¿Cómo obtener agua de alta pureza?

La calidad de agua que se emplea en laboratorios de análisis es determinante en la calidad de sus resultados.

Los laboratorios de investigación y desarrollo tecnológico en centros de investigación o en universidades, requieren de agua de óptima calidad para eliminar variables ocultas en los resultados de sus análisis.

Así mismo, los equipos e instrumentos como cromatógrafos de gases y de líquidos, espectrómetros de absorción y emisión atómica, deben operar con agua con la cual se tenga la absoluta certeza de la ausencia de contaminantes y componentes que puedan interferir con los resultados del análisis.

También en análisis clínicos, en trabajos con cultivos celulares o con fluidos bioquímicas es indispensable el uso de agua de la mejor calidad y pureza.

¿Qué componentes se deben remover del agua?

Las aguas potables que provienen de la red de suministro en las diferentes ciudades, contienen sólidos disueltos y sólidos suspendidos.

Los sólidos suspendidos son partículas sólidas que pueden estar presentes en el agua, aunque siempre en cantidades mínimas, pero que deben removerse para obtener agua de alta pureza. Para este fin se emplean filtros que por tamizado mecánico retienen las partículas suspendidas y dejan pasar el agua clarificada.

Los sólidos disueltos no pueden removerse por medios mecánicos simples y deben emplearse tecnologías tales como; osmosis inversa, desmineralización en lechos mixtos de resina cationaica y aniónica o electrodeionización.

En la práctica para obtener agua de alta pureza se emplean combinaciones de uno o más de estos procesos, como pueden ser la osmosis inversa seguido de la deionización en lechos de resina mixta.

La esterilización del agua también es importante para evitar la presencia de esporas y para controlar el crecimiento microbiano, sobre todo cuando el agua está en almacenamiento en un depósito para ser empleada cuando sea necesario.

Para este fin se debe disponer de un sistema de recirculación que haga fluir el agua a través de un esterilizador ultravioleta y un filtro de 1.0 micras o menos con la finalidad de remover esporas y desinfectar continuamente el agua con irradiación UV de 254 nm de intensidad.

Los accesorios y componentes de un equipo de producción de agua ultrapura y algunas de las sustancias presentes en el agua causan que esta agua contenga trazas de materia orgánica que es irrelevante cuando se determinan metales o el agua se emplea para preparación de soluciones para uso del laboratorio pero que son indeseables en análisis por cromatografía de gases o de líquidos, o en cultivo y desarrollo de tejidos celulares y por esto es necesario su remoción.

Para esto se emplea una lámpara UV que emite principalmente la banda UV de 185 nm que reacciona fotoquímicamente con los componentes químicos residuales de la materia orgánica y los convierte a CO2 y H2O.

En forma conjunta con este tratamiento, se emplea un filtro de carbón activado, el cual tiene la propiedad de adsorber compuestos orgánicos presentes en al agua.

Un resumen de los componentes que deben removerse de las aguas naturales, así como su origen y técnicas de remoción es la que se presenta en la siguiente tabla:

Componentes y técnicas de remoción para producción de agua ultrapura

Proveedores de sistemas para obtención de agua ultra pura

A continuación le presentamos a Festa-Hidrogel, proveedor de sistemas para obtención de agua ultra pura:

Festa-Hidrogel es una empresa cuyo giro principal es en el tratamiento y acondicionamiento de aguas potables y residuales. Dentro de sus principales divisiones se encuentra el de sistemas para obtención de agua ultra pura, que es necesario cuando se demanda agua con un mínimo de sales y compuestos similares que disminuyen su grado de pureza.

Conozca el Perfil, Productos, Dirección y Teléfono de Festa-Hidrogel.

O bien, haga contacto directo con Fesra-Hidrogel para solicitar mayor información sobre sus sistemas para obtención de agua ultra pura.

Monitoreo de especificaciones para empresas con emisiones a la atmósfera a través de chimeneas

Existen cinco los principales contaminantes que se descargan en el aire: el monóxido de carbono, los óxidos de azufre, los hidrocarburos, los óxidos de nitrógeno y el material particulado (polvo, ceniza). Las emisiones pueden provenir de una amplia variedad de procesos industriales. El monóxido de carbono (CO) es descargado al aire como resultado de procesos industriales y la combustión incompleta de la madera, el aceite, el gas y el carbón; el dióxido de carbono (CO2), el dióxido de azufre (SO2), y los óxidos nítricos (NO y NO2), como resultado de la combustión del gas, el aceite y el carbón; el sulfuro de hidrógeno (H2S) y el metilmercaptano (CH3SH), como resultado de los procesos utilizados en las fábricas de papel entre otras industrias.

