¿Qué es la alcalinidad?

La alcalinidad o basicidad del agua, es la medida de la capacidad para neutralizar ácidos. A diferencia del pH, que indica si una solución es un ácido o una base, la alcalinidad expresa cuánto ácido puede absorber una solución sin cambiar el pH. Es esencialmente, la capacidad amortiguadora de una solución. Por lo tanto, las soluciones con baja alcalinidad tienen una menor capacidad de amortiguación y cambian el pH con bastante rapidez cuando se agrega algo ácido.

En las fuentes de agua naturales, la alcalinidad varía según la ubicación geográfica. La geología del área influye directamente en la cantidad de alcalinidad. Los minerales de las rocas y el suelo circundantes son los principales responsables. Por ejemplo, las áreas con una alta frecuencia de piedra caliza tendrán una alcalinidad mucho más alta que las áreas que tienen una alta frecuencia de granito. Al medir la alcalinidad, los resultados se muestran como ppm de carbonato de calcio (CaCO₃). Los iones de hidróxido (OH^–), los iones de bicarbonato (HCO₃^–) y los iones de carbonato (CO₃^2-) contribuyen a la alcalinidad del agua.

¿Por qué medir la alcalinidad? 

La alcalinidad es importante en una variedad de industrias. Todo, desde acuarios y acuicultura hasta enchapado y tratamiento de agua, requiere pruebas de alcalinidad. No conocer la alcalinidad del agua en varios campos puede tener consecuencias y resultados desastrosos para el producto final. Vigilar correctamente la alcalinidad puede ahorrar tiempo, materiales y dinero a los usuarios y operadores.

Alcalinidad en agua potable.

La alcalinidad puede influir en cómo se debe tratar el agua durante todo el proceso de tratamiento de agua. La importancia de la alcalinidad es significativa en los fenómenos de coagulación y ablandamiento, así como en la prevención de la corrosión. Por lo general, se mide en el agua de la fuente y en el agua de distribución, aunque también se puede medir en la etapa de coagulación y floculación.

Cuando la alcalinidad del agua que pasa a través del proceso de tratamiento de agua potable es lo suficientemente alta, el agua se amortiguará contra cambios volátiles de pH. Esto es importante debido a que diferentes coagulantes utilizados para eliminar los contaminantes del agua potable, pueden provocar que el pH del agua baje. Si el pH llega a bajar demasiado, será necesario realizar ajustes antes de las etapas posteriores. Esto haría que se utilizara más tiempo y recursos para el tratamiento del agua. Idealmente, se requiere por lo menos 110 mg/L de CaCO₃ para amortiguar el agua durante la etapa de coagulación. Al conocer la cantidad de alcalinidad en el agua tratada, los operadores pueden ajustar de manera proactiva la dosis de coagulante, el pH del agua y la alcalinidad.

Aplicación

La alcalinidad presente en el agua se mide por titulación con una solución valorada y depende de la concentración de los iones hidroxilo (OH^–), carbonato (CO₃^–) y bicarbonato (HCO₃^–).

El minititulador HI84531-01 representa una forma asequible de automatizar las valoraciones de alcalinidad. Cuenta con una bomba dosificadora de precisión que permite detectar el punto final con un electrodo de pH con cuerpo de vidrio. El equipo viene con todos los reactivos necesarios para realizar cada prueba. Los reactivos pre-estandarizados le permiten medir en el intervalo bajo (300 – 400 mg/L CaCO₃) y el intervalo alto (300 – 400 mg/L CaCO₃). No hay necesidad de utilizar material de vidrio volumétrico o balanzas analíticas, ya que todos los reactivos vienen preparados y envasados incluyendo las soluciones de titulación valoradas y la solución de calibración de la bomba. Además, este minititulador también se puede utilizar como medidor de pH o mV.

A continuación, se muestra una tabla con las especificaciones del minititulador para alcalinidad de agua HI84531-01

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Las piscinas de agua salada han ido en aumento para un uso comercial y residencial. En estas piscinas se emplean cloradores salinos, se convierte el cloruro de sodio (NaCl) en cloro sin necesidad de usar grandes cantidades de hipoclorito de sodio o cloro en polvo. En estas piscinas es necesario instalar un dispositivo que consta de una celda y dos electrones, en donde se lleva a cabo la electrólisis para producir cloro a partir de agua salada.

