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Sistema de Información Científica
Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambie. 32 (3) 293-301, 2016
DOI: 10.20937/RICA.2016.32.03.04
DETERMINACIÓN SIMULTÁNEA DE CATIONES MAYORITARIOS EN MUESTRAS DE
AGUA RESIDUAL POR MEDIO DE CROMATOGRAFÍA DE IONES CON DETECCIÓN
CONDUCTIMÉTRICA
Olivia ZAMORA MARTÍNEZ
1
*, José Manuel MONTAÑO HILARIO
2
,
Viviana Berenice GALINDO ZAVALA
1
, Christina SIEBE GRABACH
1
y Blanca Lucía PRADO PANO
1
1
Departamento de Edafología, Instituto de Geología, Universidad Nacional Autónoma de México. Ciudad
Universitaria, Ciudad de México, México, C.P. 04510
2
Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México. Ciudad Universitaria, Ciudad de México,
México, C.P. 04510
* Autor para correspondencia: oliviazm@geologia.unam.mx
(Recibido junio 2015; aceptado enero 2016)
Palabras clave: monitoreo ambiental, validación analítica, Valle del Mezquital, reuso agrícola
RESUMEN
Se desarrolló y validó una metodología para la determinación y cuantifcación si
-
multánea de cinco cationes empleando la técnica de cromatografía de iones (CI) con
detección conductimétrica, con la cual fue posible monitorear el contenido de sodio,
amonio, potasio, calcio y magnesio, en muestras de agua residual provenientes del Valle
del Mezquital (Hidalgo, México), aun cuando éstas contenían altas concentraciones
de sodio, principal interferente del ion amonio al utilizarse esta técnica, debido a que
ambos cationes presentan tiempos de retención muy cercanos. Los niveles de concen-
tración para la cuantifcación de los cinco analitos van desde valores cercanos a una
parte por millón hasta 100 mg/L, con bajos límites de detección (≤ 0.6 mg/L), valores
de precisión aceptables (% desviación estándar relativa ≤ 3.0) y porcentajes de exactitud
muy cercanos al 100 % (98.0 - 114.5 %), así como ausencia de otras interferencias.
Key words: environmental monitoring, analytical validation, Valle del Mezquital, agricultural reuse
ABSTRACT
A methodology For the identifcation and simultaneous quantifcation oF fve cations
using ion chromatography (IC) with conductivity detection was developed and vali-
dated. The method allows to monitor the content of sodium, ammonium, potassium,
calcium and magnesium in wastewater samples from the Valle del Mezquital (Hidalgo,
Mexico), despite that these contain high concentrations of sodium, main interfering ion
For the quantifcation oF ammonium, since both cations have very close retention times.
Concentration levels achieved For quantifcation oF the fve analytes are between 1 to
100 mg/L, with low detection limits (≤ 0.6 mg/L), good precision (% relative standard
deviation ≤ 3.0) and accuracy (between 98.0-114.5 %), as well as the absence oF any
interference.
O. Zamora Martínez
et al.
294
INTRODUCCIÓN
El Valle del Mezquital está ubicado en el estado
de Hidalgo aproximadamente a 80 km al norte de
la Ciudad de México (Guédron
et al.
2014). Es la
zona más grande del país en la que se utiliza agua
residual urbana para riego agrícola. El agua proviene
de la Ciudad de México y su área conurbada (Alonso
2003). En la actualidad el reúso de agua residual
para el riego de tierras agrícolas se está expandiendo
en todo el mundo en las regiones áridas y semiáridas
con la fnalidad de optimizar el uso del agua (Feigin
et al.
1991, Drechsel y Evans 2010). Sin embargo,
no hay que perder de vista que los contaminantes y
los agentes patógenos contenidos en las aguas resi-
duales pueden poner en riesgo a los agricultores, a
los cultivos y a los consumidores de los mismos, así
como contaminar el agua subterránea en las zonas
donde se aplica. Actualmente existen trabajos en los
cuales se discuten los diversos efectos que provoca
la presencia de especies de interés ambiental como
son: metales pesados (Flores
et al.
