Por: Lic. Mabel delgado de Meave
Supervisora Unidad de Metrologia Química - IBMETRO
El Instituto Boliviano de Metrología, IBMETRO, está realizando el Programa “Fomento a la Infraestructura de la Calidad que apoya las mediciones en agua potable y aguas residuales”. Este Programa contribuye a mejorar las capacidades técnicas de los laboratorios del sector agua, principalmente y no exclusivamente los parámetros de control mínimo de la Norma NB 512:2016 Agua Potable – Requisitos. En la actualidad se está trabajando en los parámetros, turbidez y conductividad electrolítica. Para mejorar esta capacidad técnica, es importante que los laboratorios dispongan de materiales de referencia que les permitan realizar ejercicios de validación, que soporten la confiabilidad de los resultados de medición. Un material reconocido para la calibración de estos instrumentos es la formazina, pero se necesita además contar con un material caracterizado para el parámetro turbidez en la matriz de medición, en este caso agua. Estos servicios serán implementados en IBMETRO para apoyar al sector y estarán disponibles en el segundo semestre del año. A continuación, se presentan de forma resumida algunas cuestiones que ayudan a la comprensión de este parámetro y los detalles a tener en cuenta cuando se realiza la medición. La cantidad expresada como turbidez se puede entender como "la disminución de la transparencia de una muestra líquida debido a la presencia de materia sin disolver", es una medida de la relativa claridad de una muestra, y una característica cualitativa que es impartida por sólidos que obstruyen la transmisión de la luz en la muestra. Por lo tanto, no se mide directamente las partículas en suspensión, sino el efecto de la dispersión de la luz que ejercen estas partículas.
En consecuencia, es posible cuantificar la presencia de una cantidad de partículas suspendidas (limo, arcilla, algas, materia orgánica, microorganismos y otras materias no disueltas), midiendo sus propiedades ópticas, debido a la cantidad de luz dispersada desde la dirección de la luz incidente, técnica denominada nefelometría. En Bolivia se cuenta con la Norma NB 514:2016 Agua potable - Determinación de la turbiedad y también se encuentran los procedimientos en normas internacionales. Este parámetro está vinculado al de calidad del agua y es controlado además en el Reglamento Nacional de Control de la Calidad de Agua para consumo humano, actualmente en actual revisión para aprobación, como uno de los parámetros de control mínimo. La Norma NB 512:2016 Agua Potable – Requisitos, establece que el agua potable debe tener una turbidez de 0 – 15 NTU. NTU significa “Nefelometric Turbidity Unit” o UNT “Unidades Nefelométricas de Turbidez”. La medición, aparentemente sencilla y rápida está basada en el gráfico a continuación:
El rayo de luz proveniente de la lampara es relativamente inalterado cuando se transmite a través de agua pura, aunque incluso las moléculas en un fluido puro dispersan luz hasta cierto punto. Por lo tanto, ninguna solución tiene turbidez cero. En muestras que contienen sólidos suspendidos, la manera en que la muestra interfiere con la transmitancia de la luz está relacionada con el tamaño, forma y composición de las partículas en la solución y la longitud de onda (color) de la luz incidente. La dispersión de la luz se intensifica a medida que la concentración de partículas aumenta.
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE TURBIDEZ
El instrumento usado para medir turbidez puede ser un nefelómetro o un turbidímetro. Hoy en día, muchos tipos de instrumentos están disponibles para medir desde un nivel extremadamente bajo de turbidez hasta un rango extremo de tamaños de partículas de muestra y en diferentes composiciones. La capacidad del instrumento para medir un rango amplio de turbidez depende de su diseño. Para funcionar apropiadamente el instrumento debe cumplir ciertos criterios:
- Las especificaciones del instrumento se adecuan al cumplimiento de las normas.
- El instrumento cumple con las especificaciones elaboradas por el laboratorio
- El instrumento puede ser operado fácilmente.
El sistema óptico básico del nefelómetro típicamente consta de una fuente de luz, lente y aberturas para enfocar la luz, un detector a 90˚ para medir la luz dispersa. La longitud de onda de la radiación incidente debe ser de 860 nm. La fuente de luz puede ser lámpara de tungsteno; diodos ó láser. El ancho de banda espectral debe ser menor o igual a 60 nm. La distancia recorrida por la luz incidente y dispersada dentro del tubo de muestra, no debe exceder 10 cm. Los nefelómetros deben estar diseñados para detectar nada o niveles muy pequeños de luz extraviada, con el objeto de no interferir en mediciones de turbidez de baja concentración.
