Análisis de nutrientes en aguas estuáricas. Efecto de la salinidad

Nutrient analysis in estuarine water. Effect of salinity

M. Arjonilla^1* y J. Blasco¹

¹ Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía (CSIC), Campus Río San Pedro, 11510 Puerto Real, Cádiz, España. *E-mail: manuel.arjonilla@icman.csic.es

Recibido en noviembre de 2001;
aceptado en diciembre de 2002.

Resumen

Los equipos automatizados de flujo continuo son instrumentos frecuentes en el análisis de nutrientes en laboratorios costeros y en buques oceanográficos. La determinación de la concentración de los micronutrientes (amonio, nitritos, nitratos, silicatos y fosfatos) requiere la evaluación precisa de aquellas variables que pueden que afectar a su medida. En este sentido, la salinidad es un parámetro que es necesario considerar, habida cuenta del amplio intervalo de variación que puede presentar en ecosistemas estuáricos, entre 0 y 36. En este trabajo se analiza el efecto de este parámetro en la determinación de los nutrientes: amonio, nitritos, fosfatos y silicatos. Los resultados analizados ponen de manifiesto que este parámetro no afecta a la medida de nitritos y fosfatos, mientras que sí lo hace para el amonio y silicato. Se señalan también aplicaciones prácticas a la medida de nutrientes en muestras en un amplio intervalo de salinidad.

Palabras clave: amonio, nitritos, fosfatos, silicatos, salinidad, autoanalizador.

Abstract

The continous flow autoanalyzer is an instrument commonly used for nutrient analysis in coastal laboratories and oceanographic vessels. The determination of micronutrient concentrations (ammonium, nitrites, nitrates, silicates and phosphates) makes it necessary to evaluate precisely how variables can affect this measure. In this sense, salinity is a parameter which must be considered, due to its wide range of variation (0-36) in estuarine ecosystems. In this work, the effect of salinity on nutrient (ammonium, nitrites, silicates and phosphates) determination is analyzed. The results show that salinity does not affect the measure of nitrites and phosphates, whereas ammonium and silicates are affected. Practical considerations of nutrient measurement with samples of different salinities are pointed out.

Introducción

La introducción, en la década de los sesenta de equipos automatizados de flujo continuo para el análisis de nutrientes en muestras de aguas naturales (Brewer y Riley, 1965, 1966, 1967; Chan y Riley, 1966; Armstrong et al., 1967) significó una auténtica revolución en el procesamiento de muestras dado lo tedioso que resultaba la utilización de la metodología manual tradicional cuando el número de éstas era muy elevado. Estos autoanalizadores proporcionaron un considerable ahorro en los volúmenes de las muestras y los reactivos necesarios para la realización de los análisis, y permitieron aumentar considerablemente la velocidad de las determinaciones y, por consiguiente, también su número. La robustez con que fueron diseñados estos equipos les permitió incluso poder embarcarlos para la realización de campañas oceanográficas (Brewer y Riley, 1967). Muchos de estos modelos primitivos están aún en operación con muy pocas modificaciones y siguen siendo herramientas muy valiosas.

A finales de la década de los ochenta aparecieron los autoanalizadores de flujo continuo segmentado, denominados de tercera generación. Estos equipos no representan una gran innovación desde el punto de vista analítico, aunque incluyen algunas mejoras tecnológicas como es el empleo de tubos de diámetro más pequeño y el empleo de un sistema que no necesita eliminar las burbujas de la muestra antes de su entrada en la celda de medida. Ambas modificaciones consiguen mejorar sensiblemente la velocidad de análisis; e incorporan también una célula de medida que elimina las superficies curvas de los equipos anteriores (Froelich y Pilson, 1978), hecho que minimiza las pérdidas de radiación. La inclusión de la gestión del sistema por software, que permite la correción de la deriva de línea base y el almacenamiento de los datos para su posterior procesado junto con el empleo de sensores de fibra óptica contribuyen a la mejora de los equipos empleados hasta el momento. No obstante, pese a los avances que este tipo de equipos ha supuesto, deben tenerse en cuenta algunas precauciones cuando se analizan muestras de diferente naturaleza. En este sentido, la salinidad es un parámetro a considerar de manera específica.

La salinidad es un parámetro cuyo intervalo de variación no es amplio en el agua de mar, siendo usuales en los ecosistemas costeros valores entre 34 y 36. No obstante, esta situación es radicalmente distinta en los estuarios, donde las mezclas de agua de río con agua de mar proporcionan intervalos de variación muy amplios (0-36). Para este tipo de muestras es necesario, por tanto, realizar un análisis cuidadoso del efecto de la salinidad sobre la determinación de la concentración de nutrientes con estos nuevos equipos. El objetivo de este trabajo es evaluar el efecto que la salinidad tiene sobre la determinación de los micronutrientes amonio, nitritos, fosfatos y silicatos en estos sistemas automatizados y su importancia en el análisis de muestras estuáricas.

