Guía para la utilización de las Valijas Viajeras – Oxígeno DisueltoRED MAPSA Versión 1.0 – Junio de 2007 Oxígeno Disuelto ¿Qué es y por qué es importante? En un cuerpo de agua se produce y a la vez se consume oxígeno. La producción de oxígeno está relacionada con la fotosíntesis, mientras el consumo dependerá de la respiración, descomposición de sustancias orgánicas y otras reacciones químicas. También puede intercambiarse oxígeno con la atmósfera por difusión o mezcla turbulenta. La concentración total de oxígeno disuelto ([OD]) dependerá del balance entre todos estos fenómenos. Si es consumido más oxígeno que el que se produce y capta en el sistema, el tenor de O 2 caerá, pudiendo alcanzar niveles por debajo de los necesarios para la vida de muchos organismos. Los peces son particularmente sensibles a la hipoxia (bajas [OD], tabla 1). Tabla 1.- Rangos de concentración de oxígeno disuelto y consecuencias ecosistémicas frecuentes. [OD] mg/L Condición Consecuencias 0 Anoxia Muerte masiva de organismos aerobios 0-5 Hipoxia Desaparición de organismos y especies sensibles 5-8 Aceptable 8-12 Buena [OD] adecuadas para la vida de la gran mayoría de especies de peces y otros organismos acuáticos. >12 Sobresaturada Sistemas en plena producción fotosintética. Durante el día suelen encontrarse concentraciones mayores de OD cuando la fotosíntesis llega a sus mayores niveles luego del mediodía, mientras más bajas se registran durante la noche. También es posible observar variaciones estacionales. Así mismo la [OD] será dependiente de la temperatura (tabla 2). Aguas más cálidas son capaces de disolver menores cantidades de oxígeno. Por esto, una descarga de agua caliente puede significar la disminución del OD a niveles por debajo del límite necesario para algunas formas de vida. Los animales acuáticos suelen ser más vulnerables a bajas [OD] por la mañana en días cálidos de verano, ya que las plantas acuáticas no producen oxígeno desde el atardecer anterior. Por otra parte, en los lagos el nivel de OD varía fundamentalmente con la profundidad, mientras en los ríos y arroyos los cambios suelen estar más vinculados a la dimensión horizontal. El OD se puede expresar en miligramos por litro (mg/L) o en porcentaje de saturación (%). La primera de las opciones expresa directamente la masa de oxígeno por litro de agua, mientras la segunda se expresa como el porcentaje de la concentración de saturación para determinada temperatura (tabla 2). Como ejemplo a 14ºC el agua disuelve aproximadamente 10 mg/L de O 2 . Si se determina que a esa temperatura la [OD] es de 5 mg/L el porcentaje de saturación será de 50%. Tabla 2.- Dependencia de la concentración de oxígeno disuelto respecto a la temperatura del agua (Bain y Stevenson 1999) Temperatura ( °C ) OD (mg/L) 0 14.16 1 13.77 2 13.40 3 13.05 4 12.70 5 12.37 6 12.06 7 11.76 8 11.47 9 11.19 10 10.92 11 10.67 12 10.43 13 10.20 14 9.98 15 9.76 16 9.56 17 9.37 18 9.18 19 9.01 20 8.84 21 8.68 22 8.53 23 8.38 24 8.25 25 8.11 26 7.99 27 7.86 28 7.75 29 7.64 30 7.53 31 7.42 32 7.32 33 7.22 34 7.13 35 7.04 Guía para la utilización de las Valijas Viajeras – Oxígeno Disuelto RED MAPSA Versión 1.0 – Junio de 2007 Metodología El OD puede determinarse en el campo utilizando sensores específicos. Sin embargo, debido al elevadísimo costo de los mismos, se utilizará la metodología propuesta por Winkler. De acuerdo a este método, la muestra será fijada en el campo y conducida al laboratorio donde se realizará la titulación y cálculos finales. Paso 1) Las muestras de oxígeno se toman utilizando una botella de DBO (fig.1). Etiquete la botella utilizando la cinta de papel y lápiz o marcador indeleble. La muestra debe ser tomada eliminando absolutamente el burbujeo, ya que el mismo modificaría la [OD]. Con este fin se ha construido un dispositivo muestreador. Permita desbordar varias veces el frasco de DBO para eliminar la interacción con el O 2 atmosférico. Tape la botella antes de sacarla del agua y controle que no quede ninguna burbuja de aire. Ya que la [OD] será la del sitio exacto donde fue tomada la muestra, registre por escrito exactamente el lugar donde fue tomada, profundidad y temperatura. Paso 2) Los reactivos a utilizar