INTRODUCCIÓN A LA TÉCNICA DE ANÁLISIS DEL AMONÍACO

Los dos factores principales que influyen en la selección del método para determinar el amoníaco son, la concentración y la presencia de interferencias.
La determinación manual directa sólo es válida para muestras con concentraciones bajas de amoníaco (véase el apartado de nesslerización directa). En muestras con concentraciones más elevadas o cuando existan interferencias, se requiere un paso previo de destilación.

Las técnicas para determinar la concentración de amoníaco de una muestra son:

a) Nesslerización con o sin destilación previa (Colorimetría)
b) Electrodo selectivo de amoníaco con o sin destilación previa
c) Volumetría con destilación previa (recomendable para concentraciones altas de amoníaco (a partir de 5 ppm), por encima de los límites para la determinación colorimétrica).

ACCESOS DIRECTOS A LAS TÉCNICAS DE ANÁLISIS:
1-Interferencias
2-Método volumétrico
3-Nesslerización
4-Método colorimétrico
5-Electrodo selectivo del amoníaco
 
 

INTERFERENCIAS

La glicina, urea, ácido glutámico, cianatos y la acetamida se hidrolizan (aunque lentamente) para dar nitrógeno amoniacal. A pH 9,5 (el de la destilación), sólo los cianatos y la urea sufren hidrólisis.

La glicina, hidracina y algunas aminas reaccionan con el reactivo de Nessler produciendo el color amarillo característico en el tiempo requerido por la prueba.

Los compuestos alcalinos volátiles (como la hidracina y las aminas) influyen en los resultados de la volumetría.

Algunos compuestos orgánicos (como cetonas, aldehidos, alcoholes y ciertas aminas), pueden producir turbidez en la nesslerización posterior a la destilación. Algunos de ellos (como el formaldehido) se pueden eliminar hirviendo a pH bajo.

El cloro residual hay que eliminarlo también, para impedir su reacción con el amoníaco.

MÉTODO VOLUMÉTRICO

Sólo se usa en muestras sometidas previamente a destilación.

REACTIVOS:

a) Solución indicador mixta: se disuelven 200 mg rojo de metilo en 100 mL de alcohol etílico al 95%. Por otra parte, se disuelven 100 mg de azul de metileno en 50 mL en el mismo alcohol. Se combinan luego las dos disoluciones. este reactivo se prepara mensualmente.
b) Solución indicadora de ácido bórico: Se disuelven 20 g de ácido bórico en agua destilada y se añaden 10 mL de solución indicadora mixta. Luego se lleva a 1 L. Se prepara mensualmente.
c) Titulante estándar de ácido sulfúrico 0,02 N: Se estandariza frente a una cantidad de Na2CO3, incorporada a la solución indicadora de ácido bórico con el fin de reproducir las condiciones reales de titulación de la muestra. 1 mL = 280 mg N.

procedimiento para muestras líquidas o muestras de fango o sedimento:

Destilación previa:
La destilación previa es especialmente aconsejable para muestras de aguas residuales, a fin de evitar las interferencias de aminas aromáticas y alifáticas, así como proteínas existentes en la muestra.
Materiales:
- Aparato de destilación compuesto de: matrza erlenmeyer de 250 mL, columna de refrigerante con agua y placa calefactora. el destilado se recoge sobre una disolución de ácido bórico.
- Agua destilada libre de amonio.
- Disolución de NaOH 6 N: Se disuelven 240 g de sólido en agua destilada, enrasando a 1 L.
- Disolución de NaOH 0,1 N: Se disuelven 4 g de sólido en agua destilada y se lleva a 1 L.
- Disolución de tetraborato sódico 0,025 N: Se disuelven 9,5 g de Na2B4O7·10H2O sólido en agua destilada y se lleva a 1 L.
- Disolución reguladora de borato: Se mezclan 88 mL de la disolución de NaOH  0,1 N con 500 mL de disolución de borato 0,0025 N. Se enrasa a 1 L.
- Disolución de ácido bórico al 2%: Se indica su preparación en el apartado de reactivos de la sección método volumétrico.
- Disolución valorante de ácido sulfúrico 0,02 N.
- Disolución indicadora de punto final: Se indica su preparación en el apartado de reactivos de la sección método volumétrico.

