Estandarización condiciones preliminares para la determinación de

Resumen: E-039
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDEST E
Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2006
Estandarización condiciones preliminares para la determinación
de cromo en muestras ambientales.
Romero, Cesar H. - Pellerano, Roberto G. - Acevedo, Hugo A. - Vázquez, Francisco A.
LABQUIAM. Laboratorio de Química Ambiental. FaCENA. UNNE.
Av. Libertad Nº 5400 Corrientes (3400) Argentina.
E–mail: [email protected]
Antecedentes
Se estudia la determinación de cromo (VI) en concentraciones a nivel de vestigios por espectrofotometría en fase sólida
(SPS) en uv-visible en muestras de diversas matrices. En esta etapa se estudian las condiciones generales de la reacción.
El método se basa en el diseño de un sensor cuya naturaleza consiste en la formación de un complejo de cromo (VI)
con 1,5-difenilcarbazida en solución ácida de color rojo-violeta, y la posterior medición de la absorbancia. La
metodología se realiza en batch.
El elemento cromo no se encuentra en la naturaleza en estado libre, se lo halla como constituyente de numerosos
minerales. La contaminación ambiental con cromo se debe principalmente a causas antropogénicas como resultado de
ciertas actividades industriales, entre las que podemos citar, galvanizados (inhibidores de corrosión), pinturas,
tratamiento para la preservación de postes de madera, funguicidas, tintas, curtiembres, cerámicas, preservadores de
telas, en la fabricación de explosivos, etc.
El cromo metálico carece de toxicidad, por ello se usa en gastronomía: utensilios de cocina, en medicina: instrumental
de cirugía, etc. En cambio las especies de cromo (VI) y cromo (III) tienen diferentes biodisponibilidad y toxicidad en
los seres humanos, y por esta razón, para preservar la salud de la población, se requiere de un estricto control de sus
contenidos en muestras ambientales. Tanto es así que, mientras el cromo (III) es esencial para el ser humano puesto que
participa en el metabolismo de la glucosa, los efectos tóxicos de los derivados del cromo (VI) están bien comprobados,
principalmente se absorbe por vía respiratoria y secundariamente por vía digestiva o cutánea, la inhalación produce,
úlceras, dermatitis, etc.
Ambas especies de cromo (III) y (VI) pueden coexistir en aguas naturales, efluentes y suelos dependiendo del pH del
medio y de sus características de oxidación – reducción. La reacción del cromo (VI) con la difenilcarbazida es una
reacción redox en la cual el cromo (VI) se reduce a cromo (III) y el reactivo se oxida a difenilcarbazona, es éste
compuesto el que forma el complejo de color rojo-violeta con el cromo (III) naciente. Si al cromo (III) acuoso se le
añade el reactivo difenilcarbazona no se origina ninguna coloración, no hay reacción, la causa es la gran inercia del
acuocomplejo del cromo (III) que impide que la reacción ocurra. En Argentina la cantidad máxima de cromo (VI)
tolerada en el vertido a colectora cloacal, conducto pluvial y a curso de agua es de 0,20 mg L–1, mientras que para el
cromo (III) se tolera 2 mg L–1. La concentración máxima permitida de cromo (VI) en agua potable es de 0,05 mg L–1,
establecido por la Organización Mundial de la Salud (OMS).
Por ello es que se decidió diseñar una metodología de análisis para la determinación del cromo (VI), que sea, rápida,
sensible, exacta, muy precisa, de bajo costo y que su rango de determinación sea al nivel de vestigios.
Materiales y Métodos
Instrumental
Espectrofotómetro para leer entre 300 nm y 800 nm
Cubetas de 1 mm de paso óptimo y volumen útil de 0,240 mL
pH-meter, electrodo combinado, vidrio – electrodo calomel saturado
Centrífuga: 0 – 3000 rpm
Agitador mecánico rotatorio 0 – 100 rpm
Reactivos
• Disolución madre de cromo (VI) (50 mg L–1). Se seca dicromato de potasio en estufa a 105 ºC durante 1 hora. Se deja
enfriar en desecador. Se pesa 141,4 mg de dicromato de potasio, se disuelve con agua bidestilada y se enrasa a 1 L;
1 mL de esta disolución es equivalente a 50 µg de cromo (VI).
• Disolución de difenilcarbazida (C13H14N4O). Disolver 250 mg de 1,5-difenilcarbazida en 50 mL de acetona.
Almacenar en frascos de color ámbar. La disolución es transparente al momento de prepararla, después toma un color
amarillo claro. Descartar la disolución cuando comience a decolorarse. Debe conservarse en heladera.
• Agua destilada de alta pureza (conductividad máxima: 2 µs/cm).
