Método para analizar sulfuro de hidrógeno en calidad de aire

Resumen

En el método COVENIN 3571: 2000, para la determinación de sulfuro de hidrogeno (H2S) en calidad de aire, por el método colorimétrico, empleando la Técnica Analítica de espectrofotometría UV-Visible, se trabajó con un volumen estándar de muestra para llegar a las unidades de ug/m3 de concentración de sulfuro de hidrogeno en aires. Al trabajar sin el volumen estándar solo se llega a las unidades de ug/muestra.

Al realizar cambios (tiempo, unidades de concentración final, curva) en el método COVENIN 3571: 2000, para la determinación de sulfuro de hidrogeno (H2S) en calidad de aire por el método colorimétrico, se vio la necesidad de validar para que el método sea idóneo y adecuado para el uso previsto. La validación del método COVENIN 3571: 2000 fue un paso fundamental para asegurar que los resultados entregados por dicho método son confiables. Cuando se realizó la validación del método por parte del laboratorio, lo que se buscó es poder determinar con fundamento estadístico que el método es adecuado para los fines previstos.

En el presente trabajo monográfico, se comprobó que el método validado con las unidades de ug/muestra es veraz. Como también se demostró que el incremento del tiempo de Lectura (máximo 90 min), bajo condiciones controladas de Temperatura (oC) y de Humedad Relativa, no es una variable crítica en la concentración final del analito.

Palabra clave: validación, sulfuro de hidrogeno, calidad de aire, Espectrofotometría UV-Visible.

Abstract

In the COVENIN 3571: 2000 method, for the determination of hydrogen sulphide (H2S) in air quality, by the colorimetric method, using the UV-Visible Spectrophotometry Analytical Technique, a standard sample volume was used to reach the units of ug/m3 concentration of hydrogen sulphide in air. When working without the standard volume, just ug/sample units are reached.

When making changes (time, units of final concentration, curve) in the method COVENIN 3571: 2000, for the determination of hydrogen sulfide (H2S) in air quality by the colorimetric method, it was necessary to validate so that the method is suitable and adequate for the intended use. The validation of the COVENIN 3571: 2000 method was a fundamental step to ensure that the results delivered by this method are reliable. When the method was validated by the laboratory, what was sought was to be able to determine on a statistical basis that the method is suitable for the intended purposes.

In the present monographic paper, it was verified that the validated method with units of ug/sample is true. As it was also shown that the increase in the reading time (maximum 90 min), under controlled conditions of Temperature (oC) and Relative Humidity, is not a critical variable in the final concentration of the analyte.

Key word: validation, hydrogen sulfide, air quality, UV-Visible spectrophotometry.

ABREVIATURA

COVENIN 3571: 2000: Comisión Venezolana de Normas Industriales (COVENIN 3571), 2000. Calidad de Aire. Determinación de la concentración de Sulfuro de hidrogeno (H2S). Método Colorimétrico, empleando la Técnica Analítica de UV-Visible.

T: Trasmitancia

A: Absorbancia

Introducción

Equamax es un laboratorio dedicado a la prestación de servicios como institución de tercera parte. Realiza muestreo, monitoreo y análisis fisicoquímico. Además recalcando que en dicho laboratorio me he desempeñado laboralmente como analista II en el área de fisicoquímica. En el laboratorio Equamax, hay mucha demanda en el análisis de sulfuro de hidrogeno en calidad de aire.

El sulfuro de hidrogeno se encuentra naturalmente en el petróleo, gas natural, gases volcánicos y manantiales de aguas termales. También puede existir en aguas pantanosas, lagunas o aguas estancadas, desagües, estanques de harina o de aceite de pescado, barcos pesqueros y alcantarillados. Este gas, es más pesado que el aire, es inflamable, incoloro, tóxico, odorífero: su olor es como de huevos podridos.

El sulfuro de hidrogeno hace daño a la salud, ya que puede causar hasta una asfixia o muerte de la persona que se encuentra en constante exposición del mencionado gas.

El espectrofotómetro es un instrumento que permite comparar la radiación absorbida y transmitida por una solución que contiene una cantidad desconocida de soluto y una que contiene una cantidad conocida de la misma sustancia. (Quimica.es 2015) Por ello con ayuda del espectrofotómetro, se cuantificó el sulfuro de hidrogeno en el laboratorio Equamax.

Se utilizó como Norma de Referencia: Método COVENIN 3571, 2000 para la determinación de Sulfuro de hidrogeno (H2S) en Calidad de Aire, Método Colorimétrico, empleando la Técnica Analítica de UV-Visible.

