Método 11 Determinación de carbono y nitrógeno en partículas Eric Tappa Introducción Este procedimiento describe el método para determinar carbono y nitrógeno en partículas (CP y NP) en agua de mar. La materia orgánica presente en el agua de mar se puede encontrar tanto en forma disuelta como en partículas. Por lo tanto, el CP (NP) es la cantidad total de carbono (nitrógeno) en agua de mar que no pasa a través de un filtro de tamaño de poro conocido (0,7 µm). El método cuantifica la cantidad de carbono (nitrógeno) total sobre el filtro utilizando un analizador elemental, el cual utiliza combustión seca en un ambiente puro de oxígeno/helio durante el cual el carbono (nitrógeno) se reduce a CO2 (gas N2). En las muestras de la Fosa de Cariaco, la fracción inorgánica en partículas no es significativa; por lo tanto, se asume que el material retenido por el filtro está constituido mayoritariamente por materia orgánica. Los resultados se expresan en µg L-1 de carbono (nitrógeno). El rango de concentración del método es entre 5 y 500 µg L-1 de carbono y 0,5 – 100 µg L-1 de nitrógeno. El método que a continuación se describe está tomado de Sharp (1974). Fundamentos del método El método se basa en la combustión seca (960 °C) y cuantitativa de las sustancias orgánicas e inorgánicas presentes en la muestra en un ambiente puro de helio al cual se le agrega oxígeno como catalizador. Los gases resultantes de la combustión son arrastrados por el gas helio hacia una columna de cromatografía donde se separan y se cuantifican por medio de un detector de conductividad termal. Advertencias analíticas 1. Si el objetivo es establecer la concentración del carbono orgánico en partículas, la fracción de carbono inorgánico presente en la muestra se debe eliminar (carbonatos y bicarbonatos). El proceso de remoción se realiza exponiendo los filtros que contienen la muestra a vapores de ácido clorhídrico concentrado (Schubert y Nielsen, 2000) en un desecador durante 24 horas. Colocar un recipiente abierto con el ácido en el compartimiento inferior del desecador. Luego, secar los filtros a 65 °C por 24 horas, doblar y colocar en discos de estaño, y almacenar en un desecador hasta el momento del análisis. 2. La presencia de material orgánico o aceites sobre el filtro, discos y placas de Petri pueden contaminar la muestra. Calcinar los filtros que se van a usar y lavar con metanol todos los materiales que se utilizan para almacenar y manipular el filtro. Usar guantes de polietileno en todo momento mientras se manipulan los filtros, los discos de estaño y las placas de Petri. 61 Materiales 1. Filtros de fibra de vidrio, Whatman GF/F, 25 mm de diámetro. Calcinar los filtros durante cuatro horas a 450 °C, sumergir en HCl al 10 % por 4 ½ horas y posteriormente en agua destilada por dos horas. Colocar los filtros en una estufa a 70 °C por una noche y guardar en placas de Petri. 2. Placas de Petri pequeñas de plástico, de poliestireno cristal. Sumergir en metanol y colocar en un desecador por una hora. Poner un trozo de papel de pesar en cada placa. 3. Botellas plásticas oscuras de 2 L. 4. Pinzas calcinadas y lavadas con metanol. 5. Discos de estaño para los filtros (30 mm de diámetro) y cápsulas de estaño para los estándares (8 x 5 mm). Lavar con metanol y colocar en una estufa a 60 °C por una hora. 6. Desecador. 7. Tubos de Teflón®. 8. Embudos para filtros de 25 mm y de 200 mL de capacidad. Equipos 1. Analizador Elemental Perkin Elmer 2400 CHN, el instrumento PE2400 tiene una precisión para carbono de 0,2% y para nitrógeno de 0,1%. 2. Microbalanza con una precisión de 0,001 g. 3. Estufa (103 - 105 °C). 4. Unidad de filtración y bomba de vacío para la toma de muestras. Reactivos 1. Gas helio. Ultra alta pureza. 62 2. Gas oxígeno. Ultra alta pureza. 3. Cistina. Calidad reactivo (29,99%C y 11,66%N) Captación de muestras 1. Recolectar las muestras en botellas plásticas oscuras de 2 L, lavando tres veces las mismas con el agua de la botella Niskin antes de llenar. 2. Filtrar a través de filtros Whatman GF/F calcinados. Anotar el volumen filtrado. El volumen que se necesita filtrar depende de la cantidad de partículas en el agua lo cual se indica por el grado de saturación del filtro. En aguas costeras, un volumen medio de 2 L es suficiente. Si las aguas presentan una concentración de partículas mayor, reducir el volumen a menos de 0,25 L. En aguas oceánicas se requiere un mayor volumen (~ 4 L). 3. Guardar los filtros sin doblar en placas de Petri previamente lavadas con metanol, rotular y congelar. Guardar tres filtros sin usar como blancos por cada lance. Análisis de muestra 1. Pretratamiento de las muestras a. Colocar cada placa de Petri destapada con su filtro en una estufa a 60 °C por 12 horas para descongelar y secar el filtro. b. Colocar el filtro sobre un disco de estaño con la muestra hacia abajo, enrollar y doblar los extremos utilizando dos pinzas calcinadas. 2. Análisis a. Colocar el filtro y el disco de estaño en un tubo de Teflón® y comprimir con una varilla de Teflón®. b. Las muestras se introducen a través de un automuestreador en un Analizador Elemental PE2400 siguiendo las indicaciones del fabricante. Cálculo y expresión de resultados Los factores de calibración para carbono (Kc) y nitrógeno (Kn) se determinan (en términos de µg de C y N) usando la siguiente formula: Análisis de las soluciones estándares y blancos K Factor 1. Los blancos (filtros sin usar) se analizan para determinar los niveles de línea base de C y N. Colocar los blancos en discos de estaño, enrollar y doblar igual que las muestras. Realizar el análisis de los mismos según el procedimiento que se específica en la sección Análisis de muestra. 2. El PE 2400 se calibra usando cristales de Cistina como estándar. Pesar la cistina (entre 0,5-2 mg) en una cápsula de estaño previamente lavada con metanol. Doblar la cápsula y analizar según el procedimiento que se específica en la sección Análisis de muestra. Analizar tres estándares de cistina por cada lance. 3. En la estación CARIACO se efectúan dos lances para colectar las muestras de la columna de agua, donde se captan 19 muestras para el análisis de CP (NP); por lo tanto, se analizan seis estándares y seis blancos lo que suma 25 análisis en total durante la corrida del analizador. Los dos lances conforman el perfil completo de la columna de agua. = (C o N) (A - B) (C * D) (1) donde A= conteos de muestra. B= conteos del blanco. C= peso de la muestra. D= peso (%) teórico del estándar. Con cada uno de los factores K se determinan los valores de carbono o nitrógeno en la muestra usando la siguiente ecuación: (A - B) µg L-1 (C o N)= (K Factor (2) (C o N) * V) donde V = volumen del agua filtrada, en litros. 63