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Titular la dureza del agua es fácil con electrodos fotométricos

¿Qué significa la dureza del agua? La dureza del agua se refiere a la cantidad de minerales disueltos en el agua principalmente de calcio y magnesio. Con base en la concentración de estos minerales disueltos, el agua puede clasificarse como “blanda” o como grados variables de “dura” (Tabla 1), donde dichos minerales son inherentes a la fuente de agua debido a la ubicación geográfica y la composición de la tierra.

Figura 1. Rangos de concentración de dureza del agua en miligramos por litro. [1]

Clasificación CaCO3 (mg/L)
Suave ≤ 60
Moderadamente dura 61 – 120
Dura 121 – 180
Muy dura > 180

¿Cómo puedo saber si tengo agua dura?

Si los niveles de dureza son lo suficientemente altos como para considerar que el agua es “dura”, es posible que sienta los efectos al usar jabón. Los altos niveles de calcio y otros minerales disueltos presentes en el agua dura reaccionan con el jabón, produciendo menos espuma, reduciendo la efectividad general del agente de limpieza y eventualmente formando depósitos conocidos como “espuma de jabón”. Si alguna vez ha lavado una gran cantidad de platos y ha notado la presencia de manchas y / o películas después del lavado y secado, comprende las consecuencias estéticas que el agua dura puede tener en el proceso de limpieza. Sin embargo, cuando se calienta agua dura, estos minerales disueltos son más propensos a precipitarse. La sal más común es el carbonato de calcio (CaCO3), que tiene el potencial de causar costosos problemas mecánicos tanto para los usuarios de agua industriales como domésticos. Estos depósitos a menudo se denominan “escamas”, que pueden aumentar los costos de calentar el agua y reducir la eficiencia y la vida útil de los calentadores de agua eléctricos y otros equipos. El CaCO3 también puede acumularse en las tuberías, reduciendo la presión y provocando obstrucciones. Como tal, la medición de la dureza del agua se mide comúnmente en el tratamiento de agua y en las aplicaciones industriales basadas en agua, como agua potable, aguas residuales y torres de caldera y enfriamiento.

El calcio y el magnesio son los dos componentes que se utilizan para determinar la dureza total del agua, ya que ambos son los principales contribuyentes. Los resultados de la dureza se expresan como miligramos de CaCO3 equivalentes a la cantidad total de calcio y magnesio presentes en un litro de agua, o mg/L de CaCO3.

¿Cómo medir la dureza del agua?

La titulación es el método más conocido cuando se trata de medir la dureza del agua, donde el calcio y el magnesio forman complejos con el titulante EDTA. Al realizar esta titulación con un titulador potenciométrico automático, existen dos formas diferentes de llevar a cabo esta reacción: (1) con un electrodo selectivo de iones de calcio (ISE), o (2) un electrodo fotométrico. El uso de uno frente al otro se basa en el objetivo de medición general y la preferencia del usuario, y ambos métodos tienen ventajas y desventajas (Figura 3). Detallaremos las diferencias entre los dos procedimientos a continuación para ayudarlo a determinar qué método es más apropiado para su aplicación.

Figura 3. Pros y contras de la determinación de la dureza con un electrodo fotométrico y ISE. [3]

Pros ISE de calcio Electrodo fotométrico
Determine el calcio y el magnesio en una titulación (una muestra). Requiere un mantenimiento mínimo de los electrodos.
Cambios mínimos en el procedimiento de titulación manual.
Contras

 

Se requiere un mantenimiento de electrodos significativamente mayor. Requiere dos valoraciones separadas (dos muestras) para determinar la dureza de calcio y magnesio.
Costos de inicio y recurrentes más altos (ISE, módulos y productos químicos requeridos).

Método ISE de calcio

En presencia de solución TRIS, el ISE de calcio se puede utilizar para detectar tanto el calcio como el magnesio en una titulación, donde cada ion se diferencia y se muestra como su propio punto de equivalencia específico (Figura 4). Una vez completada la titulación, los resultados se calculan automáticamente para la dureza total, dureza del calcio y dureza del magnesio. Esto permite usar una muestra para los tres analitos. Sin embargo, este método requiere costos iniciales y recurrentes ligeramente más altos para los materiales y consumibles necesarios. Además, el ISE requiere más tiempo para la preparación y el mantenimiento de los electrodos.

