Balanço Iônico

Todas as substâncias possuem propriedades intrínsecas. Uma das propriedades da água é a sua neutralidade elétrica. Em um primeiro momento, podemos pensar que a água conduz eletricidade. Isso é verdade quando temos íons dissolvidos, porém a água pura é neutra eletricamente. Essa característica permite comparações entre amostras e as quantidades presentes de íons dissolvidos atrelados a condutividade. Essa relação é uma poderosa ferramenta de aplicação para garantia de qualidade e de validação, permitindo analisar e comparar dados entre ensaios.

 

 

Balanço Iônico: O que é e como podemos utilizá-lo?

O Balanço Iônico (BI) é uma ferramenta de cálculo que pode ser utilizada na análise de águas naturais, como águas superficiais, subterrâneas e águas residuais. Baseia-se no princípio de que toda a água pura é eletricamente neutra e naturalmente com a presença de íons dissolvidos, apresentam uma relação específica entre as cargas positivas (cátions) e as cargas negativas (ânions) dissolvidas em sua composição.
Para compararmos as cargas aniônicas e catiônicas, as concentrações dos íons quantificados são convertidas em miliequivalentes por litro (meq/L) dividindo-se as concentrações medidas em mg/L pela massa molar equivalente de cada íon (massa molar dividida pela carga iônica da espécie mais comum). Ferro e Manganês são considerados com carga +2, pois as espécies ferrosas e manganosas são suas formas primárias solúveis em água. As concentrações de íons carregados positivamente são somadas, obtendo-se uma Soma de Cátions, e os íons carregados negativamente são somados para obter-se uma Soma de Ânions. Cálcio, Magnésio, Sódio e Potássio são normalmente os principais cátions presentes na maioria das águas naturais.
Alcalinidade Total (como CaCO3), Sulfato e Cloreto representam os principais ânions em águas naturais. Importante ressaltar que a Alcalinidade Total é um teste de titulação e que permite a inclusão de 3 ânions, Bicarbonato (HCO3-), Carbonato (CO3²-), Hidróxido (OH-).

Convenções para o Balanço Iônico

O método 1030 da APHA é utilizado para estabelecer uma convenção comum nos setores industriais. O balanço Iônico é calculado da seguinte forma:

 

 

Componentes primários para soma de cátions	Cátions opcionais	Componentes primários para soma de ânions	Ânions opcionais
Cálcio	Amônia	Alcalinidade Total	Fluoreto
Magnégio	Alumínio	Sulfato	Nitrato
Sódio	Cobre	Cloreto	Nitrito
Potássio	Ferro
pH (H*)	Manganês
	Zinco

Para águas potáveis, os resultados dos testes de ânions e cátions são geralmente considerados balanceados se o Balanço “Cátion – Ânion” estiver entre -5% e +5%. Esse percentual de aceitação é uma ferramenta para avaliação dos resultados que pode mudar dependendo da matriz analisada, dos objetivos de cada projeto e das referências utilizadas.

Aparentes causas para o desequilíbrio no balanço iônico em águas

As principais razões da avaliação do Balanço Iônico são quando queremos: validar a qualidade dos resultados dos testes de ânions e cátions em águas (para identificar possíveis anomalias da amostragem ou da análise laboratorial) e identificar onde os analitos não testados podem estar presentes, contribuindo significativamente para a composição iônica. Os laboratórios usam essas avaliações para sinalizar resultados de testes sob revisões ou confirmações adicionais de qualidade. Nesse aspecto, a avaliação pode ajudar a identificar problemas raros, como mistura de amostras, erros de rotulagem (seja por amostragem de campo ou erros de laboratório), erros de diluição ou mesmo de cálculo. Clientes podem se utilizar dos resultados dos testes e de BI para avaliar se testes adicionais são necessários na busca de substâncias de interesse.

 

Um equívoco comum é considerar que valores de Balanço Iônico fora da faixa esperada ou ideal, são inaceitáveis e que indicam erros por parte do laboratório. Existem muitas razões para o desequilíbrio nas concentrações iônicas medidas, muitas das quais não podem ser resolvidas (exceto, às vezes, por nova amostragem ou por testes adicionais). Podemos citar:

• Ânions ou Cátions Não Medidos: Uma causa comum do aparente desequilíbrio são os constituintes iônicos não medidos (ou não considerados). Apenas os ânions e cátions mais comuns são considerados nos cálculos do Balanço Iônico. Concentrações significativas de outros íons não quantificados causarão um desvio em relação as faixas.
Recomenda-se a análise de todos os ânions e cátions primários e opcionais listados na Tabela 1. Porém, em algumas amostras, outros íons também podem estar presentes em níveis significativos, como lítio ou estrôncio - comuns em águas subterrâneas em algumas partes do mundo.