• Disolución diluida de ácido sulfúrico.
• Disolución diluida de hidróxido de sodio.
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Discusión de Resultados
En el presente informe se estudian la optimización de varios parámetros: pH, estabilidad del complejo, selección de la
resina, cantidad de resina y tiempo de contacto (agitación).
Procedimiento
Selección de pH
A partir de la solución madre de cromo (VI) se preparan soluciones diluidas con una determinada concentración de
cromo (VI) contenido en un volumen de 50 mL. Se trasvasa a un vaso de precipitados, ajustando el pH de la solución a
distintos valores con ácido sulfúrico diluida o solución de hidróxido de sodio diluido, se añade la disolución de 1,5difenilcarbazida, se mezcla y se deja 5 minutos para el desarrollo de color, para luego realizar un barrido espectral entre
300 nm y 800 nm, midiendo la absorbancia a una velocidad de 200 nm min–1. Se realizaron pruebas a pH 2, 4, 6 y 8,
comprobándose que a un pH superior a 4 no se desarrollo el color del complejo, es decir no hay reacción. Se ajustó la
selección de pH a partir de valores comprendidos entre 1 y 3,5. Se usó como ensayo en blanco, 50 mL de agua
bidestilada con todos los reactivos sin el analito. Finalmente se midió la absorbancia del complejo formado a la longitud
de onda de 540 nm correspondiente al máximo de absorción.
Los resultados obtenidos se presentan en la figura 1
0,35
0,30
0,25
Abs
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
0
2
4
pH
Figura 1. Dependencia del pH
Del gráfico surge que le pH óptimo para la formación del complejo es 2,50.
Selección de la resina (ambertlite XAD–16)
En la espectrofotometría en fase sólida el primer objetivo que se plantea es la elección del soporte adecuado sobre el
que fijar el compuesto en estudio.
Se realizan, en placa de toque, varios ensayos cualitativos de fijación del compuesto en los soportes aniónicos: Dowex
1X8 y de adsorción: Amberlite XAD 7 y Amberlite XAD 16, realizando simultáneamente un ensayo en blanco para
cada uno.
Se eligió el soporte aniónico Amberlite XAD-16, ya que en él la fijación fue rápida y completa, con el resto de las
resinas la fijación no fue completa, esto se detecta dado que la solución permanece coloreada luego de un tiempo de
contacto prudencial, y además presentan la desventaja de una elevada opacidad al paso de la luz a las longitudes de
onda de trabajo.
Una vez seleccionada la resina, se determinó que el complejo fijado presenta un máximo de absorción a 540 nm
concidente con el máximo presentado por el complejo en la solución.
Estabilidad del Complejo
Se tomo una muestra de 50 mL de disolución de concentración conocida de cromo (VI), se añadieron los reactivos, se
midió la absorbancia a una longitud de onda de 540 nm, cada 5 minutos, durante 40 minutos. Se hicieron dos réplicas.
Se comprueba que la absorbancia del complejo debe ser medida entre los 5 a los 15 minutos desde la formación del
mismo, es decir que permanece estable durante un corto período de tiempo, pero suficiente para realizar las operaciones
correspondientes a la espectrofotometría en fase sólida.
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Masa óptima de resina
En todo sistema heterogéneo, una disminución en el volumen o masa de una de las fases trae como consecuencia el
aumento de la concentración de soluto en el equilibrio en dicha fase.
Se realiza la selección de la masa óptima de resina, agregando diferentes cantidades de resina a soluciones conteniendo
la misma concentración de Cr(VI) en los que se realizó previamente la reacción con la difenilcarbazida. La influencia de
la masa de resina puede observarse en el gráfico 2
0,65
0,60
0,55
0,50
0,45
A
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
mr [g]
Figura 2
Se seleccionó una masa correspondiente a 70 mg de resina para cada determinación.
Tiempo de agitación
Para determinar el tiempo mínimo a partir del cual se alcanza la señal máxima, se repite la determinación de Cr(VI) en
muestras de igual concentración pero sometidas a diferentes tiempos de agitación. Los resultados obtenidos pueden
observarse en el gráfico 3
1,0
0,9
0,8
A
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0
5
10
15
20
25
t [min]
Figura 3
30
35
40
45
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Conclusiones
Los ensayos anteriormente descriptos constituyen la etapa de estandarización de condiciones preliminares para la
determinación de cromo (VI) mediante la aplicación de la SPS. Ha permitido comprobar la factibilidad de un método
analítico.
Bibliografía:
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colorimétrico. INFOTEC. pp.1-4 (1981).
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Trabajo. España.
Nordberg G. Productos químicos. Metales: propiedades químicas y toxicidad. In: Enciclopedia de Salud y Seguridad en
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