La validación es el modo de demostrar que el método utilizado por un laboratorio es adecuado para la aplicación en la que se propone utilizar, así, como también demostrar que las modificaciones que pudieron haberse realizado no afectan su desempeño, ni la confiabilidad de los resultados por este entregado.

Es por ello que en el presente trabajo monográfico se aplicó la validación del método para analizar sulfuro de hidrogeno (H2S) en calidad de aire, en el laboratorio de servicio Equamax.

Tabla 01: Organigrama de la empresa Envirotest

Marco teorico

5.1. Sulfuro de hidrogeno

El ácido sulfhídrico se encuentra naturalmente en petróleo, gas natural, gases volcánicos y manantiales de aguas termales. También puede existir en aguas pantanosas, lagunas o aguas estancadas, desagües, estanques de harina o de aceite de pescado, barcos pesqueros y alcantarillados (Administración de Seguridad y Salud Ocupacional OSHA, 1999).

Han ocurrido muertes en lagos o lagunas estancadas cuando el ácido sulfhídrico borbota desde las profundidades y alcanza a personas en la superficie. Como este ácido es más denso que el aire, se generan fraccionamientos por diferencias de densidad. Generalmente es por descomposición anaerobia de restos orgánicos.

También puede ocurrir por degradación bacteriana de materia orgánica en condiciones anaeróbicas. Así mismo se genera en refinerías de petróleo.

El ácido sulfhídrico (H2S) es un gas inflamable, incoloro, de olor característico a huevos podridos, perceptible en contenidos muy bajos. Este olor proviene de H2S generado por descomposición bacteriana de proteínas que contienen azufre (Direccion General de Salud Pública Region de Murcia, 2007).

Figura. 01: Estructura del Sulfuro de hidrogeno.

Fuente: EcuRed 2017

5.1.1. Efectos del Sulfuro de hidrogeno sobre la salud

Este producto es extremadamente tóxico y causa de una gran cantidad de muertes, no sólo en áreas de trabajo, sino también en áreas de acumulación natural como cisternas o drenajes (New Jersey Deparment of Health, 2012).

Los primeros síntomas de intoxicación, de manera general, son: náusea, vómito, diarrea, irritación de la piel, lagrimeo, falta de olfato, fotofobia y visión nublada (New Jersey Deparment of Health, 2012).

Los síntomas de una intoxicación aguda son: taquicardia (aumento de la velocidad cardiaca) o bradicardia (disminución de la velocidad cardiaca), hipotensión (presión sanguínea baja), cianosis, palpitaciones, arritmia cardiaca. Además, puede presentarse respiración corta y rápida, edema bronquial o pulmonar, depresión pulmonar y parálisis respiratoria. Los efectos neurológicos en estos casos son irritabilidad, vértigo, cansancio, confusión, delirio, amnesia, dolor de cabeza y sudoración. Se presentan también calambres musculares, temblores, salivación excesiva, tos, convulsiones y coma.

Inhalación: Si la exposición es a baja concentración por pocas horas, los síntomas son: dolor de cabeza, náusea, pérdida de peso y otros síntomas debidos a daños cerebrales. A concentraciones entre 50 y 500 ppm, el sulfuro de hidrógeno actúa primero como irritante respiratorio. Una exposición prolongada a concentraciones mayores de 250 ppm, por ejemplo, causa edema pulmonar y neumonitis bronquial (Direccion general de salud pública Region de Murcia 2007).

Por otra parte, si la concentración es mayor, entonces el daño al sistema nervioso es el principal problema. Así, una exposición a 500 ppm por 30 minutos causa dolor de cabeza, cansancio, excitación, diarrea e inconsciencia. Se ha informado, incluso, de casos de encefalopatías y polineuritis. El respirar sólo unos minutos en atmósferas con 1000 ppm de este producto, causa inconsciencia de la cual se puede recuperar rápidamente, si se atiende a tiempo, pero que puede ser mortal por parálisis respiratoria.

Contacto con ojos: se produce irritación de la conjuntiva, provocando fotofobia, queroconjuntivitis y vesiculación del epitelio de la córnea, aún a concentraciones de 20 ppm o más bajas, por algunas horas. Si la exposición es repetida, se presentan además de los síntomas mencionados, lagrimeo, dolor y visión nublada. Un envenenamiento crónico provoca hinchazón de la conjuntiva y los párpados (Direccion general de salud pública Region de Murcia 2007).