50 mL de muestra se llevan a pH 9,5 con NaOH y luego se tamponan con un tampón de borato, para reducir la hidrólisis de los cianatos y los compuestos orgánicos nitrogenados. Se vierten en el matraz de destilación añadiendo también 2,5 mL de solución reguladora de borato.
Se destila y se recogen, en un vaso de precipitados, unos 30 mL de destilado sobre 5 mL de disolución de ácido bórico al 2%. Se transvasa a un matraz aforado y se enrasa a 50 mL con agua destilada. A partir de aquí ya se puede aplicar el método de Nessler.
 

Para proceder a la valoración volumétrica, se añaden a los 50 mL 4 o 5 gotas de indicador mixta. Se valora con el ácido sulfúrico 0,02 N hasta que el indicador pase de color verdoso a violáceo.

Para muestras de fango o sedimento:
Se pesan, en un crisol o frasco de pesado, rápidamente un cantidad de muestra húmeda que corresponda aproximadamente a 1 g de muestra seca. Se diposita este sedimento en un matraz de destilación kjeldahl de 500 mL y se diluye a 250 mL. Se procede a la destilación como con las muestras líquidas, pero añadiendo un trazo de cera parafina al matraz y recogiendo 100 mL de destilado.

Blanco: Se prepara un blanco que siga todos los pasos previamente establecidos.
 
 

Cálculo:

Muestras líquidas: 

                              (A – B) * 280 
mg NH3-N/ L: -------------------------
                                ml muestra

Muestras de fangos:

                                  (A – B) * 280
mg NH3-N/ L: --------------------------------
                     g de peso seco de muestra

Donde:

A = Volumen de ácido sulfúrico gastado para la muestra en mL.

B = Volumen de ácido sulfúrico gastado para el blanco en mL.
 
 

NESSLERIZACIÓN

La nesslerización directa sólo se podrá usar en los siguientes casos:
- Aguas potables purificadas
- Aguas naturales
- Diluyentes residuales muy depurados
- Aguas residuales domésticas (SÓLO si son aceptables errores de 1 a 2mg/L)

Se requiere un tratamiento preliminar antes de la nesslerización. Éste se hace con sulfato de zinc y álcali. Con este proceso se consigue la precipitación del calcio, hierro, magnesio y sulfuros presentes en la muestra y que producen turbidez al tratarlos con el reactivo de Nessler. Posteriormente se añade EDTA o solución de sal de Rochelle que inhibe la precipitación de los iones residuales calcio y magnesio, en presencia del reactivo de Nessler alcalino. Cabe destacar que el uso de EDTA exige una adición extra (exceso) del reactivo de Nessler, para asegurar de que todo el amoniaco reacciona con él.
 
 

MÉTODO COLORIMÉTRICO

El reactivo de Nessler produce una coloración gradual de amarillo a pardo, a medida que aumenta la concentración de amoníaco.
El color amarillo es indicador de bajas concentraciones de amoníaco (de 0,4 a 5mg/L). Se mide (con una sensibilidad aceptable) en la zona de longitudes de onda que va a de 400 a 425nm, cuando se dispone de un recorrido de luz (cubeta) de 1cm.
El color pardo rojizo es típico de concentraciones de amoníaco próximas a 10mg/L. Una sensibilidad aceptable se consigue en la zona de l de 450 a 500nm.
En condiciones óptimas, la nesslerización directa puede detectar concentraciones de hasta 20mg/L. Sin embargo, la reproducibilidad por debajo de 100mg/L puede presentar problemas.

Reactivos (preparación):

Nota previa: Úsese agua SIN amoníaco para preparar los reactivos. 

