo que subestima la DBO. Sin luz, sobreviven poco tiempo y mueren, aumentando la DBO debido a su descomposición.
3. Calidad del agua de dilución: Es fundamental comprobar su calidad utilizando una muestra de glucosa y ácido glutámico como estándar.
4. Efecto de la temperatura: El límite superior es de 45°C para el ensayo.
5. Efecto del pH: El pH óptimo para el ensayo es de 7.2.

Métodos Manométricos de Determinación de DBO

En estos métodos, se adiciona hidróxido de potasio (KOH) para que el CO₂ producido no pase al aire, y el O₂ del aire pueda disolverse en el agua, permitiendo la medición del consumo de oxígeno.

Otros métodos de medición específicos:

• Método de la pararrosanilina: Para dióxido de azufre (SO₂).
• Fotometría: Para monóxido de carbono (CO).
• Quimioluminiscencia: Para ozono (O₃) o óxidos de nitrógeno (NOx).