Incidencia de La Calidad Del Agua en Metodologias 2

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CARLOS FERNANDO SUAREZQuímico Farmacéutico U.N

[email protected]@yahoo.com

AGOSTO 2007

Purificación y Análisis de Fluidos Ltda.

INCIDENCIA DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LAS METODOLOGIAS ANALÍTICAS Y

MICROBIOLÓGICAS


CONTAMINANTES DEL AGUA POTABLE Y SUS EFECTOS


PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AGUA

Cationes Aniones Na+ ,H+,Fe+2 Cl-,OCl3

-,SO4-2

Ca+2, Pb+2 HCO3

-, CO3-

Natural Artificialácidos húmicos pesticidas, solventes taninos herbicidas, detergentes Sólidos Insolubles

(Pequeñas partículas deformables con carga negativa)

Bacterias , Algas , Hongos

H H

H-C-C-OH

H H

Sales Inorgánicas

Comp. Orgánicos

Partículas

(Coloides)

Microorganismos

Endotoxinas


IMPACTO DE LOS IONES

• Son tóxicos para las células• Alteran la composición de los medios de cultivo• Intervienen en las reacciones químicas• Alteran los análisis y producen ruido en las línea base• Pueden producir precipitados en los sistemas de agua


Comportamiento de la resistividad frente al TOC

0 15 30 45 60 75 90 105 120 1350

50

100

150

200

250

300

350

400

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135

TOC

RES

Time(min)

TOC (ppb) / Resistivity x10 (M.cm)


IMPACTO DE LA CONTAMINACION ORGANICA TOC

Altera los métodos de análisis críticos, picos extemporáneos, Líneas base etc.

Son una fuente de nutrientes de microorganismos Producen reacciones químicas formando complejos Perjudican las reacciones químicas en superficie No son detectables por conductividad

H H

H-C-C-OH

H H

OH

RR

R

R R


EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN POR PARTÍCULAS Y COLOIDES

• Ensucian y colmatan filtros• Averían bombas, valvulas, etc.• Alteran las superficies de contacto• Alteran los análisis turbidimétricos y de transmisión

de luz• Contaminación del agua a trabajar en medios de

cultivo y técnicas de biología molecular, afecta resultados

-

--

-

--

- --

-

-

--


EFECTOS DE LA CONTAMINACION BACTERIANA

Contaminan los medios de cultivo bacterianos o celulares

Alteran cualquier aplicación biológica Producen materia orgánica y pirógenos Se comportan como partículas en suspensión

produciendo las alteraciones vistas anteriormente

Streptococcus pyogenes


UNIDADES DE MEDICION DE LA CALIDAD DEL AGUA

Conductividad, TDS, Ph, Dureza, Alcalinidad, Cloro total y libre, Silica,

bacterias, TOC


• Una Conductividad de Una Conductividad de 0.055 0.055 S/cm S/cm corresponde a corresponde a la conductividad teórica del agua a 25°C, libre de la conductividad teórica del agua a 25°C, libre de todos los contaminantes iónicos todos los contaminantes iónicos

•Resistividad es el inverso de la conductividad y Resistividad es el inverso de la conductividad y corresponde a un valor de: corresponde a un valor de:

18.2 M -cm

AGUA DE 18.2 MAGUA DE 18.2 Mcm o 0.055 cm o 0.055 SS/cm/cm

ResistividadResistividadR = R = 1/1/conductividadconductividad


RESISTIVIDAD DEL AGUA ULTRAPURA vs TEMPERATURA

010203040506070

8090

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Resistividad(Megohm.cm)

Temperatura (ºC)

A 25°C, la resistividad del agua ultrapura es igual a 18,2 M.cm


SOLIDOS TOTALES DISUELTOSSOLIDOS TOTALES DISUELTOS

SOLIDOS TOTALES DISUELTOS (TDS) : Nos da la medida de todos los iones disueltos en el agua. Usualmente en ppm.

Conductividad del agua se usa como medida indirecta del TDS. La conductividad de una solución es la suma de las conductividades de cada uno de los iones presentes en la solución.

ion

+/-


DUREZA DEL AGUA

• Es la medida de la capacidad del agua para formar precipitados “Scale”

• El Scale es un deposito mineral sólido que perjudica los equipos de control

• Este precipitado es normalmente CaCO3 o MgCO3

Impacto de la dureza• Causa precipitados• Satura membranas• Causa averías en los

equipos analíticos• Interfiere en los análisis

con acción de los detergentes


BACTERIAS, HONGOS Y VIRUS


ESTANDARES DE CALIDAD NORMAS Y ESPECIFICACIONES


INSTITUCIONES DE CONTROLAGUA GRADO LABORATORIO

• USP (Unites States Pharmacopoeia)