• Filtragem Tardia e/ou Mudanças na Amostra ao Longo do Tempo: Amostras de água para análise de metais dissolvidos devem ser filtradas em campo e preservadas com ácido. Isso visa garantir que os resultados dos testes de cátions representem as condições no momento da amostragem. Se a filtragem de campo não for realizada, as concentrações de metais podem estar subestimadas e o cálculo do Balanço Iônico não pode ser confiável, especialmente para águas anóxicas, onde o ferro e o manganês dissolvidos tendem a precipitar como hidróxidos após a exposição ao ar. Os ânions são testados o mais rápido possível em amostras não preservadas, mas em algumas amostras (por exemplo, águas anóxicas), as concentrações ainda podem mudar entre a coleta e a análise. Se as amostras mudam ao longo do tempo, as primeiras quantificações são normalmente mais válidas.

• Sólidos Suspensos / Turbidez: Altas concentrações de Sólidos Suspensos Totais (SST) ou turbidez, frequentemente causam desvios de quantificação. Uma causa comum é quando os sólidos suspensos afetam a Alcalinidade, (aumentando a Soma de Ânions). Por outro lado, não afetam as medições de cátions dissolvidos.

• Altas concentrações de TOC/DOC: Amostras com altos níveis de Carbono Orgânico Total ou Dissolvido, podem conter ânions orgânicos (por exemplo, ácidos fúlvicos) que não estão incluídos nas avaliações do Balanço Iônico.

• Uso de Metais Totais ao invés de Dissolvidos: O Balanço Iônico avaliar apenas substâncias dissolvidas. No entanto, clientes podem solicitar que o Balanço Iônico seja calculado usando resultados de Metais Totais, especialmente para águas potáveis, onde os resultados de Metais Dissolvidos podem não estar disponíveis. As medidas de Balanço Iônico a partir da quantificação de Metais Totais são úteis para águas potáveis prístinas, mas as Somas de Cátions podem estar superestimadas em amostras com turbidez ou sólidos suspensos.

 

• Diferenças na Coleta de Campo: Os principais cátions (metais) e ânions são coletados em frascos de independentes. Divergências na coleta dessas amostras podem impactar nas quantificações e no valor do Balanço Iônico.

• Amostras com Baixa Força Iônica: Amostras com baixa força iônica podem apresentar resultados de testes próximos ou abaixo dos limites de detecção para alguns metais ou ânions. Isso aumenta a incerteza do Balanço Iônico em porcentagem. Quando a Soma de Cátions ou a Soma de Ânions for menor que 2 meq/L, a recomenda-se que a sua
diferença absoluta seja menor que 0,4 meq/L para águas ambientais gerais, ou menor que 0,2 meq/L para águas potáveis (a menos que influenciada pelos fatores destacados anteriormente).

Avaliação de resultados com desvios (desequilíbrio)

Quando o Balanço Iônico fica fora dos limites usuais, deve-se investigar os resultados dos testes associados. Isso pode incluir revisões de dados brutos e cálculos, inspeções físicas da amostra e reanálises sempre que possível. Se nenhum erro ou anomalia for encontrado, os resultados do Balanço Iônico fora dos limites normais são qualificados para garantir que os resultados dos testes associados tenham sido completamente investigados.

 

A Condutividade Elétrica (CE) permite identificar se o desequilíbrio aparente é devido, provavelmente, a vieses ou erros nas medições de cátions ou ânions.

Podemos dividir os resultados de condutividade (em µS/cm) por 100, obtendo assim estimativas da Soma de Cátions e da Soma de Ânions em meq/L a partir da CE. A CE é uma medida direta da força iônica (no momento do teste) e é menos afetada pela presença de sólidos suspensos totais (SST), turbidez ou efeitos de matriz da amostra.

 

Não se pode garantir que as medições do Balanço Iônico sempre estejam dentro de qualquer intervalo predefinido.

 

Os resultados originais dos testes que passaram por todas as verificações de controle de qualidade associadas, só podem ser revisados com evidências defensáveis de que os novos resultados são mais precisos do que os iniciais.

Balanço iônico na ALS Brasil

Caso queira adicionar o Balanço Iônico aos laudos dos ensaios adquiridos, entre em contato com o setor de vendas ou com o atendimento ao cliente.
Para melhores resultados, a ALS recomenda que a realização dos ensaios para quantificação de todos os íons primários e opcionais indicados anteriormente.