Materiales y métodos

Los métodos analíticos empleados para la determinación de los nutrientes amonio, nitritos, fosfatos y silicatos han sido descritos previamente (Arjonilla et al., 1991) y básicamente son una adaptación de la metodología descrita por Grassoff et al. (1983) para el autoanalizador Technicon AAII. Los nitritos se determinan mediante una reacción de diazotación con sulfanilamida y N-1-naftiletilendiamina (Shinn, 1941); la determinación del silicato se basa en la reacción con molibdato amónico y ácido ascórbico (Mullin y Riley, 1955), minimizando la interferencia del fosfato con el ácido oxálico; la del amonio se basa en la reacción del indofenol, usando nitroprusiato como catalizador (Harwood y Huyser, 1970) y en ella algunos autores sustituyen el hipoclorito por dicloroisocia-nurato sódico con idénticos resultados (Krom, 1980). La determinación del fosfato se basa en la reacción con molibdato amónico y tartrato antimónico potásico (Stephens, 1963). La salinidad de las muestras se determinó mediante el empleo de un salinómetro de inducción Beckman mod. RS10.

Con el fin de evaluar el efecto que tiene la sal sobre las determinaciones de los nutrientes en este tipo de sistemas automatizados se han llevado a cabo dos tipos de ensayos. En el primero se midieron patrones de distintas concentraciones preestablecidas de nitrito, silicato, amonio y fosfato, a los cuales se añadieron cantidades crecientes de NaCl para simular salinidades entre 0-36. Los patrones de referencia se prepararon con agua Milli-Q. En un segundo ensayo, y con el fin de generalizar los resultados obtenidos a muestras reales, se preparó una solución stock conteniendo los cuatro nutrientes (amonio, nitritos, fosfatos y silicatos), con agua de mar natural procedente de la Bahía de Cádiz (S = 37.341), de bajo contenido en nutrientes. A partir de esta disolución se prepararon distintas soluciones por dilución sucesiva con agua Milli-Q. Los patrones de referencia se prepararon con la misma agua litoral.

Resultados y discusión

En la figura 1a y b se representa la variación en la concentración de nitritos y fosfatos, en función de la concentración de NaCl. Para el intervalo de concentración ensayado, no se observó ningún efecto sobre la medida de la concentración. En el caso del amonio (fig. 1c) sí se aprecia una influencia de la cantidad de NaCl. Así, se observó que todas las muestras que tenían NaCl, aunque éste estuviera en diferente proporción, mostraban la misma señal que era mayor que la que mostraban los patrones de referencia (que no contenían NaCl). Con el fin de verificar de manera más precisa los resultados, en el caso de la concentración de 50 µM NH₄+, se prepararon varias muestras con contenidos decrecientes de NaCl hasta una concentración de 0.5 g L^-1, no observándose variaciones en la intensidad de la señal. El NaCl parece actuar como un catalizador en la reacción, ya que aumenta la velocidad del desarrollo del color y es independiente de la concentración en que se encuentre. Un aspecto de importancia práctica considerable en la determinación de amonio es el efecto memoria en la secuenciación de muestras salinas y no salinas, el cual puede provocar la aparición de errores importantes. La muestras no salinas introducidas inmediatamente después de muestras salinas presentan una disminución en la señal y, por lo contrario, las muestras salinas que suceden a muestras no salinas muestran un incremento en la señal obtenida. Este efecto es similar en el caso de alternar muestras reales de agua de mar y muestras de agua no salina.

La determinación de silicatos también se afecta por la presencia de NaCl, aunque su comportamiento es diferente. En la figura 1d se observa que, para una determinada concentración, la intensidad de la señal disminuye a medida que aumenta la cantidad de NaCl. Así, una concentración de 35 g L^-1 provoca un descenso en la señal de un 17% con relación a los patrones de igual concentración.