Tabla 02: Efectos de salud en diferentes concentraciones de Sulfuro de hidrogeno

5.2. Espectroscopia UV-VIS

El espectrofotómetro es un instrumento que permite comparar la radiación absorbida y transmitida por una solución que contiene una cantidad desconocida de soluto y una que contiene una cantidad conocida de la misma sustancia (Chang and College 2002).

Todas las sustancias pueden absorber energía radiante, aun el vidrio que parece ser completamente transparente absorbe longitud de ondas que pertenecen al espectro visible; el agua absorbe fuertemente en la región infrarrojo

Un espectrofotómetro es un instrumento que tiene la capacidad de manejar un haz de Radiación Electromagnética (REM), comúnmente denominado Luz, separándolo en facilitar la identificación, calificación y cuantificación de su energía. Su eficiencia, resolución, sensibilidad y rango espectral, dependerán de las variables de diseño y de la selección de los componentes ópticos que lo conforman (Chang and College 2002).

Cuando la luz atraviesa una sustancia, parte de la energía es absorbida. El color de las sustancias se debe a que estas absorben ciertas longitudes de onda de la luz blanca que incide sobre ellas, y sólo vemos aquellas longitudes de onda que no fueron absorbidas.

Figura. 02.

Diseño de Espectrofotómetro

Fuente: Chang, R. and College W., 2002.

Al ser expuestos a la luz del espectrofotómetro, algunos electrones de los átomos que forman las moléculas absorben energía entrando a un estado alterado. Al recuperar su estado original, la energía absorbida es emitida en forma de fotones. Esa emisión de fotones es distinta para cada sustancia, generando un patrón particular, que varía con el largo de onda usado. Dependiendo del largo de onda, será la cantidad de energía absorbida por una sustancia, lo que logra generar un espectro particular al graficar absorbancia versus intensidad.

Nos dice cuanta cantidad de la sustancia que nos interesa está presente en la muestra. La concentración es proporcional a la absorbancia, según la Ley Beer-Lambert: a mayor cantidad de moléculas presentes en la muestra, mayor será la cantidad de energía absorbida por sus electrones.

El espectrofotómetro mide la absorbancia de una muestra en los espectros de luz ultravioleta y visible (200 a 850 nm). El largo de onda es determinado por un prisma que descompone el rayo de luz de acuerdo al largo de onda escogido. Luego la luz pasa por una hendidura que determina la intensidad del haz. Este haz atraviesa la muestra y llega a un tubo fotográfico, donde es medido. La cantidad de luz que atraviesa la muestra es el porcentaje (%) de trasmitancia. Podemos usar esta unidad o cambiarla a absorbancia usando la siguiente ecuación (División Electromédica Peruana S.A., 2012).

El espectrofotómetro nos puede dar ambos valores a la misma vez, ahorrando la necesidad de hacer los cálculos.

Trasmitancia= cantidad de luz que atraviesa la mezcla.

Una característica del instrumento es la necesidad de realizar el autocero al aparato antes de cada lectura. Esto se hace colocando una cubeta con una solución control que tenga todos los componentes de la reacción menos la sustancia que va a ser medida en el instrumento y ajustando la lectura a cero absorbancia. El propósito de esto es eliminar el registro de absorbancia (background) que puedan presentar los demás componentes de la reacción a ese largo de onda particular. Todas las moléculas presentan absorbancia porque todas interfieren con el paso de la luz. Sólo que la absorbancia será óptima a un largo de onda de luz específico para cada tipo de sustancia (División Electromédica Peruana S.A., 2012).

5.3. Monitoreo:

El sulfuro de hidrogeno es colectado por el burbujeo del aire, a un caudal constante, a través de 50mL de solución absorbente, constituida por hidróxido sódico-sulfato de cadmio. El sulfuro de hidrogeno es precipitado como sulfuro de cadmio (Comisión Venezolana de Normas Industriales 3571, 2000).

5.4. Método colorimétrico

El sulfuro de cadmio colectado es subsecuentemente determinado por medición espectrofotométrica del azul de metileno producido por la reacción del sulfuro con una solución fuertemente ácida de N, N-dimetil fenilendiamina dihidrocloruro y cloruro férrico. Dando máxima absorbancia a una longitud de 665 nm (Comisión Venezolana de Normas Industriales 3571, 2000).

5.4.1. Interferencias:

La reacción del azul de metileno es altamente específica para sulfuro a bajas concentraciones usualmente encontradas en el aire del ambiente.

Los agentes reductores, son interferentes, tales como: Dióxido de azufre (SO2)> 1000 ug/m3 y Dióxido de nitrógeno (NO2)> 100 ug/m3 (Comisión Venezolana de Normas Industriales 3571, 2000).