son cáusticos, utilice protección y lávese bien las manos si se moja con los mismos. El OD se fijará agregando 1 mL del reactivo I introduciendo la punta de la pipeta por debajo de la superficie. Tape siempre cuidando que no queden burbujas atrapadas y agite. De forma equivalente, agregue 1mL del reactivo II. Tape y mezcle cuidadosa pero vigorosamente. Se formará un precipitado marrón en cantidad proporcional al OD que contuviese la muestra. El OD fijado no se verá afectado por el oxígeno atmosférico. Conduzca las muestras al laboratorio de ser posible en posición vertical y cubriendo el tapón con agua de la misma muestra. Paso 3) En el laboratorio se titularán esos compuestos formados por fijación del OD. La titulación involucra la adición gota a gota de un reactivo titulante (tiosulfato de sodio) que causa un cambio de color en la solución. El punto en el que el color desaparece se denomina punto final, y el gasto necesario del reactivo titulante para lograr este punto es proporcional a la [OD]. a) La titulación se realizará bajo bureta. Complete y enrase (ver cartilla de alcalinidad) la bureta con la solución de tiosulfato de sodio 0,01N. b) Destape el frasco de DBO de la muestra y agregue 1ml de ácido sulfúrico concentrado lentamente y por la pared de la botella. ¡Tome todas las precauciones necesarias para la manipulación del ácido sulfúrico! Tape nuevamente y agite. Si no logra disolver todo el precipitado, agregue un poco más de ácido. c) Mida lo más exactamente posible 100mL en matraz aforado y transfiéralo a un erlenmeyer. d) Titule con el tiosulfato de sodio agitando constantemente hasta obtener un color amarillo pálido. Figura 1.- Frasco DBO, luego de agregados los reactivos I y II de Winkler. Observe el precipitado marrón sobre el fondo. Guía para la utilización de las Valijas Viajeras – Oxígeno Disuelto RED MAPSA Versión 1.0 – Junio de 2007 e) Añada unas gotas (ej. 3) de reactivo indicador (almidón), la solución tomará una coloración azul-violácea. f) Continúe lentamente la titulación hasta que desaparezca el color y permanezca incoloro al menos 20 segundos. g) Calcule la concentración de oxígeno disuelto en mg/L ) 2 ( . 8 , 0 . [OD] − = DBO DBO V V g Siendo g el gasto del tiosulfato de sodio y DBO V el volumen de la botella de DBO (escrito en la propia botella) h) Calcule el porcentaje de saturación utilizando la tabla 1. Seguridad: Manipule todas las sustancias con máximo cuidado. Particularmente el ÁCIDO SULFÚRICO es corrosivo pudiendo generar quemaduras graves y tóxico por ingestión. El docente encargado debe planificar la actividad con el fin de disminuir los riesgos asociados a la utilización de esta sustancia. Utilícese protección para los ojos. En caso de contacto con la piel o los ojos lávese prontamente con agua en abundancia y acúdase inmediatamente al médico. Se adjunta ficha de datos de seguridad. Referencias Arocena, R. & D. Conde (ed.). 1999. Métodos en Ecología de Aguas Continentales, con Ejemplos de Limnología en Uruguay. DIRAC/FC/UDELAR, Montevideo. 233 pp. EPA. 1997. Volunteer Stream Monitoring: A Methods Manual. http://www.epa.gov/owow/monitoring/volunteer/stream/. Bain, M.B. & N.J. Stevenson (ed.). 1999. Aquatic habitat assessment: common methods. American Fisheries Society, Bethesda, Maryland. Esta cartilla es parte integral de la Guía para la utilización de las Valijas Viajeras Red de Monitoreo Ambiental Participativo de Sistemas Acuáticos RED MAPSA Versión 1.0 – Junio de 2007 Autor: Guillermo Goyenola
[email protected] http://imasd.fcien.edu.uy/difusion/educamb/ MEDICIÓN DEL OXIGENO DISUELTO EN AGUA DULCE El metodo mas exacto es el llamado metodo de Winkler o vodometrico MATERIAL -Solucion de MnSO 4 .2 H 2 O al 40° (400 g de MnSO 4 .2 H 2 O en un litro de agua). -Solucion de NaOH y KI al 50 ° (500 g de NaOH y 500 g de KI en 1 litro de agua). -Pipetas -2 Irascos con tapon de vidrio de 100 ml. -Acido sulIurico o clorhidrico concentrado. -TiosulIato sodico 0,005 M (2,2 g de Na 2 S 2 O 3 . 