En el ensayo efectuado con muestras de agua de mar real se observó que la salinidad no ejerce ningún efecto sobre la determinación, en el caso de nitritos y fosfatos. La ausencia del efecto de la sal para la determinación de fosfatos, cuando se emplea el método del ácido fosfomolíbdico, y para la determinación de nitritos cuando se emplea el método del azo-com-puesto había sido ya puesta de manifiesto por Loder y Gilbert (1977) y Friedreich y Withledge (1972), respectivamente. En cambio, en el caso de silicatos y amonio sí se aprecian variaciones en la concentración medida en función de la salinidad (fig. 2). El efecto salino (SEF) se calculó como concentración observada/concentración real. La variación con la salinidad para ambos nutrientes se muestra en la figura 2a y b. Para el amonio, en el intervalo de salinidad de 10-37.5, la regresión lineal SEF vs salinidad mostró un coeficiente de correlación r² = 0.976, ajustándose a la ecuación (1):

En consecuencia, la concentración de amonio real se puede calcular a partir de la concentración de amonio medida y de la salinidad mediante la expresión:

El cálculo de la concentración real de amonio en muestras estuáricas, necesita tener en cuenta la medida de la salinidad a fin de poder calcular las concentraciones reales de acuerdo con la ecuación (2). La diferencia entre la concentración teórica y la medida es menor a salinidades elevadas, y ha sido asociada a la presencia de MgCl2 (Searle, 1984).

En el caso de los silicatos, la ecuación (3) muestra la relación entre SEF vs salinidad

La concentración real de Si(OH)₄ en muestras estuáricas se puede calcular a partir de la expresión (4)

Aunque, esta expresión es aplicable al intervalo de salinidad completo, puede observarse también en este caso, aunque de manera menos acusada, que en el intervalo de salinidad de 0 a 5 hay un cambio en la pendiente de la función entre SEF vs salinidad.

Los resultados obtenidos en este trabajo difieren de los encontrados por otros autores para la determinación de silicatos (Stewart y Elliot, 1996), no observando efecto salino en la determinación de este nutriente. En el caso del amonio, también estos autores indican que no se precisa correción en el intervalo de salinidad 0-8.75, mientras que en los resultados obtenidos en este trabajo sí se observa que en el intervalo 0-10 hay un comportamiento errático en la relación entre SEF vs salinidad (ver fig. 2).

Otro de los aspectos relacionados en el análisis de muestras estuáricas y marinas como posible fuente de error es el cambio en el índice de refracción que se da en el agua debido a la presencia de sales. Con el fin de corregir este efecto, se ha propuesto la utilización de isopropanol al 10% como línea de base (Technicon, 1986a, 1986b), ya que posee un índice de refracción similar a un agua de mar de 35 de salinidad. Si bien en las determinaciones efectuadas no se ha observado ningún cambio de señal al introducir esta solución como línea de base en nitritos, silicatos y fosfatos. Esto puede ser debido a que la muestra va diluyéndose progresivamente en los distintos canales con los sucesivos reactivos añadidos, de tal forma que cuando llega a la célula de medida los cambios del índice de refracción no son apreciables. No se ha ensayado con amonio, dada la facilidad de contaminación que posee el análisis de este nutriente. La inexistencia de efectos ópticos debido a la presencia de sales ya había sido puesto de manifiesto por otros autores en la medida de nutrientes con autoanalizadores de flujo continuo (Stewart y Elliot, 1996).

Los resultados evidencian que en el análisis de nitritos y fosfatos mediante un autoanalizador de flujo segmentado (TRAACS 800) y con las metodologías propuestas, es indiferente la alternancia en un mismo análisis de muestras salinas y no salinas, así como que los patrones sean preparados con agua Milli-Q, con agua de mar artificial o con un agua de mar natural con bajo contenido en nutrientes. Podrían analizarse estos dos nutrientes en todo el intervalo de salinidades presente en un estuario sin cometer errores apreciables. Por el contrario, la determinación tanto de silicato como de amonio sí se afectó por los cambios de salinidad. Esto hace inviable el análisis conjunto de muestras de agua de mar y de agua dulce frente a unos mismos patrones, ya que el error cometido sería considerable sobretodo en la determinación de amonio (en torno a un 37% para una salinidad de 36). Por otra parte aparecería el indeseable efecto memoria que daría lugar a errores aún mayores. En resumen, para el análisis de silicato y amonio, los patrones deben ser preparados con agua de mar con bajo contenido en nutrientes, diluyendo si es necesario hasta obtener una salinidad similar a las muestras analizadas y, en el caso del amonio, es especialmente recomendable el análisis independiente de las muestras no salinas del resto para evitar el efecto memoria. No obstante, los efectos derivados de la diferencias de salinidad y patrones pueden ser corregidas para amonio y silicatos mediante el empleo de las ecuaciones (2) y (4), respectivamente, en los intervalos de salinidad señalados. Por último, los resultados obtenidos muestran que la adición de isopropanol al 10% en la preparación de la línea base es innecesaria.

Referencias

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