Determinación sensible del hierro en agua potable, agua mineral, agua subterránea y agua de manantial utilizando ensayos fotométricos rápidos
Katrin Schwind, Gunter Decker
La calidad del agua potable está regulada por una serie de directrices, como la Directiva 98/831,2 del Consejo de la UE y la directriz de la OMS.3 Los principios clave utilizados para definir estos límites tienen en cuenta tanto los peligros para la salud como razones sensoriales y técnicas. El hierro, por ejemplo, no representa un riesgo para la salud a las concentraciones normalmente encontradas en el agua potable.2,3 Sin embargo, concentraciones elevadas de hierro provocan la formación de hidróxidos de hierro, que pueden formar depósitos en los sistemas de tuberías de agua y un viraje a color marrón del agua.
Para garantizar el suministro de agua transparente e incolora, se han establecido límites específicos de país para el agua potable. El límite para el hierro establecido por la directiva de la UE es de 0,2 mg/l de Fe,2 mientras que la EPA de los EE.UU. especifica 0,3 mg/l de Fe.5 Para evitar la formación de depósitos de hierro en los sistemas de tuberías de agua, no debe excederse un límite de 0,02 mg/l.6 Para garantizar que se cumplen los límites especificados, el agua potable se somete, en muchos casos, a una etapa de tratamiento en la que se precipita el hierro. Este método elimina prácticamente cualquier contenido de hierro, reduciendo la concentración de hierro al intervalo de ppb más bajo.6
Métodos analíticos
Los métodos analíticos muy sensibles para la cuantificación de concentraciones traza son la espectroscopia de absorción atómica con llama (AAS con llama, F-AAS) y la espectrometría de emisión óptica con plasma acoplado inductivamente (ICP-OES). Dependiendo del volumen de dosificación, el intervalo de medida del método F-AAS según la DIN EN ISO 38406-32 es de 0,002–0,020 mg/l de Fe. El límite de cuantificación (LOQ) para el método ICP-OES según la DIN EN ISO 11885 es de 0,002 mg/l de Fe.7,8 En nuestro laboratorio se consigue un LOQ de 0,0007 mg/l de Fe mediante ICP-MS de acuerdo con la norma ICH Q2.
Análisis de hierro utilizando kits de ensayo analíticos (métodos fotométricos rápidos)
Una alternativa práctica para obtener resultados rápidos y sensibles sin invertir en instrumentos costosos son los métodos fotométricos rápidos. Los kits de ensayo se caracterizan generalmente por su facilidad de uso y la velocidad del procedimiento. La elección del método depende de la aplicación, el intervalo de medida y la precisión requerida. En el caso del hierro, se pueden elegir dos métodos fotométricos sensibles.
La determinación del hierro mediante el método de la 1,10-fenantrolina según la APHA 3500-Fe B y la DIN 38406-1 permite mediciones fotométricas hasta concentraciones de tan solo 0,01 mg/l, que es completamente suficiente para muchas muestras.9
Si se requieren LOQ inferiores, se puede elegir el método de la triazina. En este método, todos los iones de hierro se reducen a iones hierro (II), los cuales reaccionan en un medio tamponado con tioglicolato que contiene un derivado de triazina para formar un complejo rojo-violeta, el cual se determina luego mediante fotometría.10 Utilizando una cubeta de 100 mm y el espectrómetro Prove 600 UV-VIS, se pueden lograr LOQ para el hierro tan bajos como 0,0025 mg/l. Debido al tratamiento de eliminación de hierro y al contenido naturalmente bajo de hierro de la mayoría del agua potable, se debe dar preferencia al método más sensible de la triazina. El ensayo de hierro Spectroquant® (Nº de ref. 114761) tiene un intervalo de medida global de 0,0025-5,00 mg/l de Fe. En los fotómetros Spectroquant®, los métodos están preprogramados, por lo que no es necesario crear una laboriosa curva de calibración.
Preparación de la muestra y rendimiento de la medición con el ensayo de hierro Spectroquant®
Las muestras deben primero acidificarse con ácido nítrico para estabilizar el hierro, mientras que las muestras que contienen ácido carbónico también deben desgasificarse en un baño ultrasónico. Se proporciona una descripción detallada del procedimiento de medición en la aplicación “Medición sensible del hierro en el agua”.11
Comparación del método de ICP-MS con el ensayo de hierro Spectroquant®
Se determinó el contenido de hierro de cinco aguas minerales diferentes utilizando el kit de ensayo Spectroquant® e ICP-MS. Todas las muestras estaban por debajo del LOQ del método respectivo (0,0007 mg/l para ICP-MS, 0,0025 mg/l para el kit de ensayo Spectroquant®.
