Empresa corporación laboratorios ambientales del Perú S A C, Als Life Sciences, implementación del autoanalizador de flujo segmentado San++ para el análisis de cianuro

Texto completo

(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA. INFORME DE EXPERIENCIA PROFESIONAL EMPRESA CORPORACIÓN LABORATORIOS AMBIENTALES DEL PERÚ S.A.C | ALS LIFE SCIENCES, IMPLEMENTACIÓN DEL AUTOANALIZADOR DE FLUJO SEGMENTADO SAN++ PARA EL ANÁLISIS DE CIANURO. Informe de experiencia profesional presentado por el bachiller JOSÉ CARLOS PAREDES MÁLAGA para optar el título profesional de Ingeniero Químico.. AREQUIPA-PERÚ 2017.

(2) DEDICATORIA. A mis padres por su apoyo incondicional. “El tiempo es la sustancia de que estoy hecho. El tiempo es un río que me arrebata, pero yo soy el río; es un tigre que me destroza, pero yo soy el tigre; es un fuego que me consume, pero yo soy el fuego. El mundo, desgraciadamente, es real; yo, desgraciadamente, soy Borges.” JLB, Nueva refutación del tiempo (19441946)..

(3) AGRADECIMIENTOS. A todos los profesores de la escuela profesional de Ingeniería Química por las valiosas lecciones aprendidas en las aulas siempre con la exigencia de hacer las cosas mejor cada vez para poder alcanzar nuestras metas.. "Cuando te inspira algún propósito, algún proyecto extraordinario, tus pensamientos rompen todas sus barreras. Tu mente trasciende sus límites y se expande en todas las direcciones. Fuerzas, facultades y talentos latentes, cobran vida y te encuentras alcanzando alturas que jamás soñabas." Patanjali.

(4) Tabla de contenido CAPITULO I: DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ......................................... 1 1.. Reseña Histórica ...................................................................................................... 1. 2.. Misión...................................................................................................................... 2. 3.. Filosofía y cultura empresarial ................................................................................ 3. 4.. Servicios de laboratorio y competencias ................................................................. 3 4.1. Matrices y tipos de muestras analizadas ............................................................ 3. 4.2. Monitoreos de campo ........................................................................................ 3. 4.3. Laboratorio de orgánicos competencias ............................................................ 3. 4.4. Laboratorio de inorgánicos competencias ......................................................... 4. 5.. Organización ........................................................................................................... 4. 6.. Descripción del proceso .......................................................................................... 6 CAPITULO II: AUTOMATIZACIÓN EN EL LABORATORIO................... 7. 1.. Antecedentes y tendencias actuales......................................................................... 7. 2.. Definición de la automatización:............................................................................. 8. 3.. Objetivos de la automatización: .............................................................................. 9. 4.. Desventajas de la automatización ......................................................................... 10. 5.. Límites de la automatización................................................................................. 11. 6.. Computadoras en el Laboratorio ........................................................................... 12 6.1. Conceptos Generales: ...................................................................................... 12. 6.2. Tipos de conectividad en la automatización .................................................... 13. 6.3. Muestreo de Señales ........................................................................................ 14. 6.4. Software ........................................................................................................... 17. CAPITULO III: AUTOANALIZADORES DE QUÍMICA HÚMEDA......... 19 1.. Definición de autoanalizador: ............................................................................... 19. 2.. Clasificación de Autoanalizadores: ....................................................................... 19 2.1. Analizadores Batch: ......................................................................................... 19. 2.2. Analizadores continuos: .................................................................................. 20.

(5) 3.. 4.. Muestreo en autoanalizadores ............................................................................... 22 3.1. Objetivos del proceso de muestreo .................................................................. 22. 3.2. Muestreo de líquidos en analizadores continuos ............................................. 23. Pretratamiento en autoanalizadores ....................................................................... 26 Objetivos del pretratamiento ........................................................................... 26 4.2. 5.. Pretratamiento de muestras liquidas en analizadores continuos ...................... 28. Analizador de flujo segmentado ............................................................................ 32 Introducción ..................................................................................................... 32 5.2. 6.. Esquema general de un analizador de flujo segmentado por aire.................... 32. Problemas en autoanalizadores de flujo segmentado ............................................ 36 Contaminación cruzada en el analizador ......................................................... 36 6.2. Problemas con la estabilidad del flujo. ............................................................ 38. CAPITULO IV: CIANURO Y SU DETERMINACIÓN................................. 40 1.. Estructura química de cianuro ............................................................................... 40. 2.. Toxicidad del cianuro ............................................................................................ 40. 3.. Estándares de calidad de ambiental y límites máximos permisibles en Perú: ...... 41. 4.. Cianuro en la industria .......................................................................................... 42. 5.. Formas acuosas de cianuro .................................................................................... 43. 6.. 5.1. Cianuro libre .................................................................................................... 43. 5.2. Complejos de metal-cianuro ............................................................................ 44. 5.3. Complejos de metal-cianuro débiles (WAD) .................................................. 44. 5.4. Complejos de metal-cianuro fuertes ................................................................ 44. Métodos para la determinación de cianuro ........................................................... 45 6.1. Determinación de cianuro por el método clásico ............................................ 45. 6.2. Métodos para cianuro total, libre y WAD para el auto analizador San ++ .... 48. 6.2.3 Interferentes ...................................................................................................... 53 6.3. Controles de calidad para cianuro total, libre y WAD. ................................... 54. 6.4. Diagrama operativo para el cianuro total cianuro libre y cianuro WAD ......... 55. 6.5. Tiempos de análisis entre el método clásico y automatizado .......................... 57. CAPITULO V: IMPLEMENTACIÓN DEL AUTOANALIZADOR SAN++59 1.. Propuesta de elección autoanalizador de cianuro .................................................. 59 Introducción: .................................................................................................... 59.