5.5. Validación

La validación de un método analítico es un paso fundamental para asegurar que los resultados entregados por dicho método son confiables. Cuando se realiza la validación de un método por parte del laboratorio, lo que se busca es poder determinar con fundamento estadístico que el método es adecuado para los fines previstos (Instituto de salud Pública de Chile 2010).

En este sentido, es importante que para el proceso de validación se asigne a un responsable de realizar dicha tarea. De manera que, la validación se efectúe en forma metódica, ordenada, trazable y confiable.

Es importante que el laboratorio tenga claridad antes de iniciar la validación de cuáles son los requerimientos del método para establecer el alcance de la validación.

Es esencial, entonces conocer el método a validar y su aplicabilidad, es decir, el analito, su concentración y la matriz en las cuales se desea utilizar.

En general, se establece que el laboratorio debe validar (Oficina de las naciones unidades contra la droga y el delito (UNODC) 2010).

1. Métodos no normalizados: Corresponden a métodos desarrollados por el laboratorio o método nuevos (ejemplo: publicado en revista científica), o bien, a métodos que tradicionalmente se han utilizado en el laboratorio pero que no están normalizados.

2. Método normalizado con una modificación significativa: Cuando se trata de un método empleado tradicionalmente por el laboratorio que no esté normalizado, se puede realizar una Validación Retrospectiva, es decir, en base a los datos experimentales que el laboratorio dispone, para la cual se realizará la recopilación de la mayor cantidad de datos históricos disponibles, para luego realizar un proceso de ordenamiento y selección de los datos recopilados, estos datos pueden ser: curvas de calibración, resultados de ensayos, cartas de control, ensayos de aptitud, etc. A través de estos, se deberán determinar los parámetros de validación, y evaluar si los resultados obtenidos para los fines de la son aceptable.

En caso de ser un método nuevo o uno antiguo del que no se dispongan de datos suficientes, se debe realizar una validación prospectiva generada a través de análisis datos experimentales.

En ocasiones, lo que se busca a través de una validación es demostrar que un método es equivalente a otro.

5.5.1. Parámetros de validación

Selectividad

La selectividad es el grado en que un método puede cuantificar o cualificar al analito en presencia de interferentes. Estos interferentes normal o frecuentemente se encuentran en la matriz de interés. En la etapa de medición, se cuantifica una propiedad específica (por ejemplo la intensidad de la luz). Por lo tanto, es crucial establecer que la propiedad medida solo se debe al analito y no a algo química o físicamente similar, o que surja como una coincidencia, causando así un sesgo en el resultado de medición.

Linealidad

La linealidad es la capacidad de un método de análisis, dentro de un determinado intervalo, de dar una respuesta o resultados instrumentales que sean proporcionales a la cantidad del analito que se habrá de determinar en la muestra de laboratorio. El extremo inferior del intervalo de trabajo está determinado por el límite de cuantificación (LC). El extremo superior del intervalo de trabajo está definido por las concentraciones a las cuales se observan anomalías significativas en la sensibilidad analítica. Un ejemplo de esto es el efecto meseta a altos valores de absorbancia en la espectroscopia UV/VIS (Instituto de salud Pública de Chile 2010).

Con el fin de determinar el rango lineal se puede realizar mediante un gráfico de concentración versus respuesta, que se conoce como función respuesta (normalmente llamada recta de calibrado). En este sentido se recomienda abarcar valores desde cercano al LC y valores superiores a los límites máximos permisibles (LMP) o al valor de interés (Eurolab España Eurachem 2016).

Luego de realizar el grafico se puede observar el comportamiento de la curva y establecer cualitativamente el rango lineal. Después de establecer el comportamiento lineal del método se deberá realizar la curva de trabajo o curva de calibración. Graficar los datos de concentración de los estándares de calibración estimados (eje X) versus la lectura observada (eje Y).

Evaluar los estimadores de regresión lineal del gráfico: la pendiente (m), el coeficiente de correlación (r2) y el punto de corte (intercepto) con el eje de las Y (L0), que se correlacionan a través de la siguiente ecuación.

Y = X x m + Lo

En general el criterio de aceptación cualitativo que se usa para determinar la linealidad es el coeficiente de correlación:

El coeficiente de correlación indica el grado de relación entre la variable concentración (X) y la variable respuesta (Y) de la curva de calibración. Los valores máximos que puede alcanzar son -1 y +1. El valor máximo de 1 indica una correlación positiva perfecta (entre X e Y) con una pendiente positiva. Cuando r2 = 0, no existe correlación alguna, independencia total de los valores X e Y. En la práctica si r2 tiene un valor cercano a uno (1), esto significa que existe correlación con una probabilidad elevada. Para una curva de calibración o trabajo, es recomendable que el coeficiente de correlación obtenido sea mayor o igual a 0.999, aunque para el caso de trazas se admite un valor igual o mayor que 0.99 (Oficina de las naciones unidades contra la droga y el delito (UNODC) 2010).