El monitoreo continuo de emisiones en fuentes fijas, determina la concentración de los contaminantes presentes en los gases que emite un equipo de combustión, mediante técnicas instrumentales específicas para cada contaminante.

El monitoreo, además de cumplir con la legislación ambiental, permite conocer las condiciones de operación del equipo de combustión y así, reducir la generación de emisiones a la atmósfera que puedan causar daños al ambiente, la salud humana o los bienes de la población.

Técnicas Analíticas para monitoreo de emisiones atmosféricas

La técnica más usada para el control de emisiones gaseosas es la cromatografía de gases (GC) con el detector correspondiente. El método más común para monitorear hidrocarburos es una GC con un detector de ionización por llama (FID). Otro tipo de detector para monitorear los hidrocarburos es el detector de fotoionización (PID). El PID tiene la ventaja de no requerir ningún gas combustible como por ejemplo hidrógeno pero la desventaja es que no es sensible a los hidrocarburos C2-C4. El detector de captura de electrones (ECD) es especialmente sensible a los compuestos halogenados y para la detección de compuestos que contengan azufre se utiliza el detector fotométrico de llama (FPD). Es también frecuente el uso de GC-MS para identificar los compuestos en las emisiones.

Métodos químicos y espectroscópicos para análisis de emisiones atmosféricas

Los métodos químicos y espectroscópicos también son utilizados para el análisis. Los métodos químicos más comunes son aquellos en los cuales el contaminante de interés es atrapado en una solución de absorción en la cual se produce la reacción de formación de color. El cambio de color indica la presencia del contaminante y la intensidad del color es proporcional a la concentración del contaminante. Los métodos más apropiados para el monitoreo de metales en emisiones son la espectroscopia de absorción atómica (AAS) y el plasma de acoplamiento inductivo (ICP). 

Proveedores de servicios de monitoreo de emisiones a la atmósfera

A continuación le presentamos a Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), proveedor de servicios de monitoreo de emisiones a la atmósfera:

Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), realiza actividades de investigación, docencia y servicios tecnológicos en el área de química, polímeros y disciplinas afines para contribuir al progreso del sector industrial, educativo y social.

El servicio de monitoreo de especificaciones para empresas con emisiones a la atmósfera a través de chimeneas que CIQA ofrece, consiste:

Descripción del servicio de monitoreo de emisiones atmosféricas

El monitoreo de especificaciones para empresas con emisiones a la atmósfera a través de chimeneas, pueden:

Para esta actividad la CSL:

Características del servicio de monitoreo de emisiones atmosféricas

 Normas aplicables

D   MONITOREO DE FUENTES FIJAS / MONITOREO DE ESPECIFICACIONES

Conozca el Perfil, Productos, Dirección y Teléfono de CIQA.

O bien, haga contacto directo con CIQA para solicitar mayor información sobre el servicio de monitoreo de especificaciones para empresas con emisiones a la atmósfera a través de chimeneas.

Es difícil evaluar el porcentaje de análisis químicos que se realiza por medios instrumentales comparado con lo que llamamos "métodos tradicionales" (también conocidos como "por vía húmeda"). Dependiendo de los recursos disponibles y de las necesidades analíticas, seguramente existe todo un espectro de situaciones en las cuales métodos de ambos tipos coexisten en la operación diaria de laboratorios. Creo también que en la actualidad los métodos instrumentales predominan en la mayoría de los casos.

Los primeros instrumentos que tuve a mi disposición eran muy sencillos, generalmente tenían muy pocos controles y sus manuales de instrucción (de quizás no mas de 25 paginas) podían leerse en su totalidad en no mas de una hora. En contraste a lo anterior, hoy día encaramos situaciones muy diferentes. Los instrumentos aunque complejos y con mucha versatilidad, son superficialmente simples, no tienen muchos controles o indicadores visibles, generalmente todo es controlado por computadoras y los manuales son inmensos, usualmente en varios volúmenes, y desgraciadamente en ingles, o lo que es aun peor, mal traducidos de otros idiomas a el ingles. Una historia que he escuchado mucho entre mis colegas (en tono de burla y frustración) es que los manuales de instrumentos japoneses son traducidos del japonés, a el ruso, después a el hebreo, de vuelta al japonés y finalmente al ingles.