1992, Hernández
et al.
1994 y Siebe 1994), pesticidas (Downs
et al.
1999) y fármacos (Dalkmann
et al.
2014), entre
otras, en la zona agrícola del Valle del Mezquital.
La salinidad iónica de cuerpos de agua es a me-
nudo determinada por cuatro cationes principales,
calcio (Ca
2+
), magnesio (Mg
2+
), sodio (Na
+
) y po-
tasio (K
+
) (Wetzel 1981). Estos elementos forman
parte de funciones importantes en los organismos
vivos, los cationes monovalentes de sodio y potasio
están implicados principalmente en el transporte
e intercambio iónico; el calcio actúa de distintas
formas sobre el crecimiento y la dinámica de las
poblaciones ±orísticas y ²aunísticas de las aguas
dulces, y el magnesio está presente en todas las
plantas con clorofla (Wetzel 1981). Por otro lado, el
agua residual contiene nutrientes como el nitrógeno
(N), necesario para el desarrollo de los cultivos.
Sin embargo, las cantidades de N aportadas con el
riego pueden rebasar las cantidades necesarias para
el desarrollo de las plantas y sus excedentes pueden
deteriorar la calidad del aire y del agua subterránea.
Por ejemplo, el excedente de N puede desnitrifcarse
o volatilizarse aumentando las emisiones de gases
con efecto invernadero (N
2
O y NH
3
) en la atmós-
fera, o bien oxidarse a nitrato y contaminar el agua
subterránea por lixiviación. Una de las formas de
monitoreo del N en el agua y la solución del suelo
es la cuantifcación de amonio (NH
4
+
), que dadas
las condiciones anóxicas que se presentan en aguas
con altas cargas de materia orgánica, es la especie
inorgánica de N dominante.
El agua residual también contiene muchas otras
especies disueltas, algunas de las cuales se pueden
encontrar en concentraciones muy altas con respecto
a las de NH
4
+
, como lo es el contenido del ion sodio.
Es por ello que para la determinación de amonio se
deben desarrollar metodologías que presenten bajos
límites de detección, ausencia de interferencias,
intervalos dinámicos de concentración apropiados y
una mínima preparación de la muestra. Lo anterior,
debido a que las que existen, como es el caso de la
determinación colorimétrica de amonio mediante
su reacción con nitroprusiato en un medio comple-
jante alcalino (Searle 1975) y las determinaciones
de cromatogra fía de iones típicas (Eith
et al
. 2007),
no cumplen con varias de esas características de-
seables. Mientras que para las determinaciones de
Na
+
, K
+
, Ca
2+
y Mg
2+
, los análisis suelen realizarse
comúnmente por medio de la técnica de ±amometría,
que aunque es de bajo costo, presenta el principal
inconveniente de manejar intervalos dinámicos de
concentración muy cortos, por lo que siempre es ne-
cesario realizar la dilución de la muestras, en muchos
casos con un factor muy alto.
Debido a la diversidad de las especies que puede
contener un tipo de agua, en la actualidad se ha visto
la necesidad de contar con numerosos métodos de
preparación y análisis de muestras que permitan el
monitoreo de estas especies. Una de las técnicas utili-
zadas es la cromatografía de líquidos de alta resolución
(HPLC), que permite separar y cuantifcar analitos de
interés en matrices y mezclas más o menos comple-
jas de manera simultánea (Neue 1997). Dentro de la
clasifcación de las técnicas de HPLC, se encuentra la
cromatografía de iones o cromatografía iónica (CI), la
cual es utilizada para la separación y determinación de
solutos iónicos presentes generalmente en agua (Levin
1997). El detector más frecuentemente usado en CI
es el de conductividad, que se basa en la propiedad
que tienen los electrolitos de conducir la corriente
eléctrica (Rouessac y Rouessac 2003). Un detector de
conductividad tiene muchas de las propiedades de un
detector ideal, es sensible, es universal para especies
cargadas y responde de forma predecible a los cambios
de concentración (Levin 1997).
