Titulação de Dureza da Água com Eletrodos Fotométricos

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O que significa Dureza da Água?

A dureza da água refere-se à quantidade de minerais dissolvidos na água e resulta em grande parte do cálcio e do magnésio. Com base na concentração desses minerais dissolvidos, a água pode ser classificada como “mole” ou em graus variados de “dura” (Figura 1), onde tais minerais são inerentes à fonte d’água devido à localização geográfica e composição do terreno.

Figura 1. Faixas de Concentração de dureza da água por litro.

Classificação CaCO3 (mg/L)
Mole ou Branda< 50
Dureza Moderada50 a 150
Dura150 a 300
Muito Dura> 300

Nota: As diretrizes acima tem como base os dados do Manual de Controle de Qualidade da Água para Técnicos que Trabalham em ETAS da FUNASA, disponível em: http://www.funasa.gov.br/. Esta tabela pode ser usada como um guia, pois as classificações de dureza da água podem variar de região para região.

Como saber se tenho água dura?

Se os níveis de dureza forem altos o suficiente para considerar a água “dura”, você poderá sentir os efeitos ao usar sabão. Os altos níveis de cálcio e outros minerais dissolvidos presentes na água dura reagem com o sabão, produzindo menos espuma, reduzindo a eficácia geral do agente de limpeza e, eventualmente, formando depósitos conhecidos como “espuma de sabão”. Se você já lavou muita louça e notou a presença de manchas e/ou películas após a lavagem e secagem, entende as consequências estéticas que a água dura pode ter no processo de limpeza.

Quando a água dura é aquecida, no entanto, esses minerais dissolvidos são mais propensos a precipitar. O agente mais comum é o carbonato de cálcio (CaCO3), que tem o potencial de causar problemas mecânicos caros para usuários de água industriais e domésticos. Esses depósitos são frequentemente chamados de “calcário”; o calcário pode aumentar os custos de aquecimento de água e reduzir a eficiência e a vida útil dos aquecedores elétricos de água e outros equipamentos.

O CaCO3 também pode se acumular nas tubulações, reduzindo a pressão e causando entupimentos. Como tal, a medição da dureza da água é comumente realizada em tratamento de água e aplicações industriais à base de água, como água potável, águas residuais e torres de ebulição e resfriamento.

Cálcio e Magnésio são pontos chave

Ao testar a dureza da água, o cálcio e o magnésio são os dois constituintes usados ​​para determinar a dureza total da água, uma vez que ambos são os principais contribuintes. Os resultados para dureza são expressos em miligramas de CaCO3 equivalentes à quantidade total de cálcio e magnésio presente em um litro de água, ou mg/L CaCO3.

Como faço para testar a dureza da água?

A titulação é o padrão ouro na medição da dureza da água, onde o cálcio e o magnésio formam complexos com o titulante, EDTA. Ao realizar esta titulação com um titulador potenciométrico automático, existem dois meios diferentes de monitorar esta reação: com um eletrodo de íon-seletivo (ISE) de cálcio ou com um eletrodo fotométrico.

O uso de um versus o outro é baseado no objetivo geral de medição e na preferência do usuário, com ambos os métodos apresentando prós e contras (Figura 2). Detalharemos as diferenças entre os dois procedimentos abaixo para ajudá-lo a determinar qual método é mais apropriado para sua aplicação.

Figura 2. Prós e contras da determinação de dureza com um ISE e um eletrodo fotométrico

ISE de CálcioEletrodo Fotométrico
 Prós– Determine cálcio e magnésio em uma titulação (uma amostra).– Necessária mínima manutenção do eletrodo.
– Mudanças mínimas do procedimento de titulação manual.
Contras– Necessário uma manutenção significativamente maior do eletrodo.
– Maiores custos iniciais e recorrentes (ISE, módulos e produtos químicos necessários).
– Requer duas titulações separadas (duas amostras) para determinar a dureza de cálcio e magnésio.