5 H 2 O mas 0,1 g de Na 2 CO 3 en un litro de agua). -Solucion de Almidon (se calientan hasta ebullicion 50 ml de glicerina para analisis mas 50 ml de agua desionizada. Despues se añade 1 gramo de almidon previamente disuelto en 2-3 ml de agua. TOMA DE MUESTRAS Se recoge el agua a analizar en Irascos de 100 ml de boca estrecha y tapon de vidrio, por inmersion, tapandolo bajo el agua sin que queden burbujas de aire y sin agitarlo. Se anota la Tª. Tomamos dos Irascos que mantendremos a bajas temperaturas hasta el laboratorio. PROCEDIMIENTO 1.-Por cada 100 ml de la muestra se añade con una pipeta que llegue hasta el Iondo del Irasco: -1 ml de una solucion de 400 g de MnSO 4 .2 H 2 O en un litro de agua. -1 ml de una solucion de 500 g de NaOH y 500 g de KI en 1 litro de agua. 2.-Se cierra el Irasco para que no queden burbujas, agitandolo repetidamente y se deja reposar el precipitado hasta que el agua superior este clara. Se agita y se deja sedimentar una segunda vez. 3.-Se disuelve el precipitado añadiendo 1 ml de acido sulIurico o clorhidrico concentrado. 4.-Una hora despues, tomar 50 mL de la disolucion acida e introducirlos en un matraz erlenmeyer de 100 mL. Valorar rapidamente con tiosulIato sodico 0,005 M hasta que el color del yodo palidezca. En ese momento añadir 5 mL del indicador de almidon hasta decoloración del mismo. El nº de mg de oxigeno por litro es igual al nº de ml de la solucion 0,005 M de tiosulIato gastados en 50 ml de la muestra, multiplicados por 0,8 (mg de Oxigeno/L de agua sera: X x 0,8). Interferencias: Los resultados pueden verse alterados si hay mucho plancton o grasas en el agua, que absorben yodo. Tambien los alteran los nitritos, iones Ierrosos o los solidos en suspension. FUNDAMENTO: Se basa en la adicion a la muestra, una solucion de manganeso divalente, seguido de un alcali Iuerte. El OD oxida rapidamente una cantidad equivalente del precipitado disperso de hidroxido manganoso divalente a hidroxidos con mayor estado de valencia. En presencia de iones yoduro, en solucion acida, el manganeso oxidado revierte al estado divalente, con liberacion de yodo equivalente al contenido original de OD. Posteriormente se valora el yodo con una solucion patron de tiosulIato. El punto Iinal de la titulacion se puede detectar visualmente con un indicador de almidon. La precision es de ± 50 µg/litro. Medición aproximada de la concentración de oxígeno 1.-En cada tubo se añaden 2 gotas de sulIato de manganeso y dos gotas de hidroxido de sodio. 2.-Se coloca un tapon y se agita. Se Iormara un precipitado de diIerente color, en Iuncion de la concentracion de oxigeno. Para valorar los resultados, consulta la tabla siguiente. Color del precipitado Contenido en oxígeno del agua Grado de contaminación org. Castaño Bueno, mas de 9 mg/l de Ox. Debil o sin contaminacion Amarillo Pobre, de 1 a 9 mg/l de Ox. Contaminacion media Blanco Muy escaso, menos de 1 mg/l Contaminacion muy Iuerte REACCIONES DEL MÉTODO DE WINKLER o Método Yodométrico Fijación y determinación del oxígeno disuelto. El oxigeno disuelto puede reaccionar cuantitativamente con un exceso de hidroxido de manganeso (II), transIormandose rapidamente en hidroxido de manganeso (III): 4 Mn(OH) 2 (s) ¹ O 2 ¹ 2 H 2 O ÷÷÷÷÷ 4 Mn(OH) 3 (s) Al acidiIicar, el hidroxido de manganeso (III) producido oxida al yoduro, Iormandose yodo: 2 Mn(OH) 3 (s) ¹ 2 I - ¹ 6 H ¹ ÷÷÷÷÷ I 2 ¹ 3 H 2 O ¹ 2 Mn 2¹ El yodo producido, equivalente al oxigeno que habia en la muestra, puede ser valorado con tiosulIato sodico, segun la reaccion: I 2 ¹ 2 S 2 O 3 2- ÷÷÷÷÷ 2 I - ¹ S 4 O 6 2- (tetrationato) Debido a que un mol de oxigeno equivale a dos moles de yodo, se requeriran 4 moles de tiosulfato por cada mol de oxigeno disuelto. El nº de mg de Oxigeno/L sera: VALORES de Oxígeno Disuelto. DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DBO) Nivel DBO (en ppm) Calidad del Agua 1 - 2 Muy Buena No hay mucho desecho orgánico presente en la muestra de agua. 3 - 5 Aceptable: Moderadamente Limpia 6 - 9 Mala: Algo Contaminada Generalmente indica que hay materia orgánica presente y que las bacterias están descomponiendo este desecho. 100 ó más Muy Mala: Muy Contaminada Contiene desecho orgánico. Nivel de OD (en ppm) Calidad del Agua 0,0 - 4,0 Mala Algunas poblaciones de peces y macroinvertebrados empezarán a bajar. 4,1 - 7,9 Aceptable 8,0 - 12,0 Buena 12,0 ó más Repita la prueba El agua podría haberse aireado artificialmente.