 

 

 

Figura 4. Titulación de dos puntos de equivalencia (EQPT) mediante el método ISE de calcio, donde EQPT 1 (7.528 mL) se refiere a la dureza del calcio y EQPT 2 (1.682 mL) se refiere a la dureza del magnesio.

 

Método de electrodo fotométrico

 Según lo dictado por los métodos estándar para el análisis de agua potable y agua residual [3], la dureza total y la dureza del calcio se pueden determinar con un indicador de color, donde la dureza del magnesio se calcula por deducción como se muestra a continuación:

Dureza del magnesio = dureza total (titulación # 1) – dureza del calcio (titulación # 2)

En presencia de un indicador, la solución que se está midiendo cambiará de color, lo que indica el final de la titulación. Los indicadores se utilizan cuando se titula manualmente la dureza y también se pueden utilizar en la titulación automática con el uso de un electrodo fotométrico. Cuando las titulaciones manuales a menudo se ven afectadas por errores humanos (debido a la determinación subjetiva del punto final del color), las titulaciones automáticas omiten esta subjetividad mediante el uso de un electrodo para detectar el cambio de color.

Con el lanzamiento de los electrodos fotométricos basados en aplicaciones de Hanna Instruments, esta detección alternativa de indicadores de color es ahora más accesible y asequible que nunca. Al crear cuatro electrodos fotométricos diferentes en longitudes de onda variables, Hanna Instruments ha reducido significativamente el costo de la determinación fotométrica.

Los electrodos fotométricos requieren un mantenimiento mínimo y costos recurrentes significativamente más bajos donde, para los clientes que actualmente realizan pruebas mediante titulación manual, los procedimientos y productos químicos actuales se pueden transferir sin problemas a la automatización. Sin embargo, para determinar todos los componentes de dureza con esta metodología, se requieren dos valoraciones separadas (y por lo tanto dos muestras separadas). Para algunos, esto puede resultar problemático para el procesamiento de alto rendimiento o cuando existen limitaciones por un volumen de muestra pequeño.

Figura 5. Procedimiento de determinación de la dureza por ISE y método fotométrico.

En resumen:  al investigar opciones para la automatización interna de la dureza del agua, es importante considerar los medios y objetivos para hacerlo:

  1. ¿Realiza actualmente titulaciones manuales y prefiere limitar los cambios en el procedimiento?
  2. ¿Tiene un alto rendimiento (> 25) de muestras por día?
  3. ¿Cuánto tiempo se dedicará a las pruebas diarias?
  4. ¿La gran mayoría de las muestras requieren dureza total y dureza de calcio y magnesio?
  5. ¿Cuál es la formación técnica de quienes realizan los análisis?

Al responder estas preguntas, estará mejor equipado para determinar qué metodología es la más apropiada para su aplicación y organización.

Especificaciones de ISE de calcio HI4104

Tipo Combinado
Intervalo de medición Calcio (Ca 2)1.0 M a 3•10-6M, 40.080 a 0.12 mg/L (ppm)
Intervalo óptimo de pH pH 4 a 10
Intervalo de temperatura 0 a 40 °C
Pendiente aproximada 28 mV
Diámetro 12 mm
Longitud total 120 mm
Material del cuerpo PEI, PVC
Cable coaxial; 1 m (3.3’)
Conector BNC

Especificaciones de electrodos fotométricos HI90060x

Especificación Detalle
Código HI90060x
Intervalo de mV 10 a 1100 mV
Longitud de onda / color de LED HI900601 @ 525 nm / LED verde
HI900602 @ 625 nm / LED rojo
HI900603 @ 590 nm / LED amarillo
HI900604 @ 470 nm / LED azul
Fuente de luz LED
Ciclo de medición LED pulsado en 1 kHz
Detector de luz Fotocélula de silicón
Temperatura de muestra 0 a 75°C (32 a 167°F)
Material de cuerpo vidrio
Longitud de cuerpo / Longitud total 122 mm / 200mm
Diámetro externo 12 mm
Conexión BNC con cable de 1,5 metros para conectar al titulador o al muestreador automático
Fuente de alimentación conector ps / 2 para conectar al sistema de titulación
Condiciones ambientales 0 a 50°C (32 a 122°F)
Información para ordenar Se suministra con manual de instrucciones y certificado de calidad del electrodo.

Fuente: https://blog.hannainst.com/photometric-electrodes-water-hardness-water-quality

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