a) Solución de sulfato de zinc: Se disuelven 100g de sulfato de zinc heptahidratado y se diluye hasta 1 L de disolución con agua.
b) Reactivo EDTA: Se disuelven 50 g de sal disódica de EDTA (Na2EDTA) en 60mL de agua junto con 10 g de NaOH. Se puede aplicar un calor suave para favorecer que se complete la disolución. Se deja enfriar a temperatura ambiente y se diluye a 100 mL.
c) Solución de la Sal de Rochelle: Se disuelven 50g de tartrato sódico de potasio tetrahidratado (KNaC4H4O6·4H2O) en 100 mL de agua. Se ha de eliminar el amoníaco normalmente presente en la sal. Esto se consigue con la ebullición de 30mL de solución y su posterior dilución a 100mL (después de enfriarse).
d) Reactivo Nessler: Se disuelven 100g de HgI2 y 70 g de KI en una pequeña cantidad de agua. Esta mezcla se añade posteriormente, con cuidado y agitación, a una solución fría de 160 g de NaOH en 500mL de agua. Se diluye todo a 1 L. Se conserva en frascos de vidrio de borosilicato, con tapón de goma y protegido de la luz. En estas condiciones, se puede almacenar intacto durante 1 año en condiciones normales de laboratorio. Éste reactivo es tóxico y hay que evitar su ingestión.
e) Solución madre de amonio: Se disuelven 3.819 g de NH4Cl anhidro (secado previamente a 100ºC) en agua y se diluye a 1 L.
f) Solución patrón de amonio: Se diluyen 10mL de solución madre de amonio en 1L de agua (1mL=10,00mg N=12,2mg NH3).
g) Solución de cloroplatinato de potasio (solución de color): Se disuelven 2,0 g de K2[PtCl6] en 300 a 400mL de agua. Se añaden 100mL de HCl concentrado y se diluye a 1 L.

Procedimiento:
Tratamiento de las muestras no destiladas: En caso de ser necesario, se elimina el cloro residual de la muestra por adición de un agente declorante. 
Se añade 1 mL de solución de sulfato de zinc a 100 mL de muestra y se mezcla completamente. Se añaden 0,4 a 0,5 mL de solucón de hidróxido de sodio 6 N para obtener un pH de 10,5. Se mezcla suavemente y se deja reposar la muestra durante unos minutos. Se formará un precipitado floculante y denso dejando un sobrenadante claro e incoloro. Filtrar o centrifugar para clarificar.
Se pasa agua a través del papel de filtro y se analiza el filtrado por nesslerización para asegurarse que no contiene amoníaco contaminante. Al filtrar la muestra se desechan los primeros 25 mL de filtrado.

PRECAUCIÓN:
Las muestras con más de 10 mg de NH3-N/L pueden perder amoníaco durante el tratamiento de las muestras no destiladas debido al pH que es elevado. Estas muestras se diluyen hasta el rango sensible.

Desarrollo del color:
1) Muestras no destiladas: Se miden 50 mL de muestra o una porción diluida a 50 mL con agua destilada. Si la muestra contiene concentraciones interferentes de calcio, magnesio o otros iones que produzcan turbidez o formen un precipitado con el reactivo de Nessler; se añade una gota de EDTA o de 1 a 2 gotas de sal de Rochelle. Se mezcla bien y a continuación se añaden 2 mL de reactivo de Nessler si se ha usado EDTA o 1 mL del mismo reactivo si se ha usado sal de Rochelle.
2) Muestras destiladas: El ácido bórico ha de neutralizarse previamente. Esto se consigue o bien por adición de un exceso de recativo de Nessler (que hace subir el pH hasta los valores adecuados) o bien con NaOH (con posterior adición de 1 mL de reactivo de Nessler).
3) Los tubos de Nessler han de taparse con tapones de goma previamente lavados con agua destilada. Se mezclan por inversión un mínimo de seis veces. Las condiciones de procedimiento (temperatura, tiempo de reacción del reactivo de Nessler etc.) han de ser iguales tanto para el blanco, la muestra y los patrones. Se ha de dejar que pasen almenos 10 minutos para que el reactivo de Nessler desarrolle el color.

DETERMINACIÓN FOTOMETRICA:
Se mide la absorbancia o transmitancia con un espectrofotómetro.
La curva de calibrado se prepara con las mismas condiciones de procedimiento que se han usado para las muestras.
Para muestras destiladas, hay que destilar también el blanco y los patrones. Se diluyen todos a 500 mL, de igual manera que se hace para las muestras (éstas se preparan llevando 300 mL de destilado más 50 mL de ácido bórico a 500 mL de volumen final). Se toma una aliquota de 50 mL para la nesslerización.