Las cinco muestras se enriquecieron con hierro a tres niveles de concentración diferentes añadiendo patrón, y las tasas de recuperación respectivas se determinaron por el método fotométrico. Los resultados se muestran en la Tabla 1 y la Figura 1.
Las concentraciones añadidas de hierro se recuperaron con precisión. Las tasas de recuperación en las muestras enriquecidas oscilaron entre el 89 % y el 99 % en todos los experimentos, con una tasa de recuperación promedio del 95 %.
Figura 1.Resultados de la adición de patrón.
Se puede conseguir una precisión aún mayor mediante una curva de calibración personalizada. En la Tabla 2 se muestran las características de rendimiento del método preprogramado para el Nº de ref. 114761 determinado según la DIN 38402 A51 y la ISO 8466-1 en comparación con una curva de calibración realizada manualmente para el intervalo de medida 0,0005 – 0,0100 mg/l de Fe empleando el kit de ensayo fotométrico. La curva de calibración se muestra en la Figura 2.
Al 4,35 %, el coeficiente de variación de la curva de calibración personalizada es 3,3 veces superior al del método preprogramado. Esto se debe al hecho de que a esas menores concentraciones, las desviaciones tienen un efecto relativo más fuerte en la calibración personalizada. Visto en términos absolutos, el procedimiento de calibración personalizado proporciona errores de método considerablemente menores, como lo demuestran los valores de la desviación estándar del método y el intervalo de confianza del método para P = 95 %, que son de 13 a 14 veces inferiores a los del método preprogramado.
En el caso de las adiciones de patrón, el uso de dicha calibración personalizada produjo una mejora añadida de la tasa de recuperación, que ahora alcanzó un valor medio del 101 %. Los valores individuales están entre el 95 % y el 106 % (Tabla 3).
Figura 2.Curva de calibración para el intervalo de medida 0,0005–0,0100 mg/l de Fe.
Dado que las aguas minerales solo tienen un bajo contenido de hierro, los experimentos también se llevaron a cabo utilizando muestras de agua subterránea y agua de manantial, cuyas concentraciones de hierro son naturalmente más elevadas debido a la ausencia de tratamiento del agua. La medición se realizó utilizando el método preprogramado. Aquí se volvieron a verificar los resultados de los análisis de referencia utilizando el método ICP-MS. En la tabla 4 se muestra una comparación de los resultados obtenidos con los dos métodos.
Los resultados obtenidos con el ensayo de hierro Spectroquant® coinciden con los obtenidos utilizando el método ICP-MS. Debido al elevado contenido de hierro de la muestra de agua subterránea de Bensheim, de 2,7 mg/l de Fe, en desviación del procedimiento definido, se utilizó una cubeta de 10 mm. La tasa de recuperación aquí fue del 100 %. Estos resultados demuestran que incluso concentraciones muy elevadas de hierro se pueden determinar con precisión mediante el ensayo de hierro.
En el caso de las muestras de agua de manantial con poca concentración de hierro, los resultados de la medición solo diferían en un valor máximo de 0,0008 mg/l. Las mediciones de ICP-MS confirmaron incluso las concentraciones de hierro que están por debajo del LOQ del método fotométrico.
Resumen
El ensayo de hierro Spectroquant® ofrece una buena alternativa a la ICP o la AAS cuando se trata de determinar el contenido de hierro en agua potable, agua mineral, agua subterránea y agua de manantial. El método brinda resultados comparables a los obtenidos por el método ICP-MS y es fácil de realizar. Para todos los laboratorios para los cuales no es factible la compra de un sistema ICP-OES o ICP-MS por razones económicas, el ensayo de hierro Spectroquant® Nº de ref. 114761 ofrece una alternativa rápida, sensible y precisa para la determinación del contenido de hierro en agua potable, agua mineral, agua subterránea y agua de manantial.
Productos químicos, muestras e instrumentos utilizados:
Todas las mediciones se realizaron utilizando un fotoespectrómetro Prove 600. El sistema de referencia era un espectrómetro de masas HR-ICP Thermo Fisher Scientific (método en el dispositivo Element 2).
Si desea más información sobre la línea Spectroquant® para análisis espectrofotométrico, visítenos en SigmaAldrich.com/spectroquant
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