Debido a esto el objetivo de este trabajo fue el
desarrollo y la validación de una metodología que
permita la determinación simultánea de sodio, amo-
nio, potasio, calcio y magnesio en muestras de agua
residual por medio de cromatografía de iones, con
una mínima preparación de muestra, que garantice
resultados confables y que permita además la ade
-
cuada cuantifcación del ion amonio en muestras que
presentan altos contenidos de sodio.
ANÁLISIS DE CATIONES EN AGUA RESIDUAL POR CROMATOGRAFÍA IÓNICA
295
MATERIALES Y MÉTODOS
Las determinaciones se realizaron con un croma-
tógrafo de líquidos constituido de una bomba binaria
Waters
®
modelo 1525, un automuestreador Waters
®
modelo 717 plus y un detector de conductividad
Waters
®
modelo 432. Se utilizó como fase estacio-
naria una columna metrosep C6 de 250x4.0 mm de
Metrohm
®
, empacada con partículas de diámetro de
5 µm y, como fase móvil, una mezcla de HNO
3
y
ácido dipicolínico de igual concentración (1.7 mM,
Sigma-Aldrich), en modo isocrático a un fujo de 0.9
mL/min. Las disoluciones patrón fueron preparadas
por dilución de un estándar de referencia trazable al
NIST (IC-4 High-Purity Standards), utilizando agua
ultra pura tipo I como disolvente (MilliQ). Con estas
características cromatográFcas de análisis se deter
-
minaron los parámetros típicos de una validación
analítica: intervalo lineal, exactitud, precisión, límites
de detección y de cuantiFcación y recuperación para
sodio, amonio, potasio, calcio y magnesio de acuerdo
con lo siguiente:
a) Intervalo lineal y de trabajo. Con este Fn se
prepararon estándares de concentración de los cinco
analitos comprendidos entre 0.05 y 100 ppm en agua
MilliQ. El intervalo mencionado anteriormente se
seleccionó con base en dos criterios, la repetibilidad
de la respuesta del detector y a su respectiva desvia-
ción estándar.
b). Precisión. Se determinó para tres niveles de
concentración (1, 25 y 75 mg/L) de cada analito.
Cada concentración fue preparada por quintuplicado
de manera independiente y analizada también por
quintuplicado. La evaluación de este parámetro de
calidad se realizó mediante el cálculo del porcentaje
de desviación estándar relativa (% DER).
c) Exactitud. El parámetro de exactitud fue cal-
culado a partir de la inyección de cinco disoluciones
independientes que contenían Na
+
, NH
4
+
, K
+
, Ca
2+
y
Mg
2+
para tres niveles de concentración (5, 50 y 100
mg/L). Con los valores de área determinados y los
parámetros de regresión calculados de las curvas de
calibración, se determinó la concentración de cada
estándar y se comparó con el valor conocido.
d) Límites de detección (LD) y de cuantiFcación
(LC). Estos dos parámetros fueron determinados
utilizando la señal analítica que se obtiene al analizar
disoluciones de una muy baja concentración de cada
uno de los cationes de trabajo. Para su obtención se rea-
lizaron siete inyecciones de disoluciones de concentra-
ción conocida de cada uno de los analitos (0.05 mg/L
para sodio y amonio, 0.1 mg/L para potasio y
0.5 mg/L para calcio y magnesio). Con los valores
de área determinados se calcularon la media (
) y la
desviación estándar (s) de cada especie de estudio. El
límite de detección se reporta de acuerdo con lo esta-
blecido por Miller y Miller (2002) con la ecuación:
LD=
+ 3s
Para el límite de cuantiFcación se utilizó la ecua
-
ción también establecida por Miller y Miller (2002):
LC=
+ 10s
Posteriormente, con la ecuación de la curva de
calibración se obtuvieron los valores de los límites
de detección y de cuantiFcación en unidades de
concentración.