Sensibilidad

La sensibilidad es el cociente entre el cambio en la indicación de un sistema de medición y el cambio correspondiente en el valor de la cantidad objeto de la medición (Instituto de salud Pública de Chile 2010).

Se dice, que un método es sensible cuando una pequeña variación de concentración determina una gran variación de respuesta. La sensibilidad permite observar la capacidad de respuesta instrumental frente a una determinada cantidad de analito. En el tiempo, visualiza cómo se comporta el instrumento.

Limites

Cuando las mediciones se realizan a concentraciones bajas se debe tener en consideración los siguientes parámetros: Valor crítico (VC), limite detección (LD) y límite de cuantificación (LC). Ambos LD y LC normalmente se calculan multiplicando una desviación estándar (so) un factor adecuado. Es importante que esta desviación estándar sea representativa de la precisión obtenida para muestras de ensayo típicas, y que se realicen suficientes réplicas de medición para brindar una estimación confiable (Instituto de salud Pública de Chile 2010).

Límite de detección (LD):

Concentración o cantidad real del analito presente durante el análisis que llevará, con una probabilidad (1-ß), a la conclusión de que la concentración o cantidad del analito es mayor en el material analizado que en el material testigo.

Se calcula por la formula siguiente.

Donde:

So = Desviación estándar de las lecturas del blanco matriz o blanco reactivo.

So" = Desviación estándar de blancos corregida

1- ß = Probabilidad a

Un criterio de aceptación adecuado es LD < LC < LMP. En general también se sugiere, para un LMP > 0,1 ppm un LD < 1/10 LMP y para un LMP <0,1 ppm un LD < 1/5 LMP.

Donde:

LMP: Límite máximo permisible del analito de interés.

Límite de cuantificación (LC):

El valor por defecto para el multiplicador Ko es 10 según IUPAC y si la desviación estándar es aproximadamente constante a bajas concentraciones este multiplicador corresponde a una desviación estándar relativa (RSD) de 10 %. Los multiplicadores 5 y 6 también han sido usados ocasionalmente lo cual corresponde a valores de RSD de 20 % y 17 % respectivamente (Oficina de las naciones unidades contra la droga y el delito (UNODC) 2010).

Un criterio de aceptación adecuado es VC < LD<< LC 0,1 ppm un LC < 1/5 LMP y para un LMP <0,1 ppm un LC < 2/5 LMP.

Donde:

LMP: Límite máximo permisible del analito de interés.

Exactitud

Se define la exactitud como el grado de concordancia entre el resultado de un ensayo y el valor de referencia. Con frecuencia se utilizan diferentes conceptos, tales como, exactitud (veracidad y precisión). Con los años, los términos así como las definiciones han cambiado, y se han introducido nuevos términos. Además, sectores diferentes siguen prefiriendo términos diferentes, todo lo cual conduce a mucha confusión. Por lo tanto en este trabajo vamos a basarnos en las definiciones y conceptos obtenidos de Vocabulario Internacional de metrología (VIM) y la Guía Eurachem sobre terminología (Comité conjunto para las guías en metrología (JCGM) 2012; Eurolab España Eurachem 2016).

Figura 05: Relación entre exactitud, veracidad y precisión.

Figura 06: Casos con diferente precisión y exactitud.

Como se puede observar entre más exacto y preciso sea un resultado analítico, es más veraz

Veracidad

El término "veracidad", esta aplicado a un conjunto de resultados de un ensayo, y supone una combinación de componentes aleatorios y un componente común de error sistemático (Instituto de salud Pública de Chile 2010).

Determina el grado de coincidencia existente entre el valor medio obtenido de una serie de resultados y un valor de referencia aceptado. La veracidad puede ser determinada por sesgo o recuperación.

Sesgo:

La diferencia entre la expectativa relativa a los resultados de un ensayo o una medición y el valor verdadero, como un material certificado de referencia (MCR).

Para determinar el sesgo puede utilizarse material de referencia, material fortificado, material control, material ensayo de aptitud. Para este fin, se debe medir un analito de concentración conocida y se determina la diferencia en valor absoluto entre el valor conocido y la media del valor obtenido. Una diferencia sistemática importante en relación al valor de referencia aceptado se refleja en un mayor valor del sesgo. Cuanto más pequeño es el sesgo, mayor veracidad. (Eurolab España Eurachem 2016).

