Cuando se analiza el color verdadero del agua, la atención suele concentrarse en la tonalidad de la muestra o en las mediciones espectrofotométricas. Sin embargo, existe otra variable que aporta información fundamental para interpretar correctamente el resultado: el pH.
El pH describe la condición ácida, neutra o alcalina de una muestra y puede influir en el comportamiento químico de las sustancias disueltas responsables del color. Algunos compuestos pueden cambiar su estructura, estado de ionización, solubilidad o propiedades ópticas cuando cambia el pH.
Por esta razón, en el análisis de color verdadero no basta con saber cuánto absorbe una muestra a determinada longitud de onda. También es importante conocer bajo qué condiciones químicas se realizó esa medición.
En México, esta relación se contempla en la NMX-AA-017-SCFI-2021, método para la medición del color verdadero mediante coeficientes de absorción espectral en aguas naturales, residuales, residuales tratadas y marinas.
El pH es una magnitud relacionada con la actividad de los iones hidrógeno en una solución acuosa. Se expresa comúnmente mediante una escala en la que los valores inferiores a 7 se consideran ácidos y los superiores a 7, alcalinos, mientras que un valor de 7 corresponde a neutralidad en condiciones específicas.
Aunque esta explicación resulta útil para comprender el concepto, en el laboratorio el pH representa mucho más que saber si una muestra es "ácida" o "alcalina".
Numerosas sustancias pueden existir en diferentes formas químicas dependiendo del pH.
Cuando este cambia, algunos compuestos pueden protonarse o desprotonarse, modificar su solubilidad, reaccionar con otras especies o formar diferentes estructuras químicas.
Estas modificaciones pueden afectar la manera en que una sustancia interactúa con la luz.
El color que percibimos se produce, en parte, porque ciertas sustancias absorben determinadas regiones del espectro visible.
Si un cambio de pH modifica la estructura electrónica o el estado químico de una molécula, también puede modificar su espectro de absorción.
Esto significa que una muestra puede presentar diferencias en su absorción espectral cuando cambian sus condiciones químicas, aun cuando el compuesto responsable siga estando presente.
Por eso, el pH proporciona contexto para interpretar una medición de color verdadero.
Antes de profundizar en la relación con el pH, es importante recordar qué se está midiendo.
El color verdadero corresponde al color asociado con las sustancias disueltas presentes en una muestra, después de retirar la materia suspendida que podría interferir en la determinación.
Una muestra puede contener sedimentos, partículas coloidales, algas u otros materiales que alteran su apariencia.
Estos componentes contribuyen al denominado color aparente.
Para evaluar el color verdadero es necesario reducir la influencia de esas partículas y concentrarse en las sustancias disueltas.
La NMX-AA-017-SCFI-2021 contempla la filtración mediante una membrana con tamaño de poro de 0.45 µm.
Después de esta preparación se realiza la determinación correspondiente, incluyendo la medición del pH de la muestra filtrada.
Porque interesa conocer las condiciones de la misma fracción de muestra sobre la cual se realiza la evaluación del color verdadero.
De esta manera, el resultado de pH proporciona información complementaria sobre el medio químico en el que se encuentran las sustancias disueltas responsables de la absorción.
El fenómeno puede explicarse mediante la química de las moléculas presentes.
Muchas sustancias contienen grupos funcionales capaces de ganar o perder protones dependiendo del pH.
Cuando una molécula se protona o desprotona, puede modificarse la distribución de electrones dentro de su estructura.
En sustancias que absorben radiación visible, este cambio puede afectar las transiciones electrónicas responsables de la absorción de luz.
Como consecuencia, puede cambiar:
El pH también puede modificar la solubilidad de determinados compuestos.
Una especie que permanece disuelta bajo ciertas condiciones puede precipitar o cambiar de forma química cuando el pH se modifica.
Si cambia la fracción disuelta de una sustancia, también puede cambiar la cantidad de material que contribuye al color verdadero.
Esta es otra razón por la que el pH no debe considerarse un dato independiente.
La materia orgánica disuelta es una fuente importante de color en numerosos cuerpos de agua.
Sustancias derivadas de la degradación de vegetación y otros materiales naturales pueden generar tonalidades amarillas o cafés.
Parte de esta materia orgánica contiene grupos químicos sensibles a las condiciones ácido-base.
Cuando cambia el pH, pueden producirse modificaciones en su estado de ionización y en sus propiedades ópticas.
Las aguas naturales y residuales contienen mezclas complejas.
Por ello, no existe una regla sencilla como "si aumenta el pH, siempre aumenta el color".
Dos aguas con el mismo pH pueden presentar comportamientos espectrales completamente diferentes si contienen sustancias distintas.
El análisis debe realizarse considerando tanto el pH como los resultados de absorción y el origen de la muestra.
El pH también puede modificar el comportamiento de algunos metales presentes en sistemas acuosos.