Esto se ha preferido en lugar de la cloración tradicional debido a los beneficios físicos, así como por sus propiedades curativas. El agua salada no reseca la piel, no decolora el traje de baño, no daña los ojos ni daña el cabello. La calidad del aire cercano a la piscina también mejora, ya que el olor a cloro típico de las piscinas no está presente en las piscinas de agua salada. El porcentaje de sal en estas piscinas está típicamente entre 3.3 – 3.5 ppt de NaCl.

Las piscinas de hidroterapia, de flotación y los tanques de aislamiento se usan frecuentemente para la terapia física y mental. En estos tanques la cantidad de sal disuelta es muy alta (del orden de 35%), y se emplea una mezcla de sales como el cloruro de sodio y sulfato de magnesio. El alto contenido de sal de estas piscinas aumenta el efecto de flotación del ser humano, permitiéndoles realizar diferentes ejercicios con una menor resistencia comparado con las piscinas tradicionales. Generalmente se calienta el agua a 32-35°C; esto acerca su temperatura a la del cuerpo humano. Los tanques de flotación y aislamiento son más pequeños y típicamente son a prueba de luz. Se usan para tratar males como la migraña, el estrés y la ansiedad. Las piscinas de hidroterapia son más grandes, pero no incluyen ningún dispositivo para aislar la luz ni el sonido. Estos tanques se usan para el tratamiento de dolores crónicos y fibromialgia, así como otros tipos de terapia física debido a la facilidad de movimiento que se tiene dentro del tanque.

Aplicación

En las piscinas de agua salada es muy importante controlar los parámetros como: el nivel de sal en el agua, el cual se requiere realizarlo constantemente ya que la sal no se evapora por lo tanto, las perdidas de sal no serán considerables; la temperatura del agua, la cual debe mantenerse a 15°C para que se produzca el hipoclorito de sodio; el pH, que debe estar en valores cercanos a 7, ya que si es superior el desinfectante perderá su efectividad, y si es menor a este valor, el electrodo del clorador salino se puede deteriorar rápidamente.

El fotómetro de mesa HI83303 de Hanna Instruments es ideal para esta aplicación. Cuenta con 20 métodos diferentes programados para medir hasta 12 parámetros diferentes, entre lo que se encuentran la alcalinidad de agua de mar, cloro libre, cloro total y pH, parámetros que son importantes controlar en las piscinas de agua salada.

El equipo incluye un método colorimétrico para medir el pH, sin embargo, tiene la capacidad de conectar un electrodo de pH para medirlo de forma potenciométrica y obtener una medición más exacta y con un intervalo más amplio. Para estos propósitos se recomienda el uso del electrodo de pH HI11310. Gracias a los avisos de la función Cal Check, el mantenimiento del electrodo se vuelve más sencillo, ya que advierten al usuario sobre cualquier problema potencial durante el proceso de calibración. El equipo también cuenta con una función de registro de datos, que permite guardar las mediciones e identificar fácilmente cada una de ellas.

El fotómetro HI83303 y el medidor de pH HI11310 proporcionan un solución completa y confiable para todas las necesidades de medición en las piscinas de agua salada utilizadas para hidroterapia.

 A continuación, se muestra una tabla con las especificaciones del fotómetro de mesa HI83303.

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El chocolate se prepara con los granos del cacao, y aunque originalmente fue un producto muy selecto, ahora se le consume comúnmente en diversas formas alrededor de todo el mundo. El cacao fue ampliamente usado en América del Sur por los mayas, y más tarde fue llevado a España donde ganó gran popularidad. Con el tiempo se empezaron a abrir comercios llamados “casas del chocolate” por toda Europa, y se comenzaron a fabricar diversos dulces y postres a partir de los granos del cacao. Hoy más de 3 millones de toneladas de granos de cacao se consumen anualmente, de los cuales el 90% provienen de pequeños productores. Su consumo va de los pasteles preparados con chocolate hasta las bebidas calientes, incluyendo una gran variedad de dulces y especialidades que se disfrutan en muchos países.

Los árboles de cacao se pueden encontrar a lo largo del Ecuador. Como resultado de la constante humedad y calidez del clima, estos árboles producen vainas de cacao durante todo el año. Sin embargo solo hay dos grandes cosechas en este período. Las vainas de cacao se recogen manualmente, se les abre y se les extrae la pulpa y las semillas. Dichas semillas se colocan en cajas de madera, permaneciendo allí para una fermentación durante 9 días. Después se les deshidrata, se les empaca en sacos de yute, y se les envía a las plantas de procesamiento. En dichas plantas las semillas se muelen y se les separa la cáscara,  quedando un material llamado puntillas. Estas puntillas son molidas para preparar una pasta gruesa llamada licor de chocolate, el cual se emplea para generar el polvo de cacao, la manteca de cacao y el chocolate sin azúcar.

