Nitrato
¿Qué es el nitrato?
El nitrato es un ion poliatómico con la fórmula química NO⁻₃. Las sales que contienen este ion se denominan nitratos. Los nitratos son componentes comunes de fertilizantes y explosivos. Casi todos los nitratos inorgánicos son solubles en agua. Un ejemplo de nitrato insoluble es el oxinitrato de bismuto.
Beneficios del nitrato
Presión arterial sistólica y diastólica más baja
Mejora del rendimiento atlético
Aumento de la saturación de oxígeno (la cantidad de oxígeno en la sangre)
Menos síntomas en personas con insuficiencia cardíaca
Mejora el flujo sanguíneo en el cerebro después de un accidente cerebrovascular
Menor riesgo de sufrir accidente cerebrovascular, enfermedad cardíaca, enfermedad arterial periférica e insuficiencia cardíaca.
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¿Qué sucede con el nitrato y el nitrito en el medio ambiente?
El nitrato y el nitrito están presentes de forma natural en el suelo, el agua, el aire y las plantas. El uso de fertilizantes y desechos animales aumentan la cantidad de nitrato en el medio ambiente.
El nitrato y el nitrito se disuelven fácilmente en el agua y, por lo tanto, se desplazan rápidamente a través del suelo hacia las aguas superficiales y subterráneas. En el suelo y el agua, estos productos químicos suelen permanecer hasta que las plantas los absorben o los microorganismos los transforman en otra sustancia química (como el nitrógeno). El nitrato y el nitrito no se evaporan al aire.
¿Qué es el nitrato y por qué lo medimos?
Nitrato en aguas superficiales
Cuando un exceso de nutrientes (como el nitrato y el fósforo) se filtra en un cuerpo de agua, suelen producirse floraciones de algas nocivas (FAN). Estas floraciones pueden producir toxinas peligrosas y provocar una disminución del oxígeno disuelto, lo que provoca la muerte de los peces. Las floraciones de algas en cuerpos de agua que sirven como fuentes de agua potable son especialmente problemáticas.
Debido a los peligros de las floraciones de algas nocivas, muchos programas de monitoreo de la calidad del agua tienen como objetivo determinar cuándo hay niveles excesivos de nitrato. Consulte nuestra publicación del blog, Floraciones de algas nocivas|Todo lo que necesita saber, para obtener más información.
Nitrato en el agua potable
El nitrato puede causar otros problemas de salud cuando se consume, especialmente en niños pequeños. La exposición al agua potable con altos niveles de nitrato puede provocar metahemoglobinemia, también conocida como "síndrome del bebé azul". Esta afección suele producirse cuando se utiliza agua con un exceso de nitrato para preparar fórmula infantil.
Los fabricantes de fórmulas infantiles listas para consumir pueden utilizar varios métodos para medir el nitrato en sus productos, como el método disponible para nuestro analizador químico automatizado FS 3700.
Cuando los bebés ingieren nitrato, las bacterias de la boca y el estómago lo reducen a nitrito (el estómago de un bebé es menos ácido que el de los adultos). El nitrito se une a la hemoglobina para formar metahemoglobina, un tipo especial de hemoglobina que no puede liberar oxígeno a las células.
El síntoma más común del "síndrome del bebé azul" es una coloración gris azulada que se desarrolla en los labios del niño; esta puede eventualmente extenderse al resto del cuerpo, resultando en la muerte en los casos más graves.3
Los adultos también pueden desarrollar metahemoglobinemia y experimentar frecuencia cardíaca elevada, debilidad, náuseas e incluso la muerte.
Nitrato en aguas residuales
Además del nitrato, en el medio ambiente se pueden encontrar otras formas químicas de nitrógeno, como el nitrito y el amoníaco. El ciclo del nitrógeno describe cómo se transforman de una forma a otra. ¿Quieres saber más sobre el ciclo del nitrógeno? Consulta esta descripción general del ciclo del nitrógeno de la Universidad de Minnesota.
Uno de los objetivos del tratamiento de aguas residuales es eliminar el nitrógeno para evitar el enriquecimiento excesivo de las aguas receptoras. Los procesos del ciclo del nitrógeno (en concreto, la nitrificación y la desnitrificación) desempeñan un papel fundamental para lograr este objetivo.
El amoniaco se convierte en nitrito y, en última instancia, en nitrato mediante un proceso denominado nitrificación. Este proceso se lleva a cabo con la ayuda de bacterias aeróbicas, que necesitan oxígeno para sobrevivir.
El nitrito y el nitrato, denominados colectivamente (NOx), se convierten en gas nitrógeno y se eliminan de las aguas residuales mediante una reacción biológica conocida como desnitrificación. Este proceso requiere niveles muy bajos de oxígeno disuelto (OD) y un suministro suficiente de carbono orgánico, por lo que el control de los nitratos y la DQO/DBO/COD es fundamental para el control del proceso de desnitrificación.