e) Recuperación. Este parámetro se determinó
por medio de la adición del volumen necesario de
un estándar que contenía 100 mg/L de cada catión
de estudio, la cual provocará un incremento en la
concentración de sodio, amonio, potasio, calcio y
magnesio de 10 mg/L en trece muestras de agua
residual provenientes del Valle del Mezquital. Con
los valores de área determinados de las muestras
±ortiFcadas y sin ±ortiFcar, y los parámetros de re
-
gresión calculados de las curvas de calibración, se
determinaron las concentraciones de Na
+
, NH
4
+
, K
+
,
Ca
2+
y Mg
2+
resultantes del paso de ±ortiFcación.
f) Evaluación de interferencias (sodio-amonio).
En el caso de la determinación de amonio y debido
a la naturaleza de las muestras de trabajo, fue nece-
sario realizar un estudio de selectividad más espe-
cíFco. Para esto se seleccionaron muestras de agua
residual que no contuvieran amonio, se analizaron
con la metodología desarrollada y posteriormente
±ueron ±ortiFcadas con amonio y vueltas a analizar.
Como segundo paso se realizó la evaluación de la
máxima relación sodio-amonio presente en muestras
de agua que el sistema cromatográFco de trabajo pu
-
diera analizar sin presentar el traslapamiento de las
señales de estos dos cationes. Se evaluaron cuatro
relaciones sodio-amonio, 1:1, 10:1, 100:1 y 1000:1.
Finalmente, ya que el principal interferente en la
determinación del ion amonio por medio de croma-
tografía de iones en las muestras de agua residual de
estudio es el sodio, se decidió veriFcar la concentra
-
ción de NH
4
+
utilizando una técnica alternativa para
poder comparar los resultados obtenidos por ambas
metodologías. Para ello se cuantiFcó el contenido
de amonio en 30 muestras de agua residual con dos
metodologías, la propuesta en el presente trabajo
y una de rutina establecida en otro laboratorio.
O. Zamora Martínez
et al.
296
Esta consiste en una determinación colorimétrica
a 660 nm de un derivado químico del ion amo-
nio, producido en medio básico por medio de una
reacción con nitroprusiato de sodio utilizando un
analizador automático (Technicon AutoAnalyzer II).
Los resultados obtenidos fueron comparados y
evaluados mediante las pruebas t de Student, F de
Fisher y análisis de varianza. Las concentraciones
medias obtenidas con cada metodología (n = 3),
fueron comparadas a un de nivel de conFanza del
95 %. Para los tres casos se utilizó el programa
Statgraphics XVII®.
Las muestras de agua residual utilizadas para
realizar los experimentos de fortiFcación fueron to
-
madas en diferentes sitios de muestreo en la localidad
de Tlahuelilpan, ubicada en el centro del Valle del
Mezquital. Dichas muestras fueron Fltradas in situ
utilizando membranas de nailon de 0.45 µm (Milli-
pore) y conservadas en hieleras para garantizar su
estabilidad hasta su llegada al laboratorio, en donde
fueron colocadas bajo refrigeración a 4 ºC.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Condiciones cromatográfcas
Para contar con un sistema adecuado de cuan-
tificación de amonio en las muestras de agua
residual provenientes del Valle del Mezquital, se
evaluaron más de una fase estacionaria y diferentes
composiciones de fase móvil con base en lo reporta-
do por Eith
et al.
(2007). Estos autores mencionan
que es posible hacer la determinación simultánea no
solamente de Na
+
y NH
4
+
, sino también de K
+
, Ca
2+
y Mg
2+
en niveles de concentración de miligramos
por litro, pero no dan información acerca de las rela-
ciones sodio-amonio que se pueden manejar en esas
condiciones para evitar solapamiento de señales.