El químico de hoy día enfrenta opciones múltiples y situaciones complejas al adquirir o emplear un instrumento. Es el propósito de esta columna el ilustrar algunos aspectos de esas situaciones, y expresar ideas y recomendaciones sobre los puntos críticos de la adquisición, mantenimiento, y manejo de dicha instrumentación. Los comentarios aquí ofrecidos están basados en mi experiencia y en las observaciones que he podido hacer al hablar con usuarios de diversos países. Estas opiniones son también áreas que usualmente discuto al impartir cursos sobre diferentes temas analíticos. Los puntos que deseo tratar están resaltados en los párrafos a continuación.

No es conveniente adquirir demasiado o muy poco instrumento - El costo de la instrumentación puede ser muy considerable. Dependiendo del tipo de instrumento y de los deseos de uso, el gasto puede ser desde 15 o 30 mil dólares por limite bajo en los casos de cromatógrafos o espectrofotómetros simples, y hasta de 200 o 300 mil dólares o mas en los casos de espectrómetros muy complejos. Es por estas consideraciones que conviene definir bien las necesidades que se desean cubrir con la adquisición, y el explorar a fondo las opciones disponibles en términos de fabricantes y accesorios necesarios. También conviene recordar que la mayoría de la instrumentación es diseñada para satisfacer las necesidades científicas de laboratorios y países tecnológicamente avanzados. Hasta donde he conocido, muy poco se ha hecho por fabricar instrumentación simple y mejor adaptada a los requerimientos de países en desarrollo. Por estas razones es muy frecuente que la instrumentación que usualmente se adquiere tiene características y capacidades que sobrepasan los requerimientos reales del usuario típico. Un error común en este punto es el caso en donde se adquieren accesorios que nunca podrán utilizarse por ser superfluos o erróneos para las necesidades analíticas. Es responsabilidad de el comprador o analista el limitar lo superfluo o lujoso y optimizar lo necesario y básico en la adquisición.

Es por todas las razones arriba mencionadas que la decisión sobre compras debe hacerse responsablemente. Aquí influyen mucho las opiniones y asesoráis de los fabricantes de instrumentación cuando sugieren o definen el instrumento recomendable para un uso determinado. Sobre esto deseo mencionar que si bien esas opiniones son valiosas, no deben constituir el total de el criterio empleado en la adquisición, y debemos estar seguros que esas opiniones son en verdad útiles y adecuadas a nuestros propósitos. Cliente y vendedor deben establecer una línea de comunicación y confianza mutua que ayude a lograr éxito reciproco.

No olvidemos que los instrumentos requieren de algo mas que electricidad para funcionar - Si bien los instrumentos modernos son muy sofisticados y útiles, estos son solamente una parte de lo necesario para obtener resultados. Siempre se necesita de operadores capacitados, elementos de consumo, partes de repuesto, y de servicio técnico. Por esto, es una idea muy buena , el reservar algo de los presupuestos de compra de instrumentos, para la adquisición de todo aquello que es esencial para su operación y mantenimiento. No debemos permitir que un instrumento que cuesta 50 o 100 mil dólares no funcione por falta de algo que cuesta un 2 % o 3% del total. Con pena he observado situaciones en las que un instrumento moderno y costoso, no puede ser empleado por falta de implementos simples como son reactivos especiales, algún material o parte de consumo, o por la ausencia de personal capacitado y experto.

Aquí también conviene recordar que la educación universitaria generalmente no es suficiente para capacitar a los profesionales sobre el uso de instrumentos, y que aun cuando el usuario tiene una base adecuada de conocimientos, siempre va a tomarle tiempo el desarrollar experiencia con la instrumentación. Los cursos de análisis instrumental, ponen solamente una capa de conocimientos muy ligera y muy general en la preparación de los graduados. Afortunadamente, existen organizaciones como son las sociedades químicas, empresas privadas e institutos y universidades, dedicadas a impartir cursos de capacitación especializada, y a ofrecer ayuda técnica,. Este aspecto es también parcialmente cubierto por las empresas fabricantes de instrumentos, pero desgraciadamente muy pocas de ellas cuentan con personal de habla hispana realmente capacitado y con la experiencia adecuada para ser de utilidad a los usuarios.

