Método 10 DETERMINACIÓN DE CARBONO ORGÁNICO Y

Método 10
Determinación de carbono orgánico y nitrógeno total y disuelto
Laura Lorenzoni
Introducción
Este procedimiento describe el método para determinar carbono orgánico total (COT), carbono orgánico
disuelto (COD), nitrógeno total (NT) y disuelto (NTD)
en agua de mar. El COT es la cantidad de carbono
que contienen los compuestos orgánicos no volátiles.
El COD es la fracción del COT que pasa a través de
un filtro con diámetro de poro de 0,7 µm y a la cual
se le elimina el carbono inorgánico por acidificación y
aireación. NT es la suma de todas las formas de nitrógeno (inorgánico y orgánico), y NTD es la fracción
disuelta del nitrógeno total en agua de mar, definida
de la misma manera que el COD. Esta determinación
utiliza un método de combustión catalítica. Los resultados se expresan en µmol L-1 de carbono (nitrógeno).
El rango de concentración detectable por este método
es entre 0 y 400 µmol L-1 de carbono orgánico disuelto
y 0-50 µmol L-1 de nitrógeno total disuelto. El método
que a continuación se describe es tomado de Dickson
et al. (2007).
Fundamentos del método
El método para COT y COD se basa en la oxidación
total de los compuestos orgánicos no volátiles a CO2
a través de una combustión catalítica a 680 °C. La
muestra de agua de mar, filtrada para COD y sin filtrar
para COT, se acidifica y airea con oxígeno antes de la
combustión. La muestra se introduce en una columna
de combustión empacada con pequeñas esferas de
alúmina cubiertas con platino las cuales se mantienen
a 680 °C. La cantidad de CO2 producido durante este
proceso se mide mediante un Detector de Infrarrojo NoDispersivo (DIND). Para el análisis de NTD, la muestra
se calcina para convertir los compuestos no volátiles
de nitrógeno en NO, el cual forma quimioluminiscencia
cuando se mezcla con ozono, lo cual se mide con un
fotomultiplicador.
Advertencias analíticas
1. El carbono inorgánico presente en la muestra produce una interferencia positiva la cual se elimina
al acidificar y airear con oxígeno antes de la combustión.
2. La contaminación de la muestra puede ocurrir
fácilmente a través del aire, el contacto con los
dedos o al tocar la espita de la botella Niskin sin
usar guantes. Es necesario tener mucho cuidado durante la captación, manejo, filtración y almacenamiento de la muestra de manera de prevenir la contaminación. Algunas precauciones son:
a. Realizar la captación de muestra usando guantes de polietileno tanto cuando se extraen las
muestras previas a la captación de COT y COD
(ej.: gases) como durante la captación de las
muestras de COT y COD.
b. Durante la captación, usar únicamente mangueras de silicona ya que cualquier otro tipo,
como Tygon®, representan una fuente de contaminación.
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c. Evitar el contacto del portafiltro o de la espita de
la botella Niskin con la botella de polietileno que
se emplea en la captación.
d. Evitar en todo momento el contacto con grasa.
e. Almacenar la muestra en un congelador donde
no se guarden ni se hayan guardado previamente
solventes o material orgánico como alimentos,
muestras biológicas, etc.
3. Debido a la manipulación, el proceso de filtración
puede ser una fuente de contaminación. En muestras con un contenido bajo de carbono orgánico en
partículas (< 1 µmol L-1), es preferible no filtrar las
muestras; sin embargo, la filtración es necesaria en
muestras con un contenido elevado de partículas
(ej.: aguas altamente productivas). En la Fosa de
Cariaco, las muestras se filtran hasta los 250 m
(ver tabla 1.3, método 1 para las profundidades de
captación) debido al elevado contenido de partículas
que se encuentran en las aguas superficiales, así
como a nivel de la interfase donde se acumulan las
bacterias.
Materiales
1. Filtros Whatman GF/F, de 47 mm, calcinados durante cuatro horas a 450 °C y guardados en cápsulas
de vidrio cerradas. (Figura 10.1).
2. Mangueras de silicona y unidades de filtración en
línea de policarbonato para filtros de 47 mm lavados
con HCl al 10% y enjuagados tres veces con agua
destilada. (Figura 10.2).
3. Botellas de polietileno de alta densidad (HDPE), 60
mL de capacidad, las cuales se sumergen en HCl
al 10% por cuatro horas y se enjuagan tres veces
con agua destilada. Secar boca abajo sobre una
superficie limpia.
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Reactivos
1. Gas oxígeno de alta pureza, 99,995 % de pureza.
2. Catalizador de la columna de combustión.
Columna empacada con esferas de alúmina de 2
mm recubiertas con platino (Shimadzu P/N 01742801-01) mantenidas a 680 °C.
3. Gasa de platino. Gasa de alambre de platino puro
(malla 52 tejida con alambres de 0,1 mm de diámetro), moldeada en cubos (~ 0,5 cm de lado). De
tres a cinco cubos se colocan en la parte superior
de la columna de combustión.
4. Material de referencia por consenso (MRC).
Agua profunda del Mar de los Sargazos / Estrecho de
Florida (44-46 µM COD), disponible en ampollas de
10 mL del Departmento de Química Marina y Atmosférica de la Universidad de Miami, RSMAS/MAC
(http://www.rsmas.miami.edu/groups/biogeochem/
CRM).
5. Agua Baja en Carbono (ABC). Agua con una
concentración de carbono entre 1-2 µmol C L-1, la
cual se obtiene tambien del RSMAS/MAC.
6. Ácido clorhídrico (HCl al 10%).
7. Ácido clorhídrico. Grado analítico de metal traza.
