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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
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CONTAMINANTES DEL AGUA POTABLE Y SUS EFECTOS
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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
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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
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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)
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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
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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
-
--
-
--
- --
-
-
--
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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
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UNIDADES DE MEDICION DE LA CALIDAD DEL AGUA
Conductividad, TDS, Ph, Dureza, Alcalinidad, Cloro total y libre, Silica,
bacterias, TOC
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• 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
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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
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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
+/-
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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
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BACTERIAS, HONGOS Y VIRUS
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ESTANDARES DE CALIDAD NORMAS Y ESPECIFICACIONES
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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)
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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
*
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RECOMENDACIONES NCCL
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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
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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.
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TECNOLOGIAS DE PURIFICACION Y CONTROL
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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
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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.
Ventajas Desventajas
R-H R-OH
R-Na R-Cl
Na+ + Cl-
H+ + OH- ---> H2O
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Capacidad de las resinas de intercambio Iónico
IonEx (+)
Ion (-)
Particulate
Colloid (-)
Organics
Fines (-)
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ÓSMOSIS INVERSA
1
2
Agua de alimentaciónAgua
purificada
Membrana de ósmosis
inversa (RO)
Ósmosis Ósmosis Inversa
2 21
Presiónosmótica
P
1
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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
Ventajas Desventajas
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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-
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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
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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
Ventajas Desventajas
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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
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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)
Ventajas Desventajas
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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
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EFECTO DE LA UV
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ELIMINACION DE CONTAMINANTES
CONTAMINANTES
IONES
ORGANICOS
PARTICULASCOLOIDES
BACTERIASVIRUS
GASES
DEST DI RO UF MF Ca
Blanco: Eficiente – Negro: No eficiente
EDI
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COMO AFECTA EL AGUA LAS TECNICAS ANALITICAS?
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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
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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
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Control
5 10 15 20 250Minutes
AGUA ULTRAPURA ALMACENADA EN POLIETILENO
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1 hourControl
5 10 15 20 250Minutes
AGUA ULTRAPURA ALMACENADA EN POLIETILENO
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1 day
1 hourControl
5 10 15 20 250Minutes
AGUA ULTRAPURA ALMACENADA EN POLIETILENO
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1 day
1 week
1 hourControl
5 10 15 20 250Minutes
AGUA ULTRAPURA ALMACENADA EN POLIETILENO
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2 weeks
1 day
1 week
1 hourControl
5 10 15 20 250Minutes
AGUA ULTRAPURA ALMACENADA EN POLIETILENO
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1 day
1 week
Control
5 10 15 20 250Minutes
AGUA ULTRAPURA ALMACENADA EN VIDRIO
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EXTRACTABLES DE RESERVORIOS
. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .www.pafltda.comwww.pafltda.com
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
. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .www.pafltda.comwww.pafltda.com
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
. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .www.pafltda.comwww.pafltda.com
SOLUCIONES TECNOLOGICAS
CARLOS FERNANDO [email protected]
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SISTEMA DE PURIFICACION AGUA TIPO III, MILLIPORE
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SOLUCIONES TECNOLOGICAS
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RESERVORIOS
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EXTRACTABLES DE RESERVORIOS
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SISTEMA PRODUCCION AGUA TIPO MILLI Q
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SISTEMA PRODUCCION AGUA TIPO MILLI Q