• NCCLS / CAP(National Commitee for Clinical Laboratory Standars) (College of American Pathologists)

• ISO

• ASTM (American Society for testing and materials)


Componente USP 22 USP 23

pH 5,0 - 7,0 sin cambiosCloruros (mg/l) 0,5 eliminadoSulfatos (mg/l) 1,0 eliminado

Amonio (mg/l) 0,03 eliminadoCalcio (mg/l) 1,0 eliminado

Dióxido de carbono (mg/l) 5,0 eliminado

Metales pesados (mg/l) 0,1 como CueliminadoMateria oxidable Pasa test USP de KMn0

4

eliminado

Sólidos totales (mg/l) 10,0 eliminadoCOT (ppb) --- 500

Conductividad (µS/cm) --- 1,25Bacterias (ufc/ml)* < 100 < 100

Agua purificada

eliminado

< 100

eliminadoeliminadoeliminadoeliminadoeliminadoeliminadoeliminadoeliminado

5001,25

USP 24

*


RECOMENDACIONES NCCL


ISO 3696 / UNE 77 - 081 - 93

TIPO I TIPOII TIPO III

Conductividad 0,1 1 4µs/cmResistividad 10 1 0,25M·cm

Absorbancia 0,001 0,01 -UA a 254 nm

SiO2 (mg/l) 0,01 0,02 1(Silice)pH - - 5-7,5


TYPE I TYPE II TYPE III

Resistividad Electrica, min 18.0 4.0 1.0(MegaOmnios-cm compensado a 25°C)

TOC Carbono Orgánico TotalMax (ppm)

10 50 200

Sodio, max (ppb) 1 5 10

Cloro, max (ppb) 1 5 10

Silica Total, max (ppb) 3 3 500

Max. Conteo Bacterias (UFC / L) 10 100 10,000

Endotoxina (UE / ml) (*) <0.03 <0.25 N.A.


TECNOLOGIAS DE PURIFICACION Y CONTROL


DESTILACION

• Elimina un alto porcentaje de todo tipo de contaminantes

• Produce agua con resistividad entre 0,2 y 1 Mega hm.cm

• Inversión media• Fácil de manejar

• No todos los contaminantes son eliminados y algunos se generan durante el proceso

• No controla la calidad del agua• Altos costos de operación debido

a calentamiento eléctrico del agua

• Es necesario un mantenimiento regular (limpieza con ácido) o un pretratamiento (DI) para

asegurar un

funcionamiento óptimo

Ventajas Desventajas


DESIONIZACION

• Eficaz eliminado iones (Resistividad: 1 - 10 Megahm.cm)

• Instalación sencilla• Inversión limitada• Regenerable

• No elimina partículas, materiales orgánicos o microorganismos. Las resinas regeneradas pueden generar partículas, orgánicos y causar el desarrollo de bacterias

• Altos costos de funcionamiento: regeneración/ transporte

• Calidad de agua variable; esferas de resinas dañadas.


R-H R-OH

R-Na R-Cl

Na+ + Cl-

H+ + OH- ---> H2O


Capacidad de las resinas de intercambio Iónico

IonEx (+)

Ion (-)

Particulate

Colloid (-)

Organics

Fines (-)


ÓSMOSIS INVERSA

1

2

Agua de alimentaciónAgua

purificada

Membrana de ósmosis

inversa (RO)

Ósmosis Ósmosis Inversa

2 21

Presiónosmótica

P

1


ÓSMOSIS INVERSA

• Elimina un elevado porcentaje de todo tipo de contaminantes (iones, orgánicos, pirógenos, virus, bacterias, partículas, coloides)

• Bajos costos de operación debido a la escasa necesidad de energía

• No necesita reactivos agresivos de limpieza; mantenimiento mínimo

• Buen control de parámetros de operación

• No elimina los contaminantes suficientes para cumplir los requisitos para agua Tipo II

• Las membranas de ósmosis inversa a largo plazo sufren ensuciamiento y formación de precipitados (si no se protegen adecuadamente)

• Requiere un buen diseño para mantener un consumo de agua bajo



ELECTRODESIONIZACION

A C A C

Anodo Cátodo

A - Membrana aniónicaC - Membrana catiónica

Na+

Na+

Na+

Na+

H+

H+

OH-

OH-

Cl- Na+

rechazo

+ _Cl-

Cl-

Cl-

Cl-


ELECTRODESIONIZACIÓN

• Probablemente el mayor avance en purificación de agua en las últimas decadas

• Tecnología que combinada con RO, permite alcanzar calidades de agua consistentes, independientemente del tipo de agua de alimentación.

• Alcanza una calidad de agua suficiente para poder ser considerada como la técnica universal en cualquier laboratorio, como lo era la destilación hace 500 años, salvo en aplicaciones críticas.