El sesgo puede expresarse en términos de absolutos o de porcentaje:

Donde:

b = sesgo

? = promedio de concentraciones experimentales

x ref. = valor de concentración de referencia.

Recuperación (R):

En ausencia de MRC adecuados, ya sea porque son costosos o no se encuentran disponibles en el mercado para cierta matriz y cierto analito, se pueden utilizar estudios de recuperación (experimentos con adiciones) para dar una indicación del nivel de sesgo probable (Oficina de las naciones unidades contra la droga y el delito (UNODC) 2010).

La recuperación permite ver el rendimiento de un método analítico en cuanto al proceso de extracción y la cantidad del analito existente en la muestra original. Por lo cual, la recuperación esta intrínsecamente relacionada a las características de la matriz de la muestra.

Se calcula de la siguiente manera:

Donde:

R"= Recuperación

?" = es la concentración de analito de la muestra fortalecida.

? = es la concentración de analito medida en la muestra sin adicionar.

x adición = es la concentración de analito adicionado a la muestra enriquecida.

Se puede igualmente expresar en porcentaje de recuperación (%R): se calcula de la siguiente manera como recuperación relativa:

Precisión

La precisión podrá establecerse en términos de repetibilidad y reproducibilidad. El grado de precisión se expresa habitualmente en términos de imprecisión y se calcula como desviación estándar de los resultados (Instituto de salud Pública de Chile 2010).

Repetibilidad:

Es la precisión bajo las condiciones de repetibilidad, supone dar la más pequeña variación en los resultados, es decir, condiciones donde los resultados de análisis independientes se obtienen con el mismo método en ítems de análisis idénticos en el mismo laboratorio por el mismo operador utilizando el mismo equipamiento dentro de intervalos cortos de tiempo.

Donde se expresa como:

Siendo t, t-Student para n datos, asumiendo un valor relativamente grande de datos t˜2 a un nivel de confianza del 95%. Quedando así:

Donde:

Sr = Desviación estándar relativa de repetibilidad

Objetivos

6.1. Objetivo general

• Modificar y validar el método COVENIN 3571: 2000.

6.2. Objetivos específicos

• Cuantificar la concentración de sulfuro de hidrogeno en el aire con el método COVENIN 3571: 2000.

• Aplicar los criterios de validación (linealidad, precisión, exactitud, veracidad, sensibilidad, robustez e incertidumbre)

• Verificar que las variaciones dadas como el incremento del tiempo de lectura (a máximo 90 min), bajo condiciones controladas, no son una variable crítica para la determinación de sulfuro de hidrogeno (H2S) por UV-Visible en calidad de aire.

Metodología

7.1.- Materiales y equipos

• Balones aforados de 1000; 500; 250; 200; 100 y 50 ml.

• Cilindros graduados de 50 y 100 mí.

• Pipetas volumétricas de 1; 2; 5; 10; 25 y 100 ml.

• Espectrofotómetro capaz de medir absorbancias a 660 nm, con celdas espectrofotométricas de 1 cm y opcionalmente de 1 pulgada.

• Bureta de 25 mI.

• Matraces Erlenmeyer de 100 mI.

• Balanza analítica con apreciación 0,1 mg.

7.2.- Reactivos

Los reactivos que se utilizan para la determinación de sulfuro de hidrogeno son los siguientes:

• Solución absorbente: 4,3 g de sulfato de cadmio en aproximadamente 400 ml de agua recientemente destilada y desmineralizada, 0,3 g de hidróxido de sodio en aprox. 400 ml de agua recientemente destilada y desmineralizada. Mezclar ambas soluciones, y llevar a 1 litro Conservar en sitio fresco o refrigerado y en la oscuridad por un máximo de 5 días. Agitar bien y tomar alícuotas de 50 ml para cada muestreo.

• Solución madre de amina: Mezclar cuidadosamente 25 ml de ácido sulfúrico al 98% con 15 ml de agua desmineralizada Dejar enfriar y disolver en ella 9.2 g de N, N Dimetilfenilendiamina dihidrocloruro.

NOTA 1: La solución es estable bajo refrigeración durante 2 semanas.

• Solución de trabajo de amina: Preparar inicialmente 60 ml solución de ácido sulfúrico 1: 1 con agua desmineralizada y ácido sulfúrico al 98%, luego añadir a esta solución 1 ml de solución madre de amina. Esta es la solución de uso diario.