Sin embargo, al analizar las muestras de estudio
con estos protocolos, se presentó la coelución de
los iones sodio y amonio (traslapamiento de se-
ñales), debido a que el contenido presente de Na
+
resulta ser muy alto respecto al de NH
4
+
. Además,
dado que los tiempos de retención entre estos dos
analitos diFeren (en el mejor de los casos en 1.3
min), no fue posible su completa separación. Cabe
mencionar que se intentó mejorar dicha separación
por medio de la combinación de dos factores que
afectan directamente a la retención cromatográFca:
la disminución de la fuerza de la fase móvil y el
aumento de la longitud de la fase estacionaria. Los
resultados obtenidos mostraron un ligero incremen-
to en la separación de las señales pero ésta aún no
fue completa. En este caso particular tampoco fue
factible la dilución de la muestra, ya que los factores
de dilución necesarios provocaron que la concen-
tración del amonio no fuera siquiera detectable.
Finalmente, al utilizar una columna que presenta
una alta capacidad de carga y una mejor eFciencia
(Metrosep C6 de 250 × 4.0 mm) se logró una ex-
celente separación de los analitos comprometidos
(sodio y amonio) y su adecuada cuantiFcación sin
la necesidad de realizar ningún paso de dilución en
las muestras del agua residual de estudio.
En la
fgura 1
se presenta el cromatograma ob-
tenido cuando un multiestándar de 10 mg/L de los
cinco cationes es analizado. Como se puede obser-
var es posible determinar y cuantiFcar de manera
simultánea a los cinco cationes en un tiempo total
de corrida de 46 min, sin la coelución de los iones
sodio y amonio. En el
cuadro I
se presentan los
tiempos de retención y los factores de capacidad
de cada una de las especies de estudio, así como
60
40
20
Área (μS/cm)
0
10
Na
+
K
+
Mg
2+
Ca
2+
NH
4
+
14
18
22
26
30
34
38
42
Tiempo (min)
46
Fig. 1.
Cromatograma obtenido para una disolución que contiene Na
+
, NH
4
+
, K
+
, Ca
2+
y Mg
2+
en concentración igual a 10 mg/L. Fase estacionaria: columna catiónica C6 de 250x4.0
mm, fase móvil: mezcla HNO
3
y ácido dipicolínico de igual concentración (1.7 mM)
ANÁLISIS DE CATIONES EN AGUA RESIDUAL POR CROMATOGRAFÍA IÓNICA
297
los valores de selectividad y de resolución para
los iones sodio y amonio, con los cuales es posi-
ble decir que se logra una adecuada separación de
estas especies.
Validación de la metodología propuesta
Intervalos lineales
Se determinaron los intervalos lineales para cada
uno de los cationes de estudio. En el
cuadro II
se
resumen los resultados de los análisis de regresión
obtenidos al tratar las curvas de calibración de los
cinco analitos de interés mostrándose, para todos
ellos, intervalos lineales de concentración grandes (de
hasta casi tres niveles de magnitud) y valores acep-
tables de coefcientes de correlación (> 0.998). Cabe
mencionar que para cada uno de los cinco analitos de
estudio se llevó a cabo la prueba no paramétrica de
rachas con los residuales de las respectivas parejas
de datos que constituyen las curvas de calibración,
encontrándose en todos los casos que los residuos
de éstos son aleatorios, por lo que es posible decir
que los datos se ajustan a una recta. Para todos los
analitos se observan valores de pendiente > 0, lo
cual se confrmó al realizar la respectiva prueba de
hipótesis, en donde se estableció como hipótesis nula,
H
0
, que el valor de la pendiente (m) de cada curva de
calibración es igual a cero y como hipótesis alterna,
H
1
, que el valor de la pendiente es mayor que 0. Al
realizar la prueba de t para cada una de las curvas
de calibración, al 95 % de confanza, los valores de
t
calculados
fueron mayores que los valores de t
tablas
,
por lo que en todos los casos la hipótesis nula fue
rechazada, es decir, m > 0.
En la
fgura 2
se presentan las curvas de calibra-
ción para cada uno de los cationes determinados.