• No requiere regenerantes y su consumo es mínimo


MICROFILTRACION POR MEMBRANA

• 100 % de eliminación de todos los contaminantes (particulas, bacterias) mayores que el tamaño de poro. Test de integridad disponible

• Filtración esterilizante (membranas de 0,22 µm)

• Mantenimiento mínimo: fácil reposición

• Alto caudal a baja presión• Eficacia independiente del

caudal

• Efecto mínimo sobre otros contaminantes

• Retención en superficie: puede estar sometida al ensuciamiento o colmatación



ULTRAFILTRACION

1

100

P• Los cartuchos de

ultrafiltración son membranas asimétricas

• Bajo presión, las moléculas pequeñas pasan a través de la membrana, mientras que las moléculas mayores que el PMNL de la membrana quedan retenidas.

• El PMNL es el límite de corte molecular de la membrana


ULTRAFILTRACION

• Eliminación eficaz (>99%) de todas las moléculas orgánicas con peso molecular por encima del PMNL. Muy eficaz para eliminar pirógenos, virus y partículas.

• No hay riesgo de precipitación; riesgo limitado de ensuciamiento

• Mínimo uso de agua y energía• Mínimo mantenimiento;

procedimientos bien documentados y aceptados

• Mínimo rechazo de iones, gases y orgánicos de bajo peso molecular (la membrana UF más “cerrada” tiene un PMNL de 1.000 dalton)



CARBON ACTIVADO

Ventajas• Eficaz eliminación de un

amplio rango de sustancias orgánicas (incluso de bajo peso molecular) mediante adsorción inespecífica (fuerzas de Van der Waals )Amplia capacidad debido a la amplia extensión de su superficie

Inconvenientes• Muy poco efecto sobre otros

contaminantes (excepto algunas partículas eliminadas por filtración en profundidad)

• Una vez todos los puntos activos son ocupados , se establece un equilibrio y los orgánicos son liberados

• Las bacterias pueden aparecer después de varios meses

• La eficacia dependedel caudal


EFECTO DE LA UV


ELIMINACION DE CONTAMINANTES

CONTAMINANTES

IONES

ORGANICOS

PARTICULASCOLOIDES

BACTERIASVIRUS

GASES

DEST DI RO UF MF Ca

Blanco: Eficiente – Negro: No eficiente

EDI



COMO AFECTA EL AGUA LAS TECNICAS ANALITICAS?


HPLC Analysis

Service DI

RO Water

Ultrapure Water

2276GO2Minutes

35 40 45 50

0.00

Vo

lts

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05 C-18 Reverse Phase SeparationUV Detector: 214 nm


3 ppb<2 ppb

6 ppb

10 ppb

3010 200Minutes

Effect of TOC on HPLC BaselineWater with 18.2 M -cm ionic purity

Instrument - Waters LC ModuleColumn - Supelcosil LC-8, 4.6 mm X 5.0 cmMobil phase- 20-minute gradient separation( methanol:ammonium acetate buffer ) from 50% to100%methanol, 5 minutes hold at 100% methanolSample volume- 10 microlitersFlow rate - 1.0 ml /minDetection @ 254 nm wavelengthSensitivity - 0.05 AUFS


Control

5 10 15 20 250Minutes

AGUA ULTRAPURA ALMACENADA EN POLIETILENO


1 hourControl

5 10 15 20 250Minutes



1 day

1 hourControl

5 10 15 20 250Minutes



1 day

1 week

1 hourControl

5 10 15 20 250Minutes



2 weeks

1 day

1 week

1 hourControl

5 10 15 20 250Minutes



1 day

1 week

Control

5 10 15 20 250Minutes

AGUA ULTRAPURA ALMACENADA EN VIDRIO



EXTRACTABLES DE RESERVORIOS


10

T D MQ T D MQ T D MQ

TM3

TR-1

M2R

Cel

l Num

ber

x 10

5 Agua potableDestiladaMill-Q UF

Tipo de agua

TM: LeydigTR: MelanomaMR: Epiteliales

EFECTOS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN EL CRECIMIENTO CELULAR


1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.E+06

1.E+07

0 1 3 5

TR1-DST

TR1-MQ

TM3-DST

TM3-MQ

Comparación de 2 tipos de agua, medio libre de sueroComparación de 2 tipos de agua, medio libre de suero



SOLUCIONES TECNOLOGICAS

CARLOS FERNANDO [email protected]

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SISTEMA DE PURIFICACION AGUA TIPO III, MILLIPORE


SOLUCIONES TECNOLOGICAS


RESERVORIOS


EXTRACTABLES DE RESERVORIOS


SISTEMA PRODUCCION AGUA TIPO MILLI Q


SISTEMA PRODUCCION AGUA TIPO MILLI Q


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