NOTA 2: La solución es estable bajo refrigeración durante 48 horas.

• Solución de cloruro férrico: Disolver 2 g de cloruro férrico en 25 ml de agua desmineralizada y trasvasar a un envase que disponga de un gotero.

• Solución de almidón: Disolver 2 g de almidón en 500 ml de agua en ebullición y filtrar antes de enfriar.

• Solución de iodo 0,1 N: Disolver 12,6910 ± 0,0001 g de iodo resublimado, en un balón aforado de 1 litro que contenga de 80 a 100 g de solución de ioduro potásico, agitar hasta solución total, enrasar y valorar con tiosulfato sódico utilizando como indicador solución de almidón.

Observación: Es Preferible que la cantidad de KI se encuentre en exceso para asegurar la dilución de yodo.

• Solución de Yodato de Potasio: Pesar 1.5 g con una exactitud de 0.1 mg (Anotar peso), secado a 180ºC por 3 Horas .Disolverlo en 500 mL de agua destilada.

• Solución madre de sulfuro sódico: Lavar superficialmente un cristal de sulfuro sódico nonahidratado (Na2S.9H20). que pese en seco aproximadamente 8 g, secar rápida y totalmente con papel de filtro y pesar, que tal peso debe estar en el orden de 7,0 a 7,5 g. Disolver y llevar a 1 litro con agua recientemente destilada y desmineralizada. Esta solución debe ser titulada inmediatamente antes de su uso para la preparación de patrones de calibración. Su concentración aproximada en ion sulfuro es del orden de 1000 &µg/ml.

NOTA 3: La solución madre de sulfuro sódico es inestable por lo que debe ser estandarizado por el método de Iodo-tiosulfato.

• Valoración de la solución madre de Sulfuro de Sodio: Tomar una alícuota de 25 ml de la solución iodo 0,1 N y verter en un matraz Erlenmeyer, adicionar 10 ml de la solución de sulfuro de sodio por valorar. Adicionar 5 ml de ácido clorhídrico (HCl) 1M, agitar y dejar reposar durante 10 min. Titular el exceso de iodo mediante la solución valorada de tiosulfato 0,1 N hasta obtener el color amarillo de iodo disuelto. Agregar 2 ml de solución de almidón y continuar la titulación hasta desaparición de la coloración azul.

Calcular la concentración de sulfuro de hidrógeno calculada a partir de la solución madre de sulfuro de sodio expresada en microgramos por mililitros (&µg/ml) mediante la siguiente ecuación:

Dónde:

C1: Concentración de sulfuro de hidrógeno, en microgramos por mililitros. N1: Normalidad de la solución de iodo.

V1: Volumen de alícuota de la solución de iodo utilizada en mililitros.

N2: Normalidad de la solución de tiosulfato de sodio.

V2: Volumen de la solución de tiosulfato de sodio gastado durante la titulación del iodo en exceso, en mililitros.

V3: Volumen de alícuota de la solución madre de sulfuro de sodio, en mililitros.

• Preparar la solución de trabajo de Sulfuro de Hidrogeno (H2S) para obtener la curva de calibración del equipo de espectrofotometría. Calcular el número de ml de solución madre de H2S que deben diluirse a 1000 ml con agua para obtener una concentración de 1,0 &µg de H2S/ml.

NOTA 4: El agua a utilizar debe estar recientemente destilada, desmineralizada, hervida y enfriada y tapada.

NOTA 5: Esta solución pierde H2S con cierta rapidez, por lo que hay que preparar patrones y calibrar el método con solución nueva al inicio de cada serie de análisis de muestras.

• Solución de tiosulfato sódico 0,1N. Disolver 25 g de tiosulfato de sodio Pentahidratado en aproximadamente 300 ml de agua recientemente destilada y desmineralizada, que se lleva finalmente a 1000 mI. Esta solución se valora con solución patrón de yodato, utilizando como indicador solución de almidón hasta obtener el viraje azul intenso a verde azulado tenue.

• Valoración de tiosulfato sódico 0,1 N: Con una pipeta volumétrica se trasvasa 50mL de solución de yodato de potasio en un matraz de vidrio para el índice de yodo de 500mL; agregar 2g de KI y 10mL de Ácido Clorhídrico 1N y tapar el matraz. Al cabo de 5min. proceder a la titulación con solución de tiosulfato de sodio hasta obtener un líquido color amarilla pálido, agregare 5mL de solución indicadora de almidón y continuar la titulación hasta que desaparezca el color azul. Calcular la normalidad de la solución madre mediante la siguiente formula:

Ns= W/V * 2.80

Dónde:

Ns: Normalidad de la solución madre de tiosulfato

D: Volumen de tiosulfato de sodio empleado en mL

W: Peso de yodato de potasio en g.