Existen una serie de análisis que se pueden realizar al polvo de cacao para determinar su calidad.

El contenido de ceniza del polvo del cacao puede proporcionar datos valiosos acerca de la región en que se ha cultivado el cacao, de su calidad, del nivel de adulteración y de la cantidad de minerales presentes.

El contenido de ceniza del dicho polvo tiene valores típicos entre 4 y 14%, mientras que los  productos de alta calidad se encuentran en valores menores al 8%. Para determinar el contenido de cenizas, el polvo de cacao se pesa y se le incinera para eliminar toda materia orgánica. La ceniza resultante es pesada nuevamente y se le expresa en porciento peso.

Esta prueba se realiza de manera común para determinar el nivel de pureza. Durante este proceso de generación de ceniza todos los citratos, tartratos y malatos presentes se convierten en carbonatos, lo cual incrementará el valor de la alcalinidad. La determinación de la alcalinidad de las cenizas indica no solo los carbonatos presentes, sino también la adulteración mineral potencial del cacao si existe un valor excesivo de este parámetro. La alcalinidad de la ceniza se expresa como un porcentaje en peso de óxido de potasio (K₂O). El polvo de cacao de alta calidad tiene una alcalinidad menor del 1% K₂O/100g de ceniza, y puede tener hasta un 6% K₂O/100g de ceniza.

Aplicación

Los encargados de un programa de educación sobre alimentos contactaron a Hanna Instruments para caracterizar la calidad de su materia prima de polvo de cacao. El cliente deseaba seguir el método AOAC972.15. Para el proceso de incinerado del cacao, se pesa  una muestra de 2-5 gramos de polvo de cacao, y es incinerado a 600ºC con el objeto de quemar toda la materia orgánica y los componentes volátiles. La ceniza resultante se seca completamente y se pesa para determinar efectivamente la ceniza pura presente. Después del proceso de incineración, el programa de educación siguió el método AOAC975.11 para determinar la alcalinidad de la ceniza soluble e insoluble.

Para la determinación de la alcalinidad de la ceniza soluble en agua, se le mezcla con 10mL de agua desionizada y se le calienta casi hasta ebullición. La solución se filtra y se le titula con ácido clorhídrico (HCl) 0.1m, hasta el punto final de anaranjado de metilo que es el pH 3.8.

Para la determinación de la alcalinidad de la ceniza insoluble en agua, la ceniza que queda en el filtro del paso anterior se recupera y se incinera por 30 minutos a 600ºC. La muestra se enfría y se realizan adiciones de 10 mL de agua desionizada y 10 mL de HCl 0.5M. Se calienta la muestra hasta ebullición y se enjuaga en un vaso con agua desionizada. El vaso se coloca en un baño de ebullición con agua por 15 minutos con agitación constante antes de la titulación. El exceso de HCl se retro titula con hidróxido de sodio (NaOH) 0.1M hasta el punto final del verde de bromocresol que es el pH 4.5. Los resultados para las cenizas solubles e insolubles se reportan como alcalinidad en mL ácido/100g de muestra.

El titulador automático HI902 con dos bombas fue una gran solución para este cliente, ya que le permitió determinar ambos valores de alcalinidad para cenizas solubles e insolubles. El titulador se suministró con el electrodo de pH HI1131B por su cuerpo de vidrio y doble unión de referencia. Debido a que este cliente usaba dos titulantes diferentes para este procedimiento, el uso de dos buretas le ahorró tiempo y costos de los químicos usados debido a que no tenían que enjuagar y cebar la bureta con un nuevo titulante cada vez que cambiaban de un método a otro. El cliente apreció la capacidad del equipo para crear dos métodos personalizados a punto final definido para los dos tipos de alcalinidades, con cálculos genéricos personalizable y reportar en sus unidades preferidas de mL de ácido/100g de muestra. Eligieron usar la función del “método ligado” del titulador para realizar la primer titulación de alcalinidad de cenizas solubles en agua, cambiaban el vaso de muestra, y después iniciar manualmente la titulación para determinar la alcalinidad de las cenizas insolubles en agua. El cliente apreció que esta función facilitara observar la relación que existe entre una prueba y otra para propósitos de trazabilidad de los resultados. La capacidad de transferir los valores por medio de un puerto USB también les permitió administrar los datos y medir la calidad del polvo de cacao recibido a lo largo del tiempo.

Sistema de titulación automático (pH/mV/ISE) con una tarjeta analógica

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