SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS

SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS
Método 1: Sólidos Totales Disueltos usando el Sensor de Conductividad
1_ Hay una relación prácticamente lineal entre la conductividad y la concentración de
los sólidos totales disueltos (de sustancias iónicas disueltas). Se puede obtener una
curva similar a la mostrada debajo, usando soluciones estándares de sólidos totales
disueltos (TDS). En la figura mostrada aquí, la razón de la concentración de TDS en
mg/L a la conductividad en S/cm es de 0.5 a 1, y representa la relación aproximada
entre la concentración de TDS como cloruro de sodio y la conductividad.
2_ El Paso 5 del procedimiento para el estudiante indica tres alternativas para cargar o
realizar una calibración de TDS:
_ La opción más fácil es usar la
calibración TDS almacenada en el
programa Logger Pro. La calibración
almacenada mide mg/L de TDS
como NaCl; por tanto, está basada
en un estándar de cloruro de sodio y
no toma en consideración la
variación de la composición iónica
de diferentes corrientes. Si su
propósito al medir TDS es conocer
los cambios en la concentración total
de iones en una corriente, esta
calibración trabajará muy bien. Si
usted quiere determinar el.valor
preciso de la concentración de TDS
en una localidad, cualquiera de las
dos opciones próximas le darán
buenos resultados.
_ La calibración de TDS almacenada en el programa Logger Pro hace uso de la
ecuación, TDS = 0.50 x Conductividad (en S/cm), que es una relación basada en una
calibración con cloruro de sodio. La mayoría de las corrientes de agua dulce, sin
embargo, tienen mayores concentraciones de iones que contribuyen a la dureza del agua
(Ca2+ y HCO3-) que de los iones salinos (Na+ y Cl-). Grandes variaciones en la
concentración iónica de las corrientes provocan que la "constante" 0.50 realmente varíe
desde 0.50 hasta 0.90. Un valor promedio de 0.70 se emplea a menudo en los estudios
de agua dulce
TDS =:0.70 x Conductividad (en uS/cm)
Si está haciendo mediciones en muestras de agua dulce (no salobre), se pueden obtener
mejores datos de TDS usando una calibración que considere el valor 0.70. Los
estudiantes pueden hacer uso de la opción [Manual] en la pantalla Calibración para
introducir manualmente el intercepto y la pendiente para una calibración basada en la
constante 0.70.
Los valores a introducir manualmente son:
Intercepto = 0
Pendiente = 593
Esta calibración proporcionará lecturas de TDS (en mg/L de TDS) sobre un rango que
va desde 0 mg/L hasta 1400 mg/L, cuando se usa la posición 0-2000 S/cm del selector
que está en el Sensor de Conductividad.
_ La tercera opción es que los estudiantes realicen una calibración de dos puntos. Para
obtener un estándar que refleje la composición iónica propia de su corriente en
particular, puede recolectar una muestra de l litro de agua y determinar la concentración
de TDS en 500 mL de la muestra usando el Método 2 del Ensayo l2: TDS por
Evaporación. Luego de encontrar su concentración, puede utilizar ahora e1 sobrante de
500 mL de la muestra de agua como una solución estándar. Para el primer punto de
calibración, simplemente sostenga el sensor en el aire (fuera de la solución) e introduzca
el valor "0" (mg/L de TDS). Para el segundo punto de calibración, coloque el Sensor de
Conductividad dentro de la muestra de agua e introduzca el valor que obtuvo usando el
Método 2 (por ejemplo, 142 mg/L de TDS).
3_ Si decide calibrar el Sensor de Conductividad, necesitará soluciones estándares
exactas. El estándar 1000 S/cm que viene con el Sensor de Conductividad durará un
largo tiempo si tiene el cuidado de no contaminarlo con el sensor húmedo o sucio. Esta
es una buena concentración para calibrar su Sensor de Conductividad en el rango medio
(0 a 2000 S). Vernier vende tres estándares de Conductividad, cada uno adecuado a los
rangos del Sensor de Conductividad. Ellos vienen en botellas de 500 mL por $12 cada
uno. Los códigos para ordenarlos son:
Estándar de baja conductividad 150 S/cm = CON-LST
Estándar de media conductividad 1413 S/cm = CON-MST
Estándar de alta conductividad 12880 S/cm = CON-HST
Para preparar sus propias soluciones estándares usando NaCl sólido, use un frasco con
marcas exactas de volumen (por ejemplo, frascos volumétricos) y agregue la cantidad
de sólido que se indican en la primera columna de la Tabla 2
Agregue esta cantidad de
NaCl para completar un litro
de solución
0,0474 g (47,4 mg/L)
0,491 g (491 mg/L)
1,005 g (1005 mg/L)
5,566 g (5566 mg/L)
Tabla 2
Valores equivalentes de TDS y conductividad a la
concentración de NaCl en la primera columna
Sólidos totales disueltos
Conductividad en
(TDS)
S/cm
50 mg/L as TDS
100
500 mg/L as TDS
1000
1000 mg/L as TDS
2000
5000 mg/L as TDS
10000
4_ La empresa Flinn Scientific (P.O. Box 21, Batavia, IL 60510, wrv.flinnsci.com)
vende un juego de cuatro soluciones estándares en botellas de 500 mL. Las
concentraciones se corresponden con las de las cuatro soluciones mostradas en la Tabla
2. Aquí está la información para ordenarlas:
- Juego de Calibración de Conductividad con cuatro botellas de 500 mL (50 mg/L, 500
Mg/L, 1000 mg/L y 5000 mg/L TDS, código de orden AP 9111).