8. Ftalato ácido de potasio (C8H5O4K). Preparar
de acuerdo a la concentración de carbono presente en la muestra.
9. Nitrato de potasio (KNO3).
10. Agua Milli-Q ®.
Equipo
1. Analizador de carbono orgánico Shimadzu TOCVcsh con automuestreador ASI-V y detector de
nitrógeno total TNM-1 (o equivalente). Tanto el
detector de carbono como el de nitrógeno funcionan
en forma independiente. En caso de utilizar otro
tipo de instrumento producido por otro fabricante,
se debe evaluar su aplicación en muestras de agua
de mar.
Captación de muestras
1. Las muestras se toman después de los gases y el
pH. Primero se extrae la muestra de COT (NT), seguida por la de COD (NTD).
2. Para COT, la muestra se colecta directamente de
la espita de la botella Niskin. Lavar la botella de
HDPE tres veces con agua de la muestra y llenar
hasta ¾ el volumen de la botella, congelar en posición vertical (Figura 10.3).
3. Para extraer la muestra de COD se conecta una
unidad de filtración en línea a la espita de la botella
Niskin utilizando una manguera flexible de silicona
y se filtra la muestra a través de un filtro de fibra
de vidrio calcinado colocado dentro de la unidad.
Permitir que el agua fluya por dos minutos a través
de la unidad de filtración y el filtro. Lavar la botella
de HDPE tres veces con la muestra y llenar hasta
¾ el volumen de la botella. Congelar en posición
vertical (Figura 10.4).
4. Entre cada lance, desarmar las unidades de filtración y sumergir en HCl al 10%. Lavar varias
veces con agua destilada antes de volver a armar
para la siguiente filtración. Si se lleva una unidad
de filtración para cada muestra, este paso no es
necesario.
Análisis de muestras
1. Pre-tratamiento de la muestra
a. Permitir que las muestras alcancen temperatura
ambiente.
b. Reducir el pH a < 2 acidificando la muestra con
HCl concentrado grado metal traza en un volumen aproximado a 0,1 % del volumen total de
muestra.
2. Análisis
a. Las condiciones del analizador para carbono
orgánico son las siguientes:
Temperatura de combustión
680 °C
Gas transportador
Oxígeno de alta pureza
Velocidad de flujo del gas
150 mL min-1
Generador de ozono, gas
Aire desde el Generador
Whatman de gas
Velocidad de flujo del ozono 500 mL min-1
Tiempo de aireación de la
muestra
2,0 min
Número mínimo de
inyecciones
3
Número máximo de
inyecciones
5
Número de lavados
2
Desviación estándar
máxima
0,1
CV máximo
2%
Volumen de inyección
100 µL
b. El sistema se calibra para COT (COD) usando
una solución de ftalato ácido de potasio (para
NT y NTD se utiliza nitrato de potasio). Ambas
soluciones se preparan en agua Milli-Q®.
c. La operación del equipo se verifica antes del
análisis, utilizando material de referencia (MRC).
El agua baja en carbono (ABC) también se utiliza
para verificar el funcionamiento del aparato.
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d. Colocar las muestras en un automuestreador
para su análisis. La corrida del análisis comienza con un blanco de agua Milli-Q® y un MRC,
seguido de seis muestras, otro blanco de agua
Milli-Q® y un MRC. La secuencia se repite hasta analizar todas las muestras. El análisis
termina con el blanco de agua Milli-Q®, un MRC
y un blanco de agua Milli-Q® no acidificado.
Este último blanco permite verificar si el ácido
clorhídrico utilizado para acidificar las muestras
presenta alguna evidencia de contaminación. Los
blancos de agua Milli-Q® y el MRC se usan para
evaluar el desempeño del instrumento durante
el análisis. Si se detecta un problema, analizar las muestras nuevamente.
Cálculos y expresión de resultados
1. Calculo de COT o COD. Calibrar el equipo Shimadzu
TOC-Vcsh para carbono usando un análisis de 4 a
5 inyecciones de una solución estándar de ftalato
ácido de potasio preparada con agua Milli-Q®. El
instrumento determina la concentración en partes
por millón (ppm). La siguiente formula se emplea
para calcular la concentración en µmol L-1 de
carbono corregida con el blanco del instrumento:
COT (COD) = [(Muestra (ppm) – ABC(ppm)) * 83,33333] + Valor ABC (µM)
(1)
donde
Muestra = concentración determinada por el
analizador para la muestra.
ABC
60
= concentración determinada por el
analizador para el agua baja en
carbono.
83,33333= factor de conversión de ppm a µmol
L-1.
Cuando se substrae de la muestra la concentración
de carbono del ABC (ppm) al comienzo de la fórmula
se eliminan tanto el blanco instrumental como el contenido de carbono del ABC; por lo tanto, el contenido de
carbono del ABC se añade de nuevo (término al final
de la ecuación) para calcular la concentración correcta
de la muestra.
1. Calculo de NT y NTD. El instrumento se calibra
usando un método similar al del carbono. La
solución estándar que se emplea es nitrato de
potasio preparada con agua Milli-Q®. El instrumento
se calibra en ppm y la conversión a µmol L-1 es la
siguiente:
NTD = Muestra (ppm) * 71,43
(2)
donde
Muestra = concentración
de
nitrógeno
determinada por el analizador para
la muestra.
71,43 = factor de conversión de ppm a µmol
L-1.
No existe un blanco instrumental para el sistema de
nitrógeno. El nitrógeno orgánico disuelto (NOD) se calcula al restar el nitrógeno inorgánico (NO2-, NO3-, NH+4)
al NTD determinado por el analizador.