Métodos de determinación de nitratos y fosfatos en muestras de agua: análisis y aplicaciones ambientales

El análisis de nitratos (NO₃⁻) y fosfatos (PO₄³⁻) en muestras de agua es fundamental para evaluar la calidad del recurso hídrico y determinar su grado de contaminación. Estas especies químicas, aunque esenciales para la vida vegetal, en exceso pueden generar graves desequilibrios ecológicos, como la eutrofización de lagos y ríos.

Por ello, los laboratorios ambientales y de investigación aplican distintos métodos analíticos para cuantificar su concentración, desde técnicas colorimétricas hasta sistemas automatizados de espectrofotometría o cromatografía iónica.

En este artículo exploraremos los principales métodos de determinación de nitratos y fosfatos, sus fundamentos, equipos utilizados y consideraciones prácticas para obtener resultados confiables y reproducibles.

Importancia de medir nitratos y fosfatos en el agua

Los nitratos y fosfatos son nutrientes esenciales, pero en exceso actúan como contaminantes agrícolas e industriales.

• 🧪 Nitratos: provienen del uso excesivo de fertilizantes, aguas residuales o descomposición de materia orgánica.

• 💧 Fosfatos: suelen originarse por detergentes, residuos de industrias alimentarias o escorrentía agrícola.

Altas concentraciones de estos compuestos pueden provocar:

• Proliferación de algas y cianobacterias.

• Disminución del oxígeno disuelto en el agua.

• Mortalidad de peces y otros organismos acuáticos.

• Riesgos para la salud humana (como la metahemoglobinemia por exceso de nitratos).

Por ello, su determinación analítica es parte obligatoria de los programas de monitoreo ambiental establecidos por normas como la ISO 7890, la APHA 4500, y la EPA 365.1.

Determinación de nitratos en laboratorio

1. Método colorimétrico con ácido salicílico o sulfanílico

Es uno de los métodos más usados en laboratorios de rutina. Se basa en la formación de un compuesto coloreado cuya intensidad se mide espectrofotométricamente.

Principio:
Los nitratos reaccionan con ácido salicílico (o sulfanílico) en medio ácido para formar un derivado nitroaromático que presenta una coloración amarilla.
La absorbancia se mide a 420-430 nm y se compara con una curva de calibración.

Ventajas:

• Económico y rápido.

• No requiere equipos sofisticados.

• Apto para aguas naturales y potables.

Limitaciones:

• Interferencia por nitritos y materia orgánica.

• Sensible a la temperatura y pH de la muestra.

2. Método del cadmio reducido (EPA 353.2)

Principio:
Los nitratos se reducen a nitritos al pasar por una columna de cadmio activado. Luego, los nitritos reaccionan con sulfanilamida y N-(1-naftil)-etilendiamina para formar un colorante azoico medido a 543 nm.

Ventajas:

• Alta sensibilidad (hasta 0.01 mg/L).

• Aprobado por la EPA y APHA.

Limitaciones:

• Uso de metales pesados (cadmio).

• Requiere manipulación cuidadosa y calibración precisa.

3. Método por electrodo selectivo de iones (ISE)

Principio:
Mide la actividad iónica del nitrato mediante un electrodo selectivo que genera un potencial eléctrico proporcional a la concentración.

Ventajas:

• Lecturas rápidas y reproducibles.

• Ideal para análisis en campo.

• No requiere reactivos colorimétricos.

Limitaciones:

• Requiere calibración frecuente.

• Sensible a interferencias iónicas.

Determinación de fosfatos en laboratorio

1. Método colorimétrico del azul de molibdeno (fosfomolibdato)

Principio:
El fosfato reacciona con molibdato de amonio en medio ácido, formando ácido fosfomolíbdico. Este se reduce con ácido ascórbico o estañoso, generando un color azul intenso medido a 880 nm.

Ventajas:

• Método clásico y confiable.

• Sensible hasta concentraciones de 0.01 mg/L.

• Aprobado por APHA y EPA.

Limitaciones:

• Interferencia de silicatos o arseniatos.

• Requiere filtrado previo de muestras turbias.

2. Método del ácido vanadomolíbdico

Principio:
El fosfato reacciona con molibdato de amonio y vanadato de amonio en medio ácido, produciendo un color amarillo intenso.
La absorbancia se mide a 400–450 nm.

Ventajas:

• No requiere reactivos reductores.

• Adecuado para aguas con alto contenido de fosfatos.

Limitaciones:

• Menos sensible que el método azul de molibdeno.

• No detecta concentraciones muy bajas.

3. Espectrofotometría UV directa

Algunos equipos modernos permiten la detección directa de fósforo total mediante espectrofotometría UV, tras una digestión previa con persulfato.
Es ideal para laboratorios automatizados o de control ambiental.

Equipos necesarios

• Espectrofotómetro UV-Visible.

• Cubetas de cuarzo o vidrio óptico.

• Reactivos normalizados (según método).

• Pipetas automáticas calibradas.

• Baño termostatado (para digestiones).

• Electrodo selectivo (para método ISE).

Buenas prácticas para un análisis confiable

1. Filtrar la muestra (0.45 μm) antes del análisis para eliminar sólidos suspendidos.

2. Evitar contaminación cruzada entre muestras o reactivos.

3. Usar material de vidrio o plástico libre de fósforo.

4. Preparar soluciones patrón frescas y conservarlas refrigeradas.

5. Registrar temperatura y pH de la muestra, ya que influyen en la solubilidad.

6. Calibrar los equipos antes de cada jornada de trabajo.

Interpretación de resultados

Según la OMS (Organización Mundial de la Salud) y la EPA, los valores máximos recomendados son:

Superar estos niveles indica contaminación por fertilizantes, aguas residuales o fuentes industriales, lo que puede afectar tanto el ecosistema como la salud humana.

Preguntas frecuentes (FAQ)

1. ¿Puedo usar el mismo método para agua dulce y salada?
No siempre. La salinidad puede interferir con los reactivos colorimétricos, por lo que es recomendable aplicar métodos específicos o usar curvas de calibración adaptadas.

2. ¿Cuánto tiempo puedo conservar una muestra antes del análisis?
Generalmente, las muestras deben refrigerarse a 4 °C y analizarse en un plazo máximo de 24 horas para evitar degradación biológica.

3. ¿Qué significa “fósforo total”?
Incluye todas las formas de fósforo presentes en la muestra (orgánicas e inorgánicas), tras una digestión previa.

4. ¿Es posible automatizar estos métodos?
Sí. Muchos laboratorios usan autoanalizadores de flujo segmentado (FIA) o cromatografía iónica, que permiten mayor precisión y rapidez.

5. ¿Qué pasa si los resultados varían mucho entre ensayos?
Puede deberse a errores de calibración, interferencias químicas o deterioro de reactivos. Es clave realizar controles de calidad internos con estándares certificados.

La determinación de nitratos y fosfatos en muestras de agua es una de las pruebas más importantes para el monitoreo ambiental. Conocer su concentración permite evaluar la salud de los ecosistemas acuáticos y prevenir procesos de contaminación.

Seleccionar el método adecuado depende del tipo de muestra, el rango de concentración esperado y los recursos del laboratorio. Ya sea mediante técnicas colorimétricas tradicionales o equipos automatizados, lo esencial es mantener una calibración constante, aplicar buenas prácticas de laboratorio y garantizar la trazabilidad de los resultados.

Un análisis preciso no solo contribuye a la ciencia, sino también a la protección del medio ambiente y la calidad del agua que todos compartimos.