5_ Su Sensor de Conductividad Vernier tiene compensación automática de temperatura
entre las temperaturas de 5 y 35°C . Las lecturas se refieren automáticamente al valor de
conductividad a25 °C. El Sensor de Conductividad dará, por tanto, la misma lectura de
conductividad en una solución que está a 15 °C como si la misma solución fuera
calentada hasta 25 °C. Esto significa que usted calibra su sensor en el laboratorio y
luego usa estas calibraciones almacenadas para tomar lecturas en agua más fría (o más
caliente) en un lago o corriente. Si el sensor no tuviera compensación por temperatura,
usted notaria un cambio en la lectura de la conductividad al cambiar la temperatura, aun
cuando la concentración ionica real no cambiara
Método 2 TDS por evaporación
7_ Una muestra de mayor tamaño debe reducir el porcentaje de error en este ensayo. El
problema con una muestra muy grande es que muchas balanzas analíticas no tienen la
capacidad para medir la masa de vasos mayores que unos 250 mL. Puede usar un vaso
de precipitado mayor si su balanza tiene la capacidad adecuada para ello.
Alternativamente, como se dijo en el Paso 5 del procedimiento, usted puede añadir una
segunda muestra de agua al vaso. Si el agua tiene un nivel muy bajo de sólidos totales,
pudiera añadir diariamente muestras de agua hasta que el cambio en la masa sea de
aproximadamente 0.025 g. Usted debería saber esto con antelación, para asegurar que
recolecte la cantidad suficiente de muestra de agua inicialmente. Si usa esta alternativa,
asegúrese de mantener la muestra en el refrigerador para reducir cualquier acción
microbiana que pudiera afectar los resultados. También deberá cambiar, de acuerdo con
lo anterior, sus cálculos en la hoja de Datos y Cálculos para reflejar los cambios en el
volumen.
8_ Si usted no tiene una balanza analítica, puede obtener resultados satisfactorios
empleando una balanza con sensibilidad de centigramo y una muestra de mayor
tamaño. Use el vaso más grande que pueda medir en su balanza y aumente el tamaño de
la muestra de acuerdo con ello. Pudiera agregar otra muestra de agua el Día2, corno se
describe en el l Paso 5 del procedimiento de ensayo
9_ Si su vaso de precipitarlo está demasiado lleno, el agua puede salpicar dentro del
horno. Para prevenir esto, puede secar la muestra por unas pocas horas a unos 80 °C,
para evitar la ebullición. Luego con el nivel de agua reducido, aumente la temperatura
del horno hasta 104 °C y concluya el proceso de secado
10_ Si tiene problemas para limpiar los sólidos secos del vaso de precipitado. agregue
un poco de ácido clorhídrico 1M (HCl) y revuelva suavemente en forma circular.
Asegúrese de desechar adecuadamente el ácido
11_ Algunas sustancias que contienen iones de calcio, magnesio, cloruro o sulfato
pueden atraer al agua. Este tipo de sustancias se llaman higroscópicas. Si su muestra
contiene altos niveles de estos iones, deberá secarla por un periodo de tiempo más largo
y deberá pesarla lo más pronto posible luego de sacarla del horno. Si fuera posible
coloque las muestras en una desecadora para su enfriamiento.
12_ No eleve el calor del horno a una rapidez muy alta para evaporar el agua. Una alta
temperatura del horno volatilizará algunos compuestos orgánicos y puede causar
algunas reacciones químicas de descomposición inducidas por el calor. Esto puede
provocar falsas lecturas de los sólidos totales.
