¿Cómo se determinan los iones en una muestra de agua? La cromatografía iónica.
Escrito por Quimitube el 5 abril
Cuando debemos analizar los cationes y los aniones de un agua de consumo humano, o bien de una fuente de agua primaria a la que se le debe efectuar un tratamiento para potabilizarla, como por ejemplo un agua de un cauce superficial o agua subterránea, existen diversos métodos para ello. Por ejemplo, en las aguas subterráneas de las Islas Baleares se analizan de forma mensual los nitratos (NO3–) y los cloruros (Cl–). Cuando únicamente analizamos estos dos aniones, utilizamos técnicas específicas para ellos. Como veremos en otras entradas relativas a su análisis, los nitratos se suelen analizar por espectrofotometría ultravioleta (es una técnica realmente sencilla, ya os la explicaré) y los cloruros por valoración potenciométrica con nitrato de plata en medio ácido, precipitando el cloruro de plata, AgCl (no tan sencilla como la determinación de nitratos pero tampoco muy compleja).
No obstante, cuando queremos hacer un análisis más exhaustivo, y ampliar el número de iones que determinamos, hay una técnica analítica que es sin duda la reina del laboratorio: la cromatografía iónica. Se trata de una técnica muy fiable que permite determinar, por un lado, el grupo de los cationes y, por otro, el grupo de los aniones.
Determinación de cationes por cromatografía iónica
Se pueden determinar los cationes siguientes: Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+, Li+, Ba2+, Sr2+, es decir, calcio, magnesio, sodio, potasio, amonio, litio, bario y estroncio. El método de determinación cromatográfica de estos iones viene descrito en la norma UNE-EN ISO 14911. Es aplicable a cualquier tipo de aguas.
El fundamento de la determinación de los cationes es la separación por cromatografía líquida con una columna de separación que utiliza como fase estacionaria un intercambiador catiónico de baja capacidad. Como fase móvil se emplean, generalmente, soluciones acuosas de ácidos débiles mono o dibásicos (eluyente). Para la determinación se inyecta la muestra de agua en la corriente de disolvente y pasa a través de la columna cromatográfica de intercambio iónico. Los iones se van separando en función de sus afinidades relativas por la columna.
La detección se efectúa con un detector conductimétrico. Es esencial que los eluyentes tengan una conductividad lo suficientemente baja. Por esta razón, con frecuencia se combina el detector conductimétrico con un sistema supresor (una columna supresora cambiadora de aniones) que disminuya la conductividad del eluyente y transforme los cationes separados en sus correspondientes bases.
Algunos ejemplos de eluyentes que se utilizan en el proceso son la combinación de ácido clorhídrico/DAP (clorhidrato de ácido DL-2,3-diaminopropiónico) o el ácido metanosulfónico.
Determinación de aniones por cromatografía iónica
Se pueden determinar los aniones siguientes: Cl–, SO42-, NO3–, PO43-, F–, NO2–, I–, Br–, SO32-, S2-, ClO3–, SCN–, S2O32-, ClO2–, es decir, cloruro, sulfato, nitrato, fosfato, fluoruro, nitrito, yoduro, bromuro, sulfito, sulfuro, clorato, tiocianato, tiosulfato y clorito. El método para la determinación de estos aniones viene descrito en la norma UNE-EN ISO 10304, que tiene diversas partes, para aguas residuales y para aguas poco contaminadas, por lo que se puede aplicar, con particularidades, a aguas de muy distinta procedencia. De todos los métodos de análisis de aniones, sólo la cromatografía iónica proporciona una técnica instrumental única que se puede utilizar para hacer una medida secuencial y rápida. También se usa la cromatografía líquida con supresión química de la conductividad, utilizando en este caso una columna supresora cambiadora de cationes tras la separación. También se debe atenuar la conductividad de fondo del eluyente, que en este caso suele ser una solución de carbonato de sodio o carbonato-bicarbonato. Los iones separados por la columna cromatográfica pasan posteriormente a una columna supresora, en la cual se transforman en su forma ácida de alta conductividad, y el disolvente carbonato-bicarbonato se convierte en ácido carbónico débilmente conductor.
En ambos casos, los iones se detectan por conductividad y se identifican sobre la base del tiempo de retención, comparado con los patrones. La determinación cuantitativa se realiza midiendo la altura del pico o el área que éste delimita e interpolando en una curva de calibrado adecuada.
Otros aniones importantes en el análisis de aguas, como silicato, carbonato o bicarbonato, no se determinan mediante cromatografía, por lo que en otras entradas veremos sus métodos específicos de determinación.