Cálculo:
                                                                              A                B
mg NH3-N/L (51 mL volumen final)=---------------- * --------
                                                           mL muestra        C

Donde:

A = mg NH3-N en 51 mL de volumen final
B = Volumen final de destilado obtenido en mL e incluyendo el absorbente ácido.
C= Volumen de destilado tomado para nesslerizar en mL.

Nota: La relación B/C sólo es aplicable en las muestras destiladas. No se usa en la nesslerización directa.

ELECTRODO SELECTIVO DE AMONIACO

Se utiliza una membrana hidrófoba permeable al gas para separar la solución de muestra de una solución interna del electrodo de cloruro de amonio.
El amoníaco disuelto NH3(ac) y NH4+ se convierte en NH3(ac) elevando el pH, con una base fuerte, por encima de 11.
El nivel fijo de cloruro en la solución interna se detecta por un electrodo selectivo de ion de cloruro que sirve de electrodo de referencia.
Método aplicable a la determinación de 0,033-1400 mg de NH3-N/L en agua potable y de superficie, en las residuales domésticas e industriales.
Las concentraciones altas de iones disueltos afectan a la determinación, pero el color y la turbidez no.
Se utilizan soluciones patrón y de muestras a la misma temperatura. El electrodo selectivo de amoníaco responde por debajo de1 mg de NH3-N/L. Por esta razón el tiempo de inmersión de los electrodos más de 5-10 minutos y se obtendrán lecturas más estables.
Las aminas forman una interferencia positiva. El mercurio y la plata interfieren formando complejos con el amoníaco.
Refrigerar a 4ºC las muestras que se vayan a analizar en las 24 horas siguientes y no utilizar HgCl2 como conservador.
Conservarlas con alto contenido en materia orgánica  y nitrogenada y durante periodos largos reducir el pH a 2 o menor con H2SO4.
Instrumental:
Potenciómetro 
Eletrodo de referencia (Ag/AgCl)
Electrodo selectivo de amoniaco
Agitador magnético
Reactivos
- Agua exenta de amoniaco
- Hidróxido de sodio 10 N: Disolver 400 g de NaOH en 800 mL de agua. Dejar enfriar y diluir a 1000 mL con agua destilada.
- Solución madre de cloruro de amonio
- Soluciones patrón de cloruro de amonio.

PROCEDIMIENTO
- Preparación de patrones:
Preparar una serie de soluciones patrón  que cubran las concentraciones de 1000, 100, 10,1 y 0,1 mg NH3-N/L mediante diluciones decimales de la solución madre de NH4Cl con agua.
- Calibrado del potenciómetro:
Se ponen 100 mL de cada solución patrón en un vaso de 150 mL. Introducir el electrodo en el patrón de menor concentración y se mezcla con un agitador magnético, sin que ésta capte burbujas de aire. Mantener la misma velocidad de agitación y 25ºC de temperatura durante el calibrado y análisis.

Hay que mantener el pH por encima de 11 (1mL de NaOH 10 N suele ser suficiente). NO se debe añadir el hidróxido de sodio ANTES de sumergir ele elctrodo, porque podría perderse amoníaco desde una solución básica. Si el volumen de NaOH añadido excede al mL, apuntar el volumen añadido.

Preparación de la curva patrón:

Comparar la concentración de una serie de patrones de diferentes concentraciones de amoníaco con el potencial en milivoltios que da la lectura en electrodo selectivo. Representar en papel semi-logarítmico.
Si el electrodo funciona correctamente, un incremento de concentración de 10 veces en la concetración de amoníaco, produce un cambio de potencial de 59 mV.

Medida de las muestras:

Si la concentración de NH3 excede aquella de la curva de calibrado, habrá que diluir para llevar la concentración de la muestra dentro de los límites de la curva.
Para realizar la lectura, se ponen 100 mL de muestra en un vaso de 150 mL. Se sigue el procedimiento del apartado de (calibrado del potenciómetro). Interpolar la concentración de amoníaco a partir de la curva patrón.

Cálculo

Mg NH3-N/L = AxBx(101+C/101)

Donde:
- A: factor de dilución
- B: concentración de NH3-N en mg/L, a partir de la curva de calibrado
- C: volumen añadido de NaOH 10 N por encima de 1 mL.