(6) 2.. 3.. 4.. 5.. 6.. 1.2. Objetivos .......................................................................................................... 59. 1.3. Evaluación de los sistemas en el mercado: ...................................................... 60. 1.4. Comparación Sistemas: ................................................................................... 60. 1.5. Evaluación de alternativas y elección de autoanalizador: ............................... 64. 1.6. Requerimientos del autoanalizador San++ de Skalar ...................................... 65. Visita a las instalaciones de la compañía Skalar en Holanda ................................ 66 2.1. Introducción: .................................................................................................... 66. 2.2. Visita técnica: .................................................................................................. 67. Descripción del Analizador San ++ ...................................................................... 70 3.1. Partes principales del sistema del analizador: ................................................. 71. 3.2. Principio del analizador ............................................................................... 71. 3.3. Principales Partes del analizador. .................................................................... 72. Desembalaje e instalación del analizador San++ Skalar ...................................... 77 4.1. Desembalaje: ................................................................................................... 77. 4.2. Instalación ........................................................................................................ 78. Operación del analizador San ++ .......................................................................... 82 5.1. Condiciones ambientales: ................................................................................ 82. 5.2. Pre-análisis: ..................................................................................................... 82. 5.3. Secuencia de encendido ................................................................................... 83. 5.4. Preparación para la determinación .................................................................. 83. 5.4. Apagado general .............................................................................................. 85. Mantenimiento analizador San ++ ........................................................................ 86 6.1. Mantenimiento programado: ........................................................................... 86. 7.. Verificación del sistema de flujo segmentado para cianuro total, libre y WAD:.. 88. 8.. Software utilizado por el analizador San ++ ......................................................... 89 Corrección de la línea base, sensibilidad y coeficiente de correlación ........... 90 CAPITULO VI: VALIDACIÓN DE MÉTODOS DE ENSAYO.................... 96. 1.. Definición: ............................................................................................................. 96. 2.. Objetivo: ................................................................................................................ 96. 3.. Alcance de la validación ....................................................................................... 97. 4.. Justificación de validación: ................................................................................... 97. 5.. Diseño experimental: ............................................................................................ 99.

(7) 6.. Desarrollo de los parámetros de la validación .................................................... 100 Límite de detección: ...................................................................................... 100 6.2. Límite de cuantificación: ............................................................................... 101. 6.3. Veracidad ....................................................................................................... 102. 6.4. Precisión (repetibilidad y reproducibilidad) .................................................. 103. 6.5. Selectividad/Especificidad............................................................................. 105. 6.6. Rango de trabajo ............................................................................................ 105. 6.7. Linealidad ...................................................................................................... 106. 6.8. Sensibilidad ................................................................................................... 108. 6.9. Incertidumbre................................................................................................. 109. 6.10 Robustez ........................................................................................................ 113 7.. Resultados de la validación ................................................................................. 114 CONCLUSIONES ............................................................................................. 120 ANEXO I: GLOSARIO .................................................................................... 122 ANEXO II: CLASIFICACIÓN DE CALIDAD DE AGUA .......................... 125 ANEXO III: CÁLCULOS DE LA VALIDACIÓN ........................................ 126 ANEXO IV: CELDA AMPEROMETRICA Y DISPLAY PARA LA DETECCION DE CIANURO .......................................................................... 136 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 138.

(8) Índice De Figuras FIGURA 1 OPERACIONES DE ALS CORPLAB EN EL MUNDO. ...................................................... 2 FIGURA 2 ORGANIZACIÓN DE ALS CORPLAB ........................................................................... 4 FIGURA 3 ORGANIGRAMA DE LAS GERENCIAS TÉCNICAS, MARKETING Y OPERACIONES. ........... 5 FIGURA 4 PROCESOS PRODUCTIVOS EN ALS CORPLAB ............................................................ 6 FIGURA 5 FORMAS DE INCORPORAR COMPUTADORAS EN EL LABORATORIO............................. 13 FIGURA 6 ESQUEMA DE LA ADQUISICIÓN, PROCESAMIENTO Y LA ENTREGA DE RESULTADOS .. 14 FIGURA 7 RESULTADOS DE UTILIZAR UNA FRECUENCIA DE MUESTREO MUY ALTA (A), ADECUADA (B) O MUY BAJA (C) EN EL MONITOREO COMPUTARIZADO DE TRES SEÑALES .. 16. FIGURA 8 ANALIZADORES DISCRETOS BATCH ............................................................................ 20 FIGURA 9 SEÑAL TÍPICA DE UN SISTEMA SFA ............................................................................. 21 FIGURA 10 SEÑAL TÍPICA DE UN SISTEMA FIA ............................................................................ 21 FIGURA 11 FORMAS DIFERENTES DE INTRODUCIR MUESTRAS LIQUIDAS EN ANALIZADORES CONTINUOS: (A) CONTINUAMENTE; (B) POR INYECCIÓN; (C) POR ASPIRACIÓN SIN AIRE;(D). POR ASPIRACIÓN CON AIRE................................................................................................... 24 FIGURA 12 (FIGURA SUPERIOR) USO DE UNA SOLUCIÓN INTERMEDIA PARA EVITAR LA CONTAMINACIÓN CRUZADA ENTRE MUESTRAS, (FIGURA INFERIOR) PERFIL DE FLUJO DESPUÉS DE LA ASPIRACIÓN DE DOS MUESTRAS S1 Y S2. ..................................................... 25. FIGURA 13 RELACIÓN DE LA AUTOMATIZACIÓN (OFF-LINE, ON LINE) ENTRE LA TOMA DE MUESTRA, TRATAMIENTO E INTRODUCCIÓN DENTRO DEL AUTOANALIZADOR. .................. 27. FIGURA 14 MANIFOLD DE LOS MÓDULOS QUÍMICOS DEL AUTOANALIZADOR SAN++................ 28 FIGURA 15 DIGESTOR UV CONFORMADO POR UNA LÁMPARA UV Y UNA BOBINA DE CUARZO. 29 FIGURA 16 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE UNA MEMBRANA DE SEPARACIÓN CONTINUA. (A) PARALELEPÍPEDO, (B) TORTUOSA Y (C) ESPIRAL. ................................................................ 30 FIGURA 17 ESQUEMA DE UN ANALIZADOR DE FLUJO SEGMENTADO .......................................... 33 FIGURA 18 SISTEMAS DE DESBURBUJEADO Y DETECCIÓN COLORIMÉTRICA EN (A) AUTOANALIZADORES TECHNICON Y (B) ANALIZADORES SKALAR ..................................... 35.