13_ Si va estudiar agua con altos niveles inusuales de iones disueltos (agua salobre o
agua muy dura), los estudiantes pueden encontrar lecturas por sobre el límite del rango
de 1000 mg/L TDS empleado en este ensayo. Pídales que usen el rango mayor con el
selector de rango en el sensor de Conductividad (0 a 20000 S/cm) y carguen la
calibración para 0- 10000 mg/L TDS. Si las lecturas son mayores que 10.000 mg/L, siga
las instrucciones de la próxima sección
TOMANDO MUESTRAS EN EL AGUA SALADA DEL OCÉANO O EN
ESTUARIOS
Las muestras de agua salada pueden exceder el rango más alto del sensor de
conductividad, 0 a 20,000 S/cm (0 a 10,000 mg/L TDS). El agua de mar del océano
Atlántico medio tiene una conductividad de 53,000 S/cm (o una concentración de TDS
de unos 26,500 mg/L). Las muestras en este rango requieren ser diluidas con el objetivo
de poder medirlas con el rango más alto. Por ejemplo, Puede tomar una muestra del
agua del océano y diluirla a1/4 de su concentración original añadiendo 100 mL de la
muestra de agua salada a 300 mL de agua destilada. Esta muestra diluida se puede medir
después usando el sensor de Conductividad con el selector de rango colocado en el más
alto. Si el valor de TDS para la muestra diluida es de 6,600 mg/L, entonces esta
respuesta hay que multiplicarla por un factor de 4 para obtener el valor de TDS de la
muestra original: 4 x 6,600 : 26,400 mg/L TDS.
COMO TRABAJA EL SENSOR DE CONDUCTIVIDAD
El Sensor de Conductividad de Vernier mide la capacidad de una solución de conducir
la corriente eléctrica entre dos electrodos. En una solución, la corriente fluye por el
transporte iónico; por tanto, el incremento de la concentración de iones en la solución
producirá un valor mayor de conductividad. El sensor de conductividad realmente mide
la conductancia, definida como el recíproco de la resistencia. Cuando la resistencia se
mide en ohmios, la conductancia se mide, usando las unidades del SI, en siemens
(inicialmente conocida como mho), Las muestras acuosas se miden usualmente en
microsiemens, o pS. Aunque el Sensor de Conductividad mide la conductancia,
frecuentemente estamos interesados en medir la conductividad de una solución. La
conductividad, C, se encuentra usando la siguiente fórmula
C = G Kc
donde G es la conductancia y Kc es la constante de la celda. La constante de la celda se
determina para un sensor usando la siguiente fórmula
Kc = d/A
Donde d es la distancia entre los dos electrodos y A es el área de la superficie de los
electrodos. Por ejemplo la celda en la figura mostrada tiene una constante de celda de
Kc = d/A = 1,0 cm/ 1,0 cm2 = 1,0 cm-1
El valor de la conductividad se encuentra multiplicando la conductancia y la constante
de la celda. Como el sensor de la conductividad de Vernier también tienen una
constante de celda de 1,0 cm-1, su conductividad y conductancia tienen el mismo valor
numérico. Para una solución con un valor de conductancia de 1000 S, la
conductividad, C, sería:
C= G Kc = (1000 S) (1,0 cm-1) = 1000 S/cm
A los dos electrodos del sensor se aplica una diferencia de potencial en el caso del
sensor de conductividad. La corriente resultante es proporcional a la conductividad o al
valor TDS de la solución. Esta corriente se convierte en voltaje para que la lea la
interfaz.
Se suministra corriente alterna para prevenir la migración completa de iones a los dos
electrodos. Como se muestra cn la figura de abajo, con cada ciclo de la corriente alterna,
la polaridad de los electrodos se invierte, lo que por su parte invierte la dirección del
flujo de iones. Esta característica tan importante del Sensor de Conductividad previene
que ocurra la mayor parte de la electrólisis y la polarización en los electrodos.
Por tanto, no se deteriora la solución que se está midiendo para determinar su
conductividad. Esto también reduce en gran medida la probabilidad de formación de los
productos del proceso de oxidación- reducción en los electrodos relativamente inertes
de grafito.
El sensor de conductividad de Vernier tiene tres rangos de sensibilidad para seleccionar
0 a 200 S /cm ( 0 a 100 mg/L TDS)
0 a 2000 S /cm ( 0 a 1000 mg/L TDS)
0 a 20000 S /cm ( 0 a 10000 mg/L TDS)
Estos rangos se pueden seleccionar usando un selector de conmutación ubicado al final
de la caja de amplificación unida al sensor. Es muy importante considerar la selección
del rango cuando se carga o realiza la calibración; no se puede usar una calibración
simple para los tres rangos.