Elementos como hierro y manganeso pueden encontrarse en diferentes estados químicos dependiendo de factores como pH, potencial de oxidación-reducción y composición del agua.
Las condiciones del medio pueden favorecer que determinadas especies permanezcan disueltas o formen precipitados.
Esto puede modificar tanto el color como la turbidez y otras características de la muestra.
Una tonalidad rojiza o amarillenta podría ser compatible con la presencia de determinadas especies de hierro, pero el color no constituye una prueba de identidad química.
Si existe interés en conocer la concentración de hierro, manganeso u otro elemento, debe utilizarse el método analítico correspondiente.
El análisis de color verdadero caracteriza una propiedad óptica; no sustituye un análisis químico específico.
En México, la NMX-AA-017-SCFI-2021 establece el método para medir color verdadero mediante coeficientes de absorción espectral en aguas naturales, residuales, residuales tratadas y marinas.
La metodología contempla la preparación de la muestra mediante filtración y la determinación del pH de la muestra filtrada.
El método caracteriza la absorción espectral a tres longitudes de onda:
436 nm, 525 nm y 620 nm.
Cada una corresponde a una región diferente del espectro visible.
La comparación de estas mediciones permite obtener información sobre el comportamiento óptico de las sustancias disueltas presentes.
El pH ayuda a documentar las condiciones químicas bajo las cuales se obtuvo ese perfil espectral.
Por ejemplo, dos muestras podrían presentar valores de absorción comparables, pero encontrarse a pH diferentes.
Esta información puede ser relevante al comparar descargas, estudiar cambios de proceso o interpretar tendencias históricas.
Las aguas residuales industriales pueden experimentar variaciones considerables de pH debido a los procesos que las generan.
Operaciones de limpieza, neutralización, producción, dosificación de reactivos y tratamiento pueden modificarlo.
Supongamos que una empresa mantiene históricamente un determinado perfil de color verdadero y un rango relativamente estable de pH.
Posteriormente observa que ambos parámetros comienzan a cambiar.
Esto no permite concluir automáticamente qué ocurrió, pero aporta información útil para investigar.
Puede ser necesario evaluar cambios en materias primas, formulaciones, dosificación de productos químicos, operaciones de limpieza, tratamiento de aguas residuales o incorporación de nuevas corrientes al efluente.
Los resultados analíticos son más útiles cuando pueden compararse con las condiciones reales de operación.
Así, el laboratorio se convierte en una herramienta para detectar desviaciones y no únicamente en una fuente de reportes.
Cuando una muestra llega al laboratorio, su composición representa determinadas condiciones del sistema del que fue obtenida.
Modificar esas condiciones puede alterar equilibrios químicos.
Agregar ácidos o bases puede provocar cambios en:
Por ello, cualquier preparación, conservación o tratamiento debe seguir el procedimiento establecido para el método aplicable.
Un resultado confiable comienza mucho antes de colocar una muestra en un espectrofotómetro.
Errores durante cualquiera de estas etapas pueden producir resultados que no representen adecuadamente las condiciones originales del agua.
El mayor valor aparece cuando ambos parámetros se analizan dentro de un contexto.
No se trata simplemente de observar si el pH es alto o bajo y si el color aumentó o disminuyó.
Para una industria, puede ser útil mantener registros periódicos de:
pH + color verdadero a 436 nm + color verdadero a 525 nm + color verdadero a 620 nm.
Con el tiempo, esta información permite establecer el comportamiento habitual del efluente.
Si cambia uno o varios de estos valores, puede iniciarse una investigación sobre las condiciones de operación.
La comparación histórica permite reconocer cuándo una descarga comienza a comportarse de manera diferente.
Esta capacidad de detección es especialmente valiosa dentro de un programa preventivo de control ambiental.
El pH y el color verdadero del agua están relacionados a través de la química de las sustancias presentes en la muestra.
Cambiar las condiciones ácido-base puede modificar el estado de ionización, solubilidad y comportamiento espectral de determinados compuestos. Por ello, conocer el pH ayuda a interpretar las condiciones bajo las cuales se obtuvieron las mediciones de absorción.
En el caso de aguas residuales industriales, evaluar ambos parámetros también puede ayudar a reconocer cambios en procesos, tratamientos y características de las descargas.
El color indica cómo una muestra interactúa con la luz. El pH ayuda a comprender el entorno químico en el que ocurre esa interacción.
Analizarlos de forma conjunta permite obtener una visión más completa del comportamiento del agua.
Si tu empresa necesita realizar la medición de color verdadero en agua, evaluar el pH de sus muestras o fortalecer su programa de caracterización de aguas residuales, Orozco Lab puede ayudarte.
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Medir un parámetro proporciona un dato; entender cómo se relaciona con los demás permite convertirlo en información útil para el control ambiental.
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