(9) FIGURA 19 CONTAMINACIÓN CRUZADA EN CONFIGURACIONES DE FLUJO SEGMENTADO POR AIRE (A) CONTAMINACIÓN DE LA MUESTRA. S2 POR S1 EN EL SISTEMA DE FLUJO. PRODUCIDO POR UNA CAPA DELGADA DE LÍQUIDO ENTRE EL AIRE Y LAS PAREDES DE TUBO.. (B) EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN CRUZADA EN LAS SEÑALES PRODUCIDAS POR TRES MUESTRAS CONSECUTIVAS (S1, S2, S3).EL EFECTO INCREMENTA DE S1 (SITUACIÓN TEÓRICA) A S3. ...................................................................................................................... 37. FIGURA 20 REVISIÓN EXPERIMENTAL DE LA CONTAMINACIÓN CRUZADA ENTRE MUESTRAS INTRODUCIDAS SUCESIVAMENTE EN UN ANALIZADOR SEGMENTADO USANDO TRES MUESTRAS (S1,S2,S3) DE CONCENTRACIONES CS1, CS2 Y CS3(=CS1).(A) CONTAMINACIÓN CRUZADA DESPRECIABLE; (B) CONTAMINACIÓN CRUZADA SIGNIFICATIVA(REQUIERE CORRECCIÓN). ....................................................................................................................... 38. FIGURA 21 DISTRIBUCIÓN DEL CONSUMO DE CIANURO EN EL MUNDO. ...................................... 42 FIGURA 22 APARATO DE DESTILACIÓN PARA CIANUROS. ........................................................... 47 FIGURA 23 DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL CIANURO TOTAL Y LIBRE PARA EL AUTOANALIZADOR SAN ++.. .................................................................................................. 55. FIGURA 24 DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL CIANURO WAD. PARA EL AUTOANALIZADOR SAN. ++........................................................................................................................................... 56 FIGURA 25 COMPARACIÓN DE TIEMPO DE ANÁLISIS ENTRE EL MÉTODO CLÁSICO VERSUS EL AUTOMATIZADO .................................................................................................................... 57. FIGURA 26 VISITA A INSTALACIONES DE SKALAR EN BREDA. HOLANDA. ................................. 67 FIGURA 27 LA VISITA SE REALIZÓ JUNTO CON PERSONAL DE SKALAR SUDAMÉRICA. .............. 68 FIGURA 28 INSTALACIONES DE LA SALA DE PRUEBAS DE LOS EQUIPOS VENDIDOS POR SKALAR. ............................................................................................................................................... 69 FIGURA 29 LABORATORIO PARA LA. PREPARACIÓN DE REACTIVOS Y ESTÁNDARES SKALAR ... 69. FIGURA 30 FOTO JUNTO AL PERSONAL DE SKALAR Y LOS REPRESENTANTES EN SUDAMÉRICA70 FIGURA 31 PARTES PRINCIPALES DEL SISTEMA DEL AUTOANALIZADOR ................................... 71 FIGURA 32 PRINCIPIO DEL ANALIZADOR DE FLUJO CONTINUO .................................................. 72 FIGURA 33 PARTES PRINCIPALES DEL AUTOANALIZADOR .......................................................... 72 FIGURA 34 ESTACIÓN DE DILUCIÓN DE MUESTRAS ..................................................................... 73 FIGURA 35 VÁLVULAS DE DOS POSICIONES DE INGRESO DE REACTIVOS O LIQUIDO DE ENJUAGUE. ............................................................................................................................. 74.