Nitrato en la acuicultura
Como se mencionó anteriormente, los niveles elevados de nitrato pueden alimentar las floraciones de algas nocivas, lo que provoca la muerte de peces. Pero ¿el nitrato presente en el agua afecta directamente a las especies acuáticas cuando no hay floraciones de algas nocivas?
Los niveles naturales de nitrato son relativamente bajos (1 mg/L o menos) en algunas aguas superficiales.1 En este nivel, el nitrato no es dañino, pero se pueden observar efectos adversos para la salud de las especies acuáticas cuando la concentración de nitrato es demasiado alta.
Un estudio realizado por el Instituto de Agua Dulce del Fondo de Conservación investigó los efectos de la exposición crónica de la trucha arcoíris criada en acuicultura a niveles moderados de nitrógeno nítrico (75 a 100 mg/L). Los resultados sugirieron deformidades y cambios significativos en el comportamiento de los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS) en estos niveles. Consulte nuestra publicación de blog sobre este tema, Los niveles de nitrato en la acuicultura pueden ser más peligrosos de lo que cree.
Los niveles de nitrato pueden acumularse en un sistema de almacenamiento de agua a medida que los peces excretan amoníaco y los sistemas de biofiltración lo convierten en nitrato. El monitoreo del nitrato puede ayudar a informar a los administradores de acuicultura cuándo ajustar las operaciones; esto podría incluir aumentar la tasa de intercambio de agua, agregar una unidad de desnitrificación o reducir la carga de alimento.
Nitrato en los alimentos
El nitrato se utiliza habitualmente como conservante del tocino, el jamón, el salami y algunos quesos. Los estudios han vinculado el uso del nitrato con la formación de nitrosaminas, algunas de las cuales son compuestos cancerígenos. Una forma en que pueden formarse las nitrosaminas es cuando los nitritos (que el cuerpo convierte de forma natural a partir del nitrato) se encuentran cerca de las proteínas; esta condición se encuentra en alimentos ricos en proteínas, como las carnes en conserva. Cuando las carnes en conserva se cocinan a altas temperaturas, es más fácil que se formen nitrosaminas.
While nitrate's use as a preservative receives a considerable amount of attention, humans receive very little of their dietary nitrate intake from processed meat – only about 5%. Most of the dietary nitrate (>El 80% del agua que recibimos proviene de vegetales, y los vegetales de hojas verdes a menudo acumulan altas concentraciones de nitrato.
En lugar de añadirse como conservante, las verduras adquieren nitrato del suelo en el que crecen, y las que crecen en suelo enriquecido con fertilizantes tienen niveles más altos que los productos orgánicos.5 Los nitratos presentes en las verduras tienen menos probabilidades de formar nitrosaminas, ya que no son alimentos ricos en proteínas. Las verduras también contienen compuestos (por ejemplo, vitamina C y polifenoles) que ayudan a minimizar la posibilidad de formación de nitrosaminas.
El nitrato presente en los vegetales puede ser beneficioso, ya que está vinculado a la producción de óxido nítrico. Este gas puede reducir la presión arterial y ayudar a combatir infecciones, entre otros beneficios.6 Una cosa a tener en cuenta: si bien es posible obtener tanto nitrato de los vegetales que pueda producirse metahemoglobinemia, es muy poco probable que esto suceda.
Además del impacto del nitrato en el cuerpo humano, otra razón para monitorear los niveles de nitrato en los vegetales es optimizar la fertilización y el momento de la cosecha, ya que la concentración de nitrato en las verduras de hoja verde puede fluctuar a lo largo del día.
Entonces, ¿cómo se miden los niveles de nitrato en los alimentos? Algunos métodos relativamente económicos que cubriremos en la siguiente sección, específicamente los métodos colorimétricos y potenciométricos, se pueden utilizar para el análisis de nitrato siempre que se cree una solución acuosa. Un procedimiento para preparar una muestra para el análisis es mezclar muestras de hojas secadas al horno con una solución de extracción de sulfato de aluminio.
¿Nitratos VS Nitritos?
El nitrato y el nitrito son compuestos que contienen nitrógeno y oxígeno. Tanto las moléculas de nitrato como las de nitrito contienen un átomo de nitrógeno. Los nitritos tienen dos átomos de oxígeno, mientras que los nitratos tienen tres átomos de oxígeno.
Nitrato
El nitrato representa un estado más oxidado del nitrógeno. Las bacterias autótrofas convierten el amoníaco en nitrito y luego en nitrato en condiciones aeróbicas; los rayos convierten grandes cantidades de nitrógeno atmosférico (N2) directamente en nitrato. La reducción bacteriana del nitrato también puede producir nitrito en condiciones anaeróbicas.
Nitrito
El nitrógeno nitrito se produce como una etapa intermedia en la descomposición biológica del amoniaco/amonio. Las bacterias autótrofas convierten el amoniaco en condiciones óxicas (aeróbicas) en nitratos.
Nitrificación y desnitrificación
Este proceso ocurre de forma natural en lagos, ríos y otros entornos acuáticos y naturales. Estos procesos biológicos se aplican comúnmente en el tratamiento de aguas residuales o en la biofiltración para la eliminación de nitrógeno. La nitrificación puede ocurrir en los sistemas de distribución de agua potable, donde no es deseada y debe ser monitoreada de cerca.