El analito más sensible para su cuantifcación por
medio de esta metodología resultó ser el Mg
2+
, ya
que presenta el valor más alto de pendiente, mientras
que el sodio y el ion amonio presentan sensibilidades
muy parecidas.
CUADRO I.
PARÁMETROS CROMATOGRÁFICOS DEL SISTEMA DE ANÁLISIS UTILIZADO
Analito
Tiempo de
retención (min)
Tiempo de retención
corregido (min)
Factor de
capacidad
Selectividad
Resolución
Na
+
12.0
9.7
4.2
1.2
2.5
NH
4
+
14.0
11.7
5.1
K
+
21.8
19.5
8.5
Ca
2+
29.0
26.7
11.6
Mg
2+
42.0
39.7
17.3
CUADRO II.
Resultados de los análisis de regresión lineal para los cinco analitos (n = 9)
Analito
Parámetro
Intervalo lineal de
concentración (mg/L)
Ordenada al
origen
Pendiente
Coefciente de
correlación
Na
+
0.3-100
4 000 ± 26 000
80 500 ± 660
0.9998
NH
4
+
0.2-100
–22 000 ± 31 000
91 140 ± 790
0.9998
K
+
0.5-100
–5 000 ± 21 000
41 680 ± 530
0.9995
Ca
2+
1-100
2 000 ± 54 000
62 200 ± 1300
0.9989
Mg
2+
1-100
–44 000 ± 69 000
146297 400
±
180
0.9996
Na
+
02
0
Concentración (mg/L)
Área (μA)
40
60
80
100
0
3000000
6000000
9000000
12000000
15000000
K
+
Mg
2+
Ca
2+
NH
4
+
Fig. 2.
Curvas de calibración para cada uno de los cationes
determinados (n = 9)
O. Zamora Martínez
et al.
298
Exactitud y precisión
Se presentan los resultados de precisión, pará-
metro evaluado como desviación estándar relativa
(
Cuadro III
), así como la exactitud (
Cuadro IV
).
En el caso de la precisión se encontraron para los
cinco cationes en los tres niveles de concentración
evaluados (1, 25 y 75 mg/L), valores de % DER < 3,
por lo que de acuerdo con Taverniers
et al.
(2004),
es posible decir que se cuenta con un sistema de me-
dición preciso. En cuanto a la exactitud, los valores
determinados para los cinco cationes en los tres nive-
les de concentración fueron muy cercanos al 100 %
sin exceder una diferencia mayor al 15 % por lo
que también se puede afrmar que se cuenta con un
sistema exacto.
Límites de detección y cuantifcación
En el
cuadro V
se resumen los valores obtenidos,
reportándose los límites de detección (LD) y de
cuantifcación (LC) de acuerdo con lo establecido
por Miller y Miller (2002). En todos los casos, los
valores de los LD son menores que 1 mg/L y el valor
del LC determinado para cada uno de los cationes se
encuentra muy cercano a la concentración más baja
que forma parte del intervalo lineal de concentración
de cada analito. Estos valores indican que el méto-
do desarrollado puede ser aplicado para realizar la
caracterización de muestras de aguas residuales, ya
que los contenidos de sodio, amonio, potasio, calcio y
magnesio en este tipo de muestras son, en la mayoría
de los casos > 1 mg/L.
Recuperaciones
Se determinaron los porcentajes de recuperación en
trece muestras de agua residual Fortifcadas con con
-
centraciones conocidas de Na
+
, NH
4
+
, K
+
, Ca
2+
y Mg
2+
(a un nivel de concentración, 10 mg/L), los valores
obtenidos se muestran en el
cuadro VI
. Los resultados
presentan en todos los casos recobros comprendidos
entre el 80 y 110 % por lo que de acuerdo con Taver-
niers
et al.