(10) FIGURA 36 UNIDAD QUÍMICA DEL AUTOANALIZADOR SAN ++ ................................................... 75 FIGURA 37 BOMBA PERISTÁLTICA, SE OBSERVAN LAS MANGUERAS Y LA TAPA DE LA BOMBA CON EL SISTEMA APAGADO, .................................................................................................. 76. FIGURA 38 MODULO QUÍMICO, SE OBSERVA EL REACTOR UV EN LA PARTE INFERIOR. ........... 76 FIGURA 39 EMBALAJE DEL AUTOANALIZADOR CON DETECTOR DE GOLPES. ............................. 77 FIGURA 40 CONFIGURACIÓN ESPACIAL DEL EQUIPO EN LA MESADA ......................................... 81 FIGURA 41 FORMACIÓN DE LÍNEA BASE PARA VERIFICAR ESTABILIDAD DEL EQUIPO............... 84 FIGURA 42 PANTALLA DE CONTROL DEL AUTOANALIZADOR EN EL MOMENTO DE INICIAR EL ANÁLISIS. ............................................................................................................................... 85. FIGURA 43 DIAGRAMA DE VERIFICACIÓN DE LA SENSIBILIDAD DE LOS DETECTORES DEL ANALIZADOR SAN++. ............................................................................................................ 88. FIGURA 44 CARACTERÍSTICAS DE LA SEÑAL GENERADA POR UN ANALIZADOR DE FLUJO SEGMENTADO CON LOS PARÁMETROS QUE LO DEFINEN. LA LÍNEA PUNTEADA REPRESENTA LA RESPUESTA TEÓRICA ........................................................................................................ 90. FIGURA 45 LÍNEA BASE O CORRECCIÓN POR WASH (BLANCO DE LAVADO). ............................... 92 FIGURA 46 CORRECCIÓN DE SENSIBILIDAD (CORRECCIÓN POR DERIVA). ................................ 93 FIGURA 47 GRAFICA DE RUIDO, LÍMITE DE DETECCIÓN Y LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN. ........ 101 FIGURA 48 LÍMITES DE DETECCIÓN, CUANTIFICACIÓN Y DE LINEALIDAD. .............................. 102 FIGURA 49 EVALUACIÓN DEL RANGO DE TRABAJO DE ACUERDO A LA LINEALIDAD ............... 106 FIGURA 50 CURVA LINEAL DONDE SE MUESTRA LA PENDIENTE Y EL INTERCEPTO ................. 107 FIGURA 51 GRAFICA DEL ANÁLISIS DE RESIDUOS ..................................................................... 108 FIGURA 52 ESQUEMA ILUSTRATIVO DE LA CONTRIBUCIÓN DE ERRORES ALEATORIOS Y SISTEMÁTICOS EN EL CONCEPTO DE INCERTIDUMBRE....................................................... 111. FIGURA 53 FUNCIONAMIENTO DE UN MULTIPLEXOR ................................................................ 124.

(11) Índice De Tablas TABLA 1 ESTÁNDARES DE CALIDAD AMBIENTAL (ECA) S DE CIANURO PARA DIFERENTES TIPOS DE AGUAS. ............................................................................................................................. 41. TABLA 2 PREPARACIÓN DE SOLUCIONES INTERMEDIAS Y ESTÁNDARES DE CALIBRACIÓN PARA CIANURO TOTAL, WAD Y LIBRE POR SFA ........................................................................... 51. TABLA 3 ESQUEMA DE PREPARACIÓN DE LAS SOLUCIONES CONTROL PARA ANÁLISIS DE CIANURO TOTAL, WAD Y LIBRE POR SFA ........................................................................... 51. TABLA 4 INTERFERENCIAS PRESENTES EN EL ANÁLISIS DE CIANUROS TOTAL, WAD Y LIBRE Y SUS RESPECTIVOS TRATAMIENTOS ....................................................................................... 54. TABLA 5 CONTROLES DE CALIDAD POR CADA 20 MUESTRAS PARA CIANURO TOTAL, WAD Y LIBRE. .................................................................................................................................... 54. TABLA 6 TIEMPO NECESARIO PARA ANALIZAR 6, 36 Y 120 MUESTRAS POR EL MÉTODO CLÁSICO Y AUTOMATIZADO. ................................................................................................................ 58. TABLA 7 ANALIZADORES DISPONIBLES EN EL MERCADO PERUANO. .......................................... 60 TABLA 8 PARÁMETROS DE ACEPTACIÓN PARA LA VERIFICACIÓN DE LA SENSIBILIDAD EN EL ANALIZADOR SAN++. ............................................................................................................ 89. TABLA 9 MÉTODOS NORMALIZADOS DE CIANURO ..................................................................... 97 TABLA 10 COMPARACIÓN DE METODOLOGÍAS SKALAR VERSUS LAS METODOLOGÍAS NORMALIZADAS ..................................................................................................................... 98. TABLA 11 PRUEBAS Y CRITERIOS DE VALIDACIÓN REALIZADAS. ............................................... 99.

(12) PRESENTACIÓN. Señor Decano de la Facultad de Ingeniería de Procesos, Señor Director de la Escuela Profesional de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de San Agustín.. Como Bachiller en Ingeniería Química, y de conformidad con las disposiciones del Reglamento de Grados y Títulos vigentes a la fecha, presento la Memoria Descriptiva de Experiencia Profesional, obtenida como fruto de mi trabajo en la empresa Corporación Laboratorios Ambientales del Perú S.A.C | Als Life Sciences, al Jurado correspondiente, esperando me permita obtener el Título Profesional de Ingeniero Químico.. Arequipa, Mayo del 2017..

(13) INTRODUCCIÓN El presente informe tiene como objetivo proporcionar información sobre la experiencia laboral desarrollada por mi persona en la empresa Corporación Laboratorios Ambientales del Perú S.A.C | Als Life Sciences, principalmente relacionado a la implementación del Analizador de Flujo Segmentado San++ Skalar. El presente informe tiene el siguiente contenido: En el Capítulo I se presenta una breve descripción de la empresa donde se incluye una reseña histórica, la misión y filosofía como los servicios brindados por la empresa. Finalmente la organización y descripción del proceso de entrega de informes del laboratorio. En el Capítulo II se expone la automatización en laboratorio con los antecedentes y tendencias actuales, objetivos así como ventajas y desventajas de la automatización, para finalizar se hace mención al papel de las computadoras en los laboratorios de análisis. En el Capítulo III se clasifican los autoanalizadores más importantes en la química húmeda poniendo énfasis en el autoanalizador de flujo segmentado (SFA) y detallando sus procesos de muestreo y pretratamiento. Finalmente se indica cómo tratar los problemas más comunes en los analizadores (SFA). En el Capítulo IV se hace la descripción de la química, toxicidad y estándares (LMP y ECA) del cianuro en el país. También se expone el método clásico de determinación del cianuro total como el método automatizado haciendo finalmente una comparación de los tiempos de análisis de ambas metodologías. En el Capítulo V se presenta la implementación del autoanalizador, como la propuesta de elección del equipo, la visita a las instalaciones de Skalar en Holanda, una descripción detallada del autoanalizador San++; también se describe los trabajos realizados una vez que el equipo estuvo en el laboratorio como el desembalaje, instalación, operación, mantenimiento y verificación del autoanalizador San ++. Finalmente se expone el software utilizado para la operación del equipo..

(14) En el Capítulo VI se describe la validación de los métodos de cianuro justificando la necesidad de esta así como las pruebas requeridas y rangos necesarios a cumplir. Finalmente se presentan los resultados obtenidos para el cianuro total, WAD y libre..

(15) 1. CAPITULO I: DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA. 1. Reseña Histórica El origen de CORPLAB se remonta al año 1994, con una empresa familiar, que bajo el nombre de Mercotec, comienza a brindar servicio de análisis de contaminantes ambientales a las industrias de la Provincia de Buenos Aires, hasta que en 1998 llega a ser el primer laboratorio certificado bajo normas ISO 9001 del país, abriendo las puertas a grandes empresas y proyectos ambientales a nivel nacional. En el año 2000 se presenta el primer plan estratégico de Mercotec, que lo impulsa hacia mercados externos, allí la empresa cambia su nombre a Corporación Laboratorios Ambientales de Latinoamérica (CORPLAB). A partir de ese momento el crecimiento veloz y el éxito fue posicionando a CORPLAB al frente de la industria en Latinoamérica. Desde el año 2002 consolida su presencia en Perú, inicialmente con laboratorios en las ciudades de Lima, y luego en Pisco y Arequipa. En 2004 se instala un laboratorio en Quito, Ecuador para brindar servicios a las empresas petroleras de la región. En el año 2005 se inaugura un laboratorio ambiental modelo de 1.200 m² en Buenos Aires, fortaleciendo su presencia desde el año 2009 con un laboratorio en la provincia de San Juan para satisfacer las demandas de la industria minera. En este mismo año se inaugura un laboratorio en la ciudad de São Paulo y un año después se adquiere un laboratorio en la ciudad de Salvador, Bahía. Las superficies de los laboratorios en Brasil se quintuplicaron en los últimos años para hacer frente al crecimiento en el mercado brasilero. Nuestro staff de más de 500 personas trabaja desde sus laboratorios ubicados en 6 países estratégicamente ubicados en toda Latinoamérica procesando más de 160.000 muestras al año y siendo el único laboratorio del mercado con una cuádruple certificación simultánea en Argentina, Brasil, Perú y Ecuador, con el reconocimiento del International Laboratory Accreditation.

(16) 2. Cooperation e International Accreditation Forum: ISO 17025, ISO 9001, ISO 14001, OHSAS 18001. En diciembre del 2012 CORPLAB anuncia que se ha completado la integración con ALS en Latinoamérica. ALS es uno de los mayores y más diversificados proveedores de servicios analíticos, con laboratorios estratégicamente ubicados alrededor del mundo. Posee operaciones en más de 350 localidades en 55 países y en 6 continentes. Con más de 13.000 colaboradores el Grupo ALS apostó al crecimiento en la región a través de su integración con CORPLAB. Al sumarse a las operaciones ya existentes de ALS en Perú, Chile y México, la entidad combinada constituye el mayor grupo de laboratorios medio-ambientales en Latinoamérica.. Figura 1 Operaciones de ALS CORPLAB en el mundo.. El futuro depara a la compañía numerosos desafíos para mantener sus operaciones y brindar servicios que cumplan con los mayores estándares de calidad nivel mundial a la vez que construye una posición competitiva y duradera.. 2. Misión Proporcionar soluciones de monitoreo ambiental para la industria, empresas consultoras, laboratorios de análisis ambiental y otras empresas que requieran de estos servicios..

(17) 3. 3. Filosofía y cultura empresarial Trabajar junto al cliente para comprender sus necesidades actuales de servicios analíticos así como también los requerimientos futuros. La filosofía de la empresa es brindar algo más que simplemente resultados confiables. Ofrecer al cliente las ventajas de una red integrada de laboratorios: cumplimiento con regulaciones en seis continentes, capacidad comprobada, certificaciones redundantes y flexibilidad en el programa de gestión imposible en otros laboratorios. El equipo de trabajo está calificado sin igual para dirigir todas las operaciones para maximizar la satisfacción del cliente. Los expertos en ALS CORPLAB Ciencias de la Vida se asociarán con el cliente aportando recursos técnicos para mejorar sus programas analíticos y para mitigar sus problemas medio ambientales desde una perspectiva científica y con datos de validez legal.. 4. Servicios de laboratorio y competencias ALS CORPLAB brinda los siguientes servicios: 4.1 Matrices y tipos de muestras analizadas Residuos industriales, suelos y sedimentos, aguas (servidas, de cloacas, agua potable, agua subterránea, agua de mar), toxicidad y eco toxicidad, muestras de superficie tomadas con papel o hisopo, aire (emisiones fugitivas, emisiones atmosféricas, calidad de aire, calidad de aire interior, higiene ocupacional), animales y tejidos vegetales. 4.2 Monitoreos de campo Monitoreo de calidad de agua, monitoreo de calidad de aire, monitoreo de ruido, monitoreo de salud ocupacional. 4.3 Laboratorio de orgánicos competencias Test de aire (ambiente), CAL LUFT, CAL WET, productos de degradación de agentes químicos por LC/ MS, dioxinas/ furanos, eteno, etano, metano, formaldehído, GC semi-VOAsPCBs, GC semi-VOAs-pesticidas y herbicidas, GC volátiles-BTEX, GC/MS VOAs, semi-VOAs, PAHs, GC/MS/MS pesticidas, TPH - GRO/DRO/ORO, muestreo incremental, LC/MS y.

(18) 4. LC/MS/MS (varias aplicaciones) • nitrocelulosa, nitroglicerina, PETN, nitroguanidina, oxianiones y perclorato, congéneres de PCB, biomarcadores de petróleo, sedimento/química tisular, distribución de cadenas hidrocarbonadas. 4.4 Laboratorio de inorgánicos competencias Separaciones químicas, físico-química, química en sala limpia, equipo de muestreo en área limpia, general wet, técnicas de hidruros, ICP/MS Metales, mercurio bajos niveles, mercurio por CV, determinación de trazas de metales en todas sus formas (valencias y compuestos). Organometálicos, tests físicos (Tamaño de Grano, Atterberg, etc.), sedimento/ química tisular, extracción selectiva secuencial, metales ultra - traza, drenaje ácido de rocas. (CORPLAB, 2014). 5. Organización. Figura 2 Organización de ALS CORPLAB.

(19) 5. Figura 3 Organigrama de las gerencias técnicas, marketing y operaciones..

(20) 6. 6. Descripción del proceso Los procesos inician con el requerimiento del cliente para ser canalizados dentro de los procesos operativos que son monitoreados por los procesos estratégicos y asistidos por los procesos de apoyo con el objetivo de lograr la satisfacción del cliente, las interrelaciones se aprecian en el siguiente gráfico. (Enciso, 2014). Figura 4 Procesos productivos en ALS CORPLAB.

(21) 7. CAPITULO II: AUTOMATIZACIÓN EN EL LABORATORIO. 1. Antecedentes y tendencias actuales Desde la década de los sesentas se observa una tendencia de reemplazar totalmente o de manera parcial la intervención humana en laboratorios lo que se consolido en los años setenta tanto en Estados Unidos y Europa. La diferencia entre la química analítica moderna y la clásica está directamente relacionada respectivamente con los procedimientos analíticos automáticos y no automáticos. Hacer los equipos más pequeños y reducir la intervención humana son dos claras tendencias en el desarrollo tecnológico observado en estas últimas décadas. La química analítica no está fuera de esta corriente tecnológica ya que en la mayoría de las innovaciones vemos reflejado este aspecto de una forma u otra. Esta tendencia se presenta gracias a una variedad de causas. Por un lado, la automatización se basa en los espectaculares avances en micromecánica, microelectrónica y el desarrollo de microordenadores. Los microordenadores, son ahora tan comunes como las balanzas en los laboratorios, ya sea en trabajos de rutina o para investigación y desarrollo. Por otro lado, las necesidades de la sociedad, frecuentemente convertidas en demandas, han crecido hasta el punto de plantear problemas inimaginables hace unos años. Tales exigencias no son sólo la necesidad de una información analítica mayor y más racional, sino también la necesidad del laboratorio de responder a preguntas nuevas y apremiantes. Todas las áreas de interés social (salud, ecología, industria, nutrición) se ven profundamente afectadas por la necesidad de un control cada vez más estricto de un número cada vez mayor de muestras en las que un gran número de analitos se determinará a concentraciones cada vez más bajas. Desarrollar nuevos.

(22) 8. productos y resolver problemas que antes no se presentaron son otros aspectos fuertemente dependientes. (Valcarcel, 1988). 2. Definición de la automatización: Es la combinación de dispositivos mecánicos e instrumentales para reemplazar, prolongar o complementar el esfuerzo humano y las facultades en el desempeño de un proceso dado, en el que al menos una operación importante es controlada sin intervención humana por medio de un sistema de retroalimentación el cual se define como un dispositivo instrumental que combina elementos de detección y emisión que pueden modificar la realización de un acto determinado. La IUPAC hace una clara distinción entre dispositivos automatizados y automáticos siendo estos últimos capaces de hacer que ciertas acciones requeridas sean realizadas en puntos determinados en una operación, sin intervención humana, pero a diferencia de los dispositivos automatizados no son capaces de tomar decisiones y siempre siguen la misma secuencia de operación, no cuentan con un sistema de retroalimentación. La IUPAC también afirma que: “No todos los instrumentos, sistemas o métodos diseñados para reducir la intervención humana pueden considerarse automatizados” por ejemplo no es lo mismo hablar de mecanización, instrumentación y automatización. Mecanización: Se basa en la producción de movimiento con el objetivo de complementar, ampliar, perfeccionar o reemplazar el esfuerzo humano. Se le llama mecanismo a la combinación de partes de la cual al menos una es móvil y es capaz de producir un efecto. El conjunto de mecanismos conforman una maquina o aparato. La instrumentación: Un instrumento es un dispositivo utilizado para observar, medir o comunicar una propiedad (parámetro), que reemplaza, refina o complementa la acción humana. La diferencia es que un instrumento es capaz de transmitir información por ejemplo una plancha de calentamiento solo puede indicar si esta prendida o apagada a diferencia de una balanza que te indica exactamente el peso de la muestra analizada..

(23) 9. 3. Objetivos de la automatización: Podemos resumir los objetivos en los siguientes puntos: . Disminución del tiempo de ensayo: Tanto empresas o instituciones requieren tiempos de respuesta cortos para mejorar su eficiencia, competitividad como para atender procesos críticos dentro de su operación. Una disminución del tiempo de análisis influye en el rendimiento ya que los ensayos requieren menos horas hombre.. . Incremento del número de muestras procesadas: El mercado exige a los laboratorios la capacidad de analizar grandes cantidad de muestras debido a las exigencias medioambientales. También un incremento en la capacidad de análisis influye directamente en el rendimiento ya se requiere menos horas hombre tanto como menor cantidad de materiales.. . Reducción de la participación humana en los análisis: Para obtener mejores resultados se debe evitar el error del operador de esta forma mejora la precisión y exactitud de las determinaciones. Cabe mencionar que la automatización en la transferencia de datos (Analizador-Computador) es mucho más rápida y con menores errores comparada con la realizada manualmente. Ciertos procedimientos que por su complejidad o peligrosidad son inviables de realizarce manualmente por los operadores son solucionados por la automatización.. . Disminución del consumo de muestra y / o reactivo: Muestras de metales preciosos u otras muestras de alto costo como también reactivos costosos o escasos deben ser utilizados racionalmente en pequeñas cantidades. La disminución de costos en el muestreo es posible ya que se requiere un menor volumen de muestra por lo tanto se requieren menos frascos o más pequeños, menor consumo de materiales, menor peso de muestras, menor espacio en almacenes, etc.. . Determinación de varios componentes en la misma muestra.. . Optimizar el control de procesos (industrial o de otro tipo): Las empresas requieren de análisis en tiempo real (gran cantidad de análisis y en el menor tiempo posible)..

(24) 10. La eliminación progresiva de la participación humana en procesos o etapas de laboratorio, siempre que sea factible y razonable, mejora los rendimientos económicos y reduce el costo de análisis. La automatización genera la sofisticación de los laboratorios potenciándolos para brindar una variedad de nuevas soluciones a las necesidades de la industria e instituciones en general, esto se traduce en la reentrada o incluso en la contratación de más empleados. Obviamente, la automatización afecta negativamente a los trabajadores no calificados ya que necesitarían mayor entrenamiento y especialización para poder trabajar con nuevas tecnologías. (Ewing, 1997). 4. Desventajas de la automatización A pesar de sus ventajas, la eliminación parcial o completa de la intervención humana en tales procesos puede dar lugar a una serie de desventajas mayores y menores que deben tenerse en cuenta al decidir si un proceso dado debe ser automatizado o no. El primer defecto de la automatización es que cuanto más automatizado es el proceso, menos es el contacto del analista químico o trabajador con este. Esto, a su vez, resulta en una falta de control continuo sobre cada situación (muestra) y de observaciones discretas que aumentan el conocimiento de los eventos experimentales, esto impide que el operador obtenga un cierto tipo de información que en algunos casos podría ser aún más interesante que el resultado obtenido. Además de esta separación, el equipo analizador requiere chequeos más frecuentes y existe un mayor riesgo de desajuste de muestra-resultado. La popularidad de reemplazar el esfuerzo y las facultades humanas en la realización de cualquier tarea afecta negativamente la actitud de los directores de laboratorio, que pueden superestimar el potencial real de la automatización, dependiendo de la confianza excesiva en esta que pueda influir negativamente en la planificación de algunas operaciones analíticas en el laboratorio. Por regla general, los compradores potenciales no tienen un buen conocimiento de las características y posibilidades de la amplia gama de analizadores e instrumentos comercialmente disponibles. Tampoco la molestia de estudiar cualquiera de estos aspectos con la calma requerida y en la profundidad esperada. Los fabricantes tienden a elogiar demasiado sus productos y por lo general no hacen mención de sus limitaciones ya que el conocimiento de estas es tan importante.

(25) 11. como el de su potencial. La facilidad con la que se pueden generar resultados y la sobreconfianza también puede resultar en una evaluación no crítica de los resultados, El "sentido" químico debe prevalecer sobre los datos entregados por el ordenador. Si esto da un pH de 22,3 después de las mediciones pertinentes y el tratamiento de los datos, se puede detectar fácilmente la desviación del hecho. Sin embargo, si el resultado se encuentra dentro del rango aceptable aceptado, es el humano quien debe comprobar si tal resultado es consistente con predicciones o experimentos adicionales. La química analítica no termina en la impresora. La automatización de las técnicas analíticas da lugar ocasionalmente a una reducción de su alcance (se especializa). Las últimas versiones de los instrumentos casi siempre están diseñados exclusivamente para determinaciones rutinarias, por lo que parte del rendimiento habitual de modelos anteriores se ha perdido en estas actualizaciones, además a veces se sacrifica la calidad de algunos de los elementos de los instrumentos a fin de no elevar demasiado los costes mediante la incorporación de microprocesadores. Esto, a su vez, puede resultar en una disminución de los tiempos de vida y de la eficiencia (por ejemplo, una menor resolución espectral) y en un mayor mantenimiento.. 5. Límites de la automatización Al día de hoy no existe un laboratorio ambiental totalmente automatizado pero existen dos iniciativas importantes la primera es de la Universidad de Manchester se trata de un robot llamado Adam que es capaz de realizar experimentos independientes para comprobar hipótesis e interpretar los resultados sin la intervención humana, eliminando el tedio de algunos de los procedimientos de experimentación en laboratorio. El segundo es el Curiosity que se encuentra en Marte recolectando muestras, analizándolas y enviando los resultados a la tierra. Cuenta con un brazo robótico equipado con un espectrómetro de rayos X. (NASA, 2017) La automatización ofrece ventajas indudables, por lo tanto no sorprendente que la mayoría de los fabricantes de instrumentación analítica tiendan a aumentar el grado de automatización de sus gamas comerciales. La tendencia de los gerentes de laboratorio a invertir fondos cada vez mayores en estos instrumentos automatizados tampoco es sorprendente. Sin embargo, como con cualquier innovación tecnológica, la automatización con frecuencia se reúne.

(26) 12. con actitudes renuentes de aquellos que piensan que la adhesión a un cambio dado dará lugar invariablemente a una variedad de complicaciones.. 6. Computadoras en el Laboratorio 6.1 Conceptos Generales: Una Computadora es en general como una caja mágica que nos brinda respuesta a nuestras preguntas. En el caso del laboratorio nos permite ser la caja traductora o interlocutora entre un mundo análogo y un mundo digital interpretable. No solamente interpretando señales sino entregando paquetes de datos en incrementos de tiempo discretos de forma rápida y eficiente. El uso ya masivo de las computadoras en los ambientes domésticos y corporativos sigue siendo y será previsiblemente en aumento en los próximos años como un resultado obvio de la disminución progresiva de los precios. (Ewing, 1997) Según la ley de Moore: Aproximadamente cada dos años se duplica el número de transistores en un microprocesador . La consecuencia directa de la ley de Moore es que los precios bajan al mismo tiempo que las prestaciones suben: la computadora que hoy vale 3000 dólares costará la mitad al año siguiente y estará obsoleta en dos años. En 26 años el número de transistores en un chip se ha incrementado 3200 veces. (Moore, 1965) Muchos de los software usados en laboratorio toman recursos como transformadas de Fourier, operadores de filtrado y suavizado. Gracias a las computadoras es posible manejar grandes cálculos complejos con comandos e interfaces adaptadas al usuario. Permitiendo una mejor presentación de datos al personal de laboratorio..

(27) 13. 6.2 Tipos de conectividad en la automatización Las computadoras pueden ser incorporadas al laboratorio en cualquiera estas de dos maneras: Off-Line: El operador maneja el software, realiza el experimento, tabula los resultados obtenidos y los introduce en la memoria del ordenador como el programa les pide. Por lo tanto, el ordenador sólo ejecuta el software y entrega los resultados procesados a una pantalla o impresora. El operador es la parte activa y el centro del proceso, y no se establece un enlace directo entre el experimento y el ordenador. On-line: El experimento y el ordenador están estrechamente vinculados entre sí a través de una interfaz electrónica. En este caso, el ordenador no sólo procesa y muestra datos, sino que también adquiere data del experimento o instrumento de medición y lo controla a través de elementos electrónicos o electromecánicos interconectados. Las configuraciones on-line son las más interesantes desde el punto de vista de la automatización de laboratorio, hasta el punto de convertirse en la única alternativa viable en algunos casos (por ejemplo, cuando los datos deben ser adquiridos muy rápidamente o el experimento genera una gran cantidad de información).. . Figura 5 Formas de incorporar computadoras en el laboratorio.

(28) 14. 6.3 Muestreo de Señales La adquisición, procesamiento de datos y la entrega de resultados solo pueden ser automatizadas con la ayuda de una (micro) computadora. La figura 6 ilustra esquemáticamente la participación de estos principales elementos de la computadora en la automatización de estas operaciones. El instrumento o dispositivo de medición obtiene la información analógica del experimento y los parámetros medidos son adquiridos por el ordenador a través de una interfaz que consiste en un convertidor analógico-digital (ADC) que transforma la señal experimental en información digital la cual puede ser usada y guardada por la computadora.. Figura 6 Esquema de la adquisición, procesamiento y la entrega de resultados Las interfaces pasivas que realizan tal tarea consisten en un convertidor analógico-digital (ADC) que transducen la señal analógica -normalmente un voltaje- a la información digital adquirida, procesada y / o almacenada por el ordenador. Existe una gran variedad de ADC disponibles; debe observarse, sin embargo, que la conversión analógica a digital siempre da lugar.

(29) 15. a la pérdida de alguna información que sólo se compensa con las ventajas ofrecidas por el tratamiento informatizado de tales señales. (Wilkins, 1975). A medida que la computadora recibe datos digitales que corresponden exactamente o aproximadamente a una señal analógica (experimental) en tiempos discretos, debe establecerse una frecuencia de muestreo de datos coherente con la de la señal experimental para evitar errores derivados de la falta de información. Sin embargo, también se debe evitar una frecuencia demasiado alta, ya que daría lugar a una velocidad de adquisición de datos más allá de la capacidad del convertidor y por lo tanto, requeriría la incorporación de multiplexores analógicos en la interfaz. El muestreo preciso de la señal requiere utilizar una velocidad de adquisición de datos