Método ISE de Cálcio

Na presença de buffer TRIS, o ISE de cálcio pode ser usado para detectar cálcio e magnésio em uma titulação, onde cada íon é diferenciado e exibido como seu próprio ponto de equivalência específico (Figura 3).

Eletrodo Combinado de Íon Seletivo (ISE) para Cálcio

Após a conclusão da titulação, os resultados são calculados automaticamente para dureza total, dureza de cálcio e dureza de magnésio. Isso permite que uma amostra seja usada para todos os três analitos, beneficiando os usuários que precisam de um alto rendimento de amostras.

No entanto, este método requer custos iniciais e recorrentes ligeiramente mais elevados para materiais e consumíveis necessários. Além disso, o ISE requer mais tempo para preparação e manutenção do eletrodo, tornando uma curva de aprendizado mais acentuada para aqueles que não estão familiarizados com eletrodos de íons seletivos.

Figura 3. Titulação de dois pontos de equivalência (EQPT) via método ISE de Cálcio,
onde EQPT 1 (7,528 mL) se refere à dureza de cálcio e EQPT 2 (1,682 mL) se refere à dureza de magnésio.

Método Eletrodo Fotométrico

Conforme ditado pelos Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater[1], a dureza total e a dureza do cálcio podem ser determinadas com um indicador de cor, onde a dureza do magnésio é calculada por dedução, conforme visto abaixo:

Dureza de magnésio = Dureza total (Titulação nº 1) – Dureza de cálcio (Titulação nº 2)

Na presença de um corante indicador, a solução de teste mudará de cor, sinalizando o fim da titulação. Os corantes indicadores são usados ​​na titulação manual de dureza e também podem ser usados ​​na titulação automática com o uso de um eletrodo fotométrico. Onde as titulações manuais são frequentemente afetadas por erro humano (devido à determinação subjetiva do ponto final da cor), as titulações automáticas omitem essa subjetividade pelo uso de um eletrodo para detectar a mudança de cor.

Com os eletrodos fotométricos com base nas aplicações da Hanna Instruments, essa detecção alternativa de indicadores de cores agora está mais acessível e econômica do que nunca.

Os quatro eletrodos fotométricos diferentes em comprimentos de onda variados reduzem significativamente o custo da determinação fotométrica. Os eletrodos fotométricos exigem manutenção mínima e custos recorrentes significativamente mais baixos, onde, para os clientes que atualmente testam por titulação manual, os procedimentos atuais e os produtos químicos podem ser transferidos facilmente para a automação. No entanto, para determinar todos os constituintes de dureza com esta metodologia, são necessárias duas titulações separadas (e, portanto, duas amostras separadas).

Para alguns, isso pode ser problemático para processamento de alto rendimento ou quando há limitações com baixo volume de amostra.

Figura 4. Procedimento de Determinação de Dureza por Método ISE e por Método Fotométrico.

Uma rápida recapitulação

Para resumir, ao pesquisar opções para automação interna da dureza da água, é importante considerar os meios e objetivos de fazê-lo:

  1. Você está atualmente realizando titulações manuais e prefere limitar as alterações no procedimento?
  2. Você tem um alto rendimento (>25) de amostras por dia?
  3. Quanto tempo será destinado aos testes diários?
  4. A maioria das amostras requer dureza total e dureza de cálcio e magnésio?
  5. Qual é a formação técnica daqueles que realizam os testes?

Ao responder a essas perguntas, você estará mais bem equipado para determinar qual metodologia é mais apropriada para sua aplicação e organização.

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Para obter mais informações sobre como a Hanna Instruments pode ajudá-lo com suas titulações de dureza, entre em contato conosco através do e-mail [email protected].

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Referências

[1] Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater Methods 2340 C. e 3500-Ca D., Método Titrimétrico EDTA

Capa: Water effect photo created by freepik – www.freepik.com

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