(2004), son analíticamente aceptables. La
obtención de porcentajes de recuperación muy cer-
canos a1 100 % indica que la metodología propuesta
no presenta interferencias en la determinación de los
cinco cationes de estudio, por lo que los resultados
generados son confables. Sin embargo, debido al tipo
de muestras (aguas residuales), es necesario realizar
una evaluación más detallada sobre la cuantifcación
del ion amonio, ya que la presencia de una alta con-
centración de sodio puede generar resultados erróneos
acerca del contenido de NH
4
+
.
CUADRO III.
EVALUACIÓN DE LA PRECISIÓN DEL
SISTEMA DESARROLLADO PARA TRES
NIVELES DE CONCENTRACIÓN (n = 5)
Concentración
(mg/L)
% desviación estándar relativa
Na
+
NH
4
+
K
+
Ca
2+
Mg
2+
1
3.0
2.9
1.1
2.4
2.2
25
1.6
1.7
1.9
1.5
1.3
75
0.2
0.3
0.4
0.6
0.3
CUADRO IV.
EVALUACIÓN DE LA EXACTITUD DEL
SISTEMA DESARROLLADO PARA TRES
NIVELES DE CONCENTRACIÓN (n = 5).
Concentración
(mg/L)
% exactitud
Na
+
NH
4
+
K
+
Ca
2+
Mg
2+
5
98.0
98.6
108.0
104.2
101.7
50
110.3
103.6
111.0
110.2
104.4
100
114.5
106.6
114.1
114.0
108.4
CUADRO V.
VALORES DE LÍMITES DE DETECCIÓN Y
DE CUANTIFICACIÓN PARA LOS CINCO
ANALITOS DE INTERÉS (n = 7)
Analito
Parámetro
Límite de
detección mg/L
Límite de
cuantifcación mg/L
Na
+
0.06
0.27
NH
4
+
0.12
0.13
K
+
0.24
0.56
Ca
2+
0.5
0.9
Mg
2+
0.6
1.0
CUADRO VI.
PORCENTAJES DE RECUPERACIÓN OBTE-
NIDOS AL FORTICAR TRECE MUESTRAS
DE AGUA RESIDUAL PROVENIENTES DEL
VALLE DEL MEZQUITAL CON 10 mg/L DE
LOS CATIONES Na
+
, NH
4
+
, K
+
, Ca
2+
Y Mg
2+
Muestra
% recuperación (n = 3)
Na
+
NH
4
+
K
+
Ca
2+
Mg
2+
M1
89.7
80.5
93.0
95.2
109.2
M2
88.5
101.9
96.7
96.0
101.4
M3
87.5
80.8
95.4
99.8
108.5
M4
97.8
84.4
90.6
83.0
92.7
M5
89.1
82.5
88.5
88.9
94.3
M6
99.4
81.6
86.9
90.1
96.2
M7
103.4
80.4
86.5
93.3
98.3
M8
94.9
86.2
87.4
85.3
95.2
M9
93.8
83.0
97.2
100.7
103.5
M10
90.5
83.2
95.2
101.9
106.9
M11
81.1
84.4
81.5
87.8
92.8
M12
110.5
86.6
88.1
86.2
94.3
M13
100.4
82.5
82.4
87.2
95.9
ANÁLISIS DE CATIONES EN AGUA RESIDUAL POR CROMATOGRAFÍA IÓNICA
299
Evaluación de interferencias (sodio-amonio)
Selectividad
En el caso de la cuantifcación del ion amonio Fue
posible evaluar la selectividad del sistema cromato-
gráfco desarrollado, ya que se contó con muestras
reales que no contenían este analito. En la
Fgura 3
,
en el cromatograma a, se presenta el resultado
obtenido al analizar una muestra de agua residual
proveniente del Valle del Mezquital que se sabe no
contiene amonio, mientras que en el cromatograma b,
se presenta el resultado obtenido al realizar el
análisis de un Fortifcado de amonio en la misma
muestra. Como se puede comprobar, en la muestra
sin Fortifcar no se observa una señal en el tiempo
correspondiente al ion amonio, mientras que en la
Fortifcada s
í existe. Considerando lo anterior es
posible decir que el método de análisis utilizado en
las muestras de agua residuales de esta investigación
está libre de interferencias. Debido a que los iones
sodio y amonio presentan tiempos de retención muy
cercanos y porque que las muestras de estudio tuvie-
ron concentraciones elevadas del primero respecto
al segundo, es posible que exista un traslapamiento
de señales. Por lo anterior es necesario conocer la
máxima relación sodio-amonio que puede tolerar
la metodo logía propuesta en el este trabajo para así
generar resultados adecuados.