ASPECTOS PRÁCTICOS EN LA MEDICIÓN DE TURBIDEZ
MATERIALES DE REFERENCIA PARA CALIBRACIÓN DE TURBIDÍMETROS
Para mediciones de turbidez, el único estándar que se ha demostrado que cumple con los requisitos de estándar primario, es el polímero blanco formazina, utilizado para realizar la escala convencional de unidades de turbidez. La formazina es preparada a través de una reacción de condensación que involucra sulfato de hidrazina y hexametilentetramina disuelta en agua. Pesando y disolviendo con precisión 5000 g de sulfato de hidrazina (grado ACS del 99% de pureza) y 50 g de hexametilentetramina (al menos 98% de pureza) en 1 L de agua destilada, la solución desarrolla una turbidez blanca después de 48 h. Esto es igual a 4000 NTU. Entonces, bajo condiciones ambientales ideales condiciones de temperatura (25˚C ± 3˚C) y luz, esta formulación puede prepararse repetidamente con una precisión de 1% a partir de materias primas rastreables. Pero su estabilidad química es altamente dependiente de las condiciones de almacenamiento, ya que la exposición al calor o la luz solar directa y la exposición prolongada al ambiente puede disminuir su vida útil.
- LUZ EXTRAVIADA
La luz extraviada puede provenir de varias fuentes: celdas de muestra con superficies rayadas o imperfectas, reflejos dentro del compartimiento de la celda, reflejos dentro del sistema óptico, lámparas que emiten luz divergente, y en menor extensión el sistema electrónico. Al diseñar un instrumento, se usan lentes, aberturas, espejos negros y varias trampas de luz para ayudar a minimizar la luz dispersa. Sin embargo, hay un contribuyente significativo a la luz extraviada que el diseño no puede completamente controlar y es la contaminación debida al polvo dentro de la celda de muestra y en los compartimentos ópticos del instrumento. Con el tiempo, la luz difusa en un turbidímetro aumentará a medida que la contaminación del polvo aumenta y dispersa la luz.
- PULIDO DE LA CELDA DE MEDICIÓN
Las celdas de muestra deben mantenerse pulidas. Pulir el exterior de las celdas de muestra con aceite de silicona ayuda a evitar que las partículas se adhieran a las paredes exteriores. El aceite de silicona también ayudará a reducir la luz dispersa al llenar las pequeñas imperfecciones que de otra manera dispersarían la luz.
- ELIMINACIÓN DE BURBUJAS
Las pequeñas burbujas de aire pueden ser una fuente de interferencia positiva en la medición de la turbidez. La mejor manera de disminuir esta interferencia es dejar reposar la para que la muestra varios minutos para que las burbujas desalojen.
TURBIDEZ VS SÓLIDOS SUSPENDIDOS
El ensayo tradicional de sólidos suspendidos totales en una muestra, se realiza generalmente por métodos gravimétricos, los cuales consumen tiempo, y que puede llegar de dos a cuatro horas para completarlos. Por lo tanto, si se encuentra un problema, a menudo es demasiado tarde para hacer una corrección rápida al proceso. Sin embargo, con la medición de la turbidez se puede tener un resultado rápido de la cantidad de sólidos suspendidos en la muestra de manera más rápida. Para validar resultados sin embargo se debe establecer una correlación entre la turbidez y los sólidos suspendidos totales (SST) de la muestra. Si existe tal correlación, entonces un nefelómetro se puede utilizar para controlar los cambios de SST en una muestra, lo que resulta en un análisis rápido. El tiempo de respuesta a un cambio en el SST de un proceso se puede reducir de horas a segundos con el uso de un nefelómetro.
CONCLUSIONES
La turbidez es uno de los parámetros más importantes en la calidad del agua, es un indicativo de su contaminación, tiene un papel importante en el desempeño de laboratorios de prueba de análisis de las plantas de tratamiento de aguas residuales y de plantas purificadoras agua.
Es importante realizar la elección de instrumentos apropiados, validar los métodos de medición, contar con materiales de referencia adecuados para lograr la confiabilidad de resultados.
REFERENCIAS
Mirella Buzoianu “Practical considerations on the traceability to conventional scales” Accred Qual Assur (2000) 5:142–150
Michael J. Sadar “TURBIDITY SCIENCE” Technical Information Series—Booklet No. 11 La Guía Metas “Medición de Turbidez en la Calidad del Agua”
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