Todo instrumento tiene una longevidad limitada - Si reducimos un instrumento de análisis a sus elementos básicos, vemos que es una combinación ingeniosa y funcional de partes mecánicas, componentes ópticos, circuitos electrónicos, y algoritmos de computación. Con el tiempo y el uso todas esas partes sufren deterioro y desgaste, o bien el instrumento se vuelve obsoleto cuando se introducen tecnologías mas avanzadas. Puede también suceder que cuando un instrumento esta aun en uso, su mantenimiento puede ser muy problemático por escasez de partes o por sufrir descomposturas muy frecuentes. Un caso que conozco bien, es el de uso y mantenimiento de los instrumentos de cromatografía. En mi experiencia, creo que es razonable esperar que un cromatógrafo de gases debe de funcionar por lo menos durante 15 o 20 años y uno de líquidos por 12 o 15, siempre que su empleo y mantenimiento haya sido el recomendado. Inevitablemente, todo instrumento necesita ser descartado y es nuestra responsabilidad el reconocer cuando ese momento ha llegado.

Después del ciclo de producción de un instrumento, las empresas fabricantes mantienen repuestos solamente por un periodo determinado, usualmente de 4 o 5 años. Al termino de este tiempo, los fabricantes solamente prometen "hacer un esfuerzo máximo por mantener partes" o algo parecido. Sobre este punto recuerdo una ocasión en la cual escuche de boca de personas de una de estas empresas, que "esfuerzo máximo" puede significar "no esfuerzo". Aun hoy día no entiendo bien como es que alguien puede distorsionar el lenguaje en esa forma.

Lo ultimo o mas avanzado en tecnología no es necesariamente la opción mas adecuada - Siempre es una tentación muy grande el obtener lo mas moderno y avanzado en tecnología al momento de adquirir un instrumento. En principio no hay nada erróneo en esto, pero puede haber problemas en hacerlo, y mi experiencia me ha mostrado la necesidad de ser cauteloso.

Hace algunos años tuve que hacer la decisión de adquirir 6 instrumentos por emplearse en un proyecto de biotecnología. El propósito era el análisis de 1000 muestras diarias y las partes criticas del plan incluían la instalación y funcionamiento de esos instrumentos a una fecha determinada. Al examinar las opciones del caso, el fabricante seleccionado ofreció lo ultimo en diseño y novedad en uno de los componentes de la instrumentación, los argumentos me convencieron, y la decisión fue tomada de efectuar la adquisición. Cuando las unidades se instalaron sucedió que en el lapso de aproximadamente 30 días, todas las unidades fallaron en ese componente supuestamente muy avanzado y novedoso, las fallas fueron tales que una unidad tuvo que ser reemplazada completamente. Eventualmente todos los problemas se solucionaron, pero la etapa inicial del proyecto tuvo que retrasarse. Si bien 30 días puede decirse no es un tiempo muy largo para resolver problemas cabe recordar que esto sucedió en un país donde todo esta a la mano, los envíos de partes de repuesto tardan 24 horas o menos, y donde existe contacto con un conjunto muy apreciable de expertos. En países en desarrollo, problemas de este tipo son seguramente mas difíciles de resolver.

El fabricante involucrado en el ejemplo anterior nunca explico el porque de las fallas, pero fue evidente que en las prisas por llevar algo nuevo a el mercado, los diseñadores no tuvieron tiempo suficiente para probar dichos componentes y el instrumento en total en donde estaban incorporados. Es por experiencias como esta que siempre recomiendo el esperar uno o dos años después de la introducción de un instrumento antes de adquirirlo. En ese tiempo, los problemas originales serán detectados y las soluciones serán adecuadamente comprobadas. También puedo agregar que un periodo de espera como este, seguramente no va a retrasar en mucho el progreso o trabajo que comúnmente hacemos, y si puede evitar problemas serios además de la frustración que estos implican.

En esta columna de artículos sobre Química Analítica el Dr. Esquivel discute muchos tópicos y problemas asociados a su especialidad. Si tiene algún comentario, sugerencia o preguntas específicas sobre algún problema, si desea contactar al autor o le interesa que se aborde algún tema en particular, favor de dejarnos sus comentarios o datos haciendo clic aquí.

Información sobre el Autor. - El Dr. J. Benjamín Esquivel H. ha trabajado como investigador durante 21 años en laboratorios industriales de análisis químicos. Así mismo ha ocupado posiciones académicas y con empresas fabricantes de instrumentación. Su especialidad profesional es el campo de las separaciones cromatográficas y la espectroscopia. Es conferencista frecuente en congresos internacionales donde imparte cursos de cromatografía y charlas de sesiones plenarias.