Relaciones de estudio Na
+
-NH
4
+
Debido a que no se conoce la relación máxima
sodio-amonio para evitar el traslapamiento de las
señales de estos dos iones, se evaluaron las cuatro
relaciones mostradas en la
Fgura 4
. Como se puede
observar, aun cuando exista una concentración de
señal analítica
a. Muestra sin fortificar
Na
+
Na
+
NH
4
+
÷
÷
Ausencia de interferencias
b. Muestra fortificada
6
28
12
14
Tiempo (min)
16
±ig. 3.
Evaluación de la selectividad cromatográfca del sistema de análisis para el ion
amonio
Fig. 4.
Relaciones Na
+
-NH
4
+
evaluadas: a) 1:1, b) 10:1, c) 100:1 y d) 1000:1
200
150
100
50
Área (μS/cm)
0
81
01
2
a)
b)
c)
d)
Na
+
NH
4
+
Tiempo (min)
14
O. Zamora Martínez
et al.
300
mil veces más sodio con respecto a la de amonio, se
logra una adecuada separación de los analitos y será
posible su cuantifcación siempre y cuando la con
-
centración de ambos pueda ser determinada, es decir,
considerando los respectivos intervalos lineales de
trabajo y los valores del LD de los analitos de estudio.
Intercomparación de metodologías
Al comparar los resultados obtenidos por dos
métodos de análisis diferentes: el desarrollado en el
presente trabajo y la prueba colorimétrica de Searle
(1975) para la cuantifcación de NH
4
+
en
30 muestras
de agua residual provenientes del Valle del Mezquital,
se encontró que los resultados generados por ambos
sistemas de análisis son estadísticamente equivalen-
tes, ya que no existe diFerencia signifcativa (al 95 %
de confanza), entre las medias y los valores de des
-
viación estándar de las concentraciones reportadas
por ambos métodos. Por lo anterior la cromatografía
de iones es una excelente alternativa para el análisis
de amonio en las muestras de agua residual del sitio
de estudio.
CONCLUSIONES
Mediante el uso de la cromatografía de iones se
implementó una metodología para la determinación
simultánea de cinco cationes: sodio, amonio, potasio,
calcio y magnesio en muestras de aguas residuales
provenientes del Valle del Mezquital. Con esta
metodología es posible determinar concentraciones
del orden de mg/L de todos los cationes de estudio,
aun cuando la concentración de sodio, el principal
interferente del ion amonio, sea hasta 1000 veces más
elevada. Asimismo, se mostró que el método presen-
ta valores de precisión y exactitud analíticamente
aceptables, bajos límites de detección y de cuanti-
fcación y ausencia de otras interFerencias debidas
a otros componentes de las muestras de trabajo. La
metodología propuesta puede ser usada como una
herramienta para el monitoreo el agua de riego y de
muestras de solución de suelo en sistemas agrícolas
que reúsan agua residual.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a Enrique Solís Villalpando
del Instituto de Ecología de la Universidad Nacional
Autónoma de México, por los análisis colorimétricos
de amonio. A Lucero Hernández Martínez y a los
alumnos del curso de monitoreo ambiental quienes
colectaron las muestras en campo y a la Dirección
General de Asuntos del Personal Académico (DGA-
PA) por fnanciar su desarrollo a través de los proyec
-
tos PE102113 y PE101316 del Programa de Apoyo
a Proyectos para la Innovación y Mejoramiento de
la Enseñanza (PAPIME).
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