La nitrificación es la oxidación biológica aeróbica de dos pasos del amoníaco a nitrito y, finalmente, nitrato. La desnitrificación es un proceso facilitado por microbios durante el cual el nitrato se reduce anóxicamente para producir nitrógeno molecular como paso final.
En estos procesos, las bacterias autótrofas, como las nitrosomonas, o las bacterias heterotróficas, como las nitrobacter, utilizan diferentes condiciones en las zonas óxica (aeróbica) y anóxica del tratamiento de aguas residuales para convertir el amoníaco, el nitrato y el nitrato en gas nitrógeno. El control del oxígeno es fundamental para la nitrificación, entre otros factores importantes, como la alcalinidad. El oxígeno disuelto (OD) debe controlarse y gestionarse durante este proceso. Una desnitrificación eficaz depende de la ausencia de OD y de una cantidad adecuada de carbono fácilmente degradable.
¿Por qué medir nitrato y nitrito?
Como parte integral del ciclo del nitrógeno en el medio ambiente, el nitrito y el nitrato son nutrientes y una fuente vital de nitrógeno para las plantas y los organismos complejos que los consumen. El ion nitrato, compuesto de oxígeno y nitrógeno, se encuentra de forma natural en el suelo. Debido a que los nitritos se oxidan fácilmente a nitratos, no suelen encontrarse en las aguas superficiales.
Cuando las concentraciones se controlan y mantienen adecuadamente, el nitrito y el nitrato desempeñan un papel importante en muchos programas de monitoreo de la calidad del agua industrial y municipal:
● Los nitritos se utilizan a menudo como inhibidores de corrosión en aguas de procesos industriales y torres de refrigeración.
● La industria alimentaria utiliza compuestos de nitrito como conservantes.
● Muchos fertilizantes comerciales granulares contienen nitrógeno en forma de nitratos.
Las concentraciones excesivas de nitritos y nitratos pueden afectar negativamente a los procesos de tratamiento del agua y suponer riesgos para la salud:
● Los altos niveles de nitrato en el agua pueden indicar desechos biológicos en las etapas finales de estabilización o escorrentía de campos altamente fertilizados.
● Los efluentes ricos en nitratos vertidos en aguas receptoras pueden degradar la calidad del agua al fomentar el crecimiento excesivo de algas.
● El agua potable que contiene cantidades excesivas de nitratos (MCL {{0}} mg/L) puede causar metahemoglobinemia infantil (bebés azules), mientras que las concentraciones de nitrito rara vez superan los 0,1 mg/L.
Las concentraciones de nitritos y nitratos pueden afectar negativamente los procesos de tratamiento de aguas residuales y representar riesgos para la salud:
● Los nitratos provocan una degradación en los sistemas que mantienen la eliminación biológica de fósforo al ensuciar las condiciones de la zona anaeróbica.
● La eficacia del sistema de desinfección con cloro se reduce por la presencia de nitrito.
● El contenido de nitrógeno inorgánico total (TIN) en los efluentes de aguas residuales contribuye a la degradación de la calidad del agua receptora.
Esto corresponde al mayor número de oxidación posible del nitrógeno. El nitrato es un oxidante potencialmente potente, como lo demuestra su comportamiento explosivo a alta temperatura cuando se detona en nitrato de amonio (NH4NO3) o pólvora negra, encendida por la onda de choque de un explosivo primario. Sin embargo, a diferencia del ácido nítrico fumante rojo (HNO3/N2O4) o del ácido nítrico concentrado (HNO3), el nitrato disuelto en solución acuosa a pH neutro o alto es solo un agente oxidante débil y es estable en condiciones estériles o asépticas, en ausencia de microorganismos.
Para aumentar su poder de oxidación se necesitan condiciones ácidas y altas concentraciones, bajo las cuales el nitrato se transforma en ácido nítrico. Este comportamiento es consistente con la teoría general de la reducción-oxidación (redox) en electroquímica: el poder oxidante se exacerba en condiciones ácidas mientras que el poder de los agentes reductores se refuerza en condiciones básicas. Esto se puede ilustrar mediante un diagrama de Pourbaix (diagrama Eh-pH) dibujado utilizando la ecuación de Nernst y las reacciones redox correspondientes. Durante la reducción de oxidantes, el estado de oxidación disminuye y los iones óxido (O2−) en exceso liberados en el agua por la reacción se protonan más fácilmente en condiciones ácidas (O2− + 2 H+ → H2O) lo que impulsa la reacción de reducción hacia la derecha según el principio de Le Chatelier. Para la oxidación de agentes reductores, ocurre lo contrario: a medida que aumenta el estado de oxidación, se necesitan aniones óxido para neutralizar el exceso de cargas positivas soportadas por el átomo central. Como las condiciones básicas favorecen la producción de aniones de óxido (2 OH− → O2− + H2O), esto impulsa el equilibrio químico de la reacción de oxidación hacia la derecha.
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