2.80: x1000 (Factor de conversión de g a mg), multiplicado por 0.1 (fracción de yodato utilizado= y dividido por 35.67 (peso equivalente de yodato potasio)

7.2.- Procedimiento

7.2.2. Análisis de la muestra

• Desarrollo de color: Para el análisis, agitar la muestra, ajustar a 50 ml si fuese necesario, añadir 1 ml de solución de trabajo de amina y dos gotas de cloruro férrico. Agitar y dejar reposar por 30 min. y leer la absorbencia a la longitud de onda seleccionada

• Medida fotométrica del color: Ajustar el espectrofotómetro a 665 nm y realizar la línea base con agua. Se procede a leer las muestras preparadas obteniéndose valores de absorbancia que guardan una relación lineal con la concentración.

Figura. 07 muestra con sulfuro de hidrogeno.

• Curva de calibración: Seleccionar la longitud de onda del espectrofotómetro a 665 nm. Disponer de 5 fiolas aforados de 50 ml, colocar 40 ml de solución absorbente y añadir respectivamente, 0; 2; 4; 6 y 8 ml de solución de trabajo de 1 &µg de H2S/ml. Enrasar con solución absorbente y añadir a cada balón 1,0 ml de solución de trabajo de amina y dos gotas de solución de cloruro férrico. Dejar reposar durante 30 min para desarrollo de color. Ajustar el cero de absorbancia con el patrón de 0 &µg de H2S/ml y continuar con los patrones de 2; 4; 6 y 8 &µg/muestra. Construir la curva con los resultados o calcular una recta de regresión, de la siguiente forma:

Figura. 08 Curva de calibración.

Resultados

8.1. Linealidad del método

A continuación se presenta los resultados de la linealidad del método COVENIN 3571: 2000

Tabla Nº 03: Resultados de la linealidad

8.2. Precisión del método

A continuación se presenta los resultados de la precisión del método COVENIN 3571: 2000

Tabla Nº 04 Resultados de la precisión del método en dos niveles de concentración

Figura. 09 Comparación entre las desviaciones de concentración de H2S de los analistas

8.3 Veracidad del método

A continuación se presenta los resultados de la veracidad del método COVENIN 3571: 2000

Tabla Nº05.Resultados de la veracidad del método

Análisis de medias:

Figura. 10 Comparación entre medias de concentración de H2Sde los analistas

Figura. 11Comparación de ? –R en la concentración de H2S

Tabla Nº06.Resultados de la robustez del método

Figura. 12 Variabilidad de las concentraciones del método.

8.4 Sensibilidad del método

A continuación se presenta los resultados de la sensibilidad del método COVENIN 3571: 2000

Tabla Nº 07 Resultados de la sensibilidad del método-límite de detección (LD) y límite de cuantificación (LC)

Figura. 13 Análisis de residuales

8.5 Resultados de robustez del método

La robustez se evalúa con el análisis de varianza, para saber si hay efecto significativo en los resultados variando las condiciones del tiempo de lectura fuera de los rangos establecidos en el método:

• Rango de tiempo de análisis bajo condiciones controladas =30 min.

• Condiciones de lectura:(15 a 25) oC.

Para ello se realizan variaciones deliberadas en función al tiempo de lectura:

• Incremento 1 = 40 minutos

• Incremento 2 = 60 minutos

• Incremento 3 = 90 minutos

A continuación se presenta los resultados de la robustez del método COVENIN 3571: 2000

Tabla Nº08.Resultados de la robustez del método

8.6. Evaluación de las curvas de calibración con gas patrón versus estándar primario

A continuación se presenta los resultados de la curva de calibración del método COVENIN 3571: 2000 versus la curva del gas patrón:

Tabla Nº 09 Evaluación de la concentración de H2S en ug/mtra de los puntos de calibración versus las absorbancias obtenidas con gas patrón versus estándar primario

Figura. 14 Análisis de t-Student 2 muestras para comparar resultados del Gas patrón y Estándar primario.

Conclusiones

• Según los resultados obtenidos en las curvas de calibración con gas patrón y el estándar primario, respecto a la evaluación de los puntos de calibración Vs. sus respectivas absorbancias, se concluye que las curvas de calibración son equivalentes.

• Se determinó la sensibilidad del método para un límite de detección: LD H2S =0.182ug/muestra.El límite de cuantificación: LC H2S =0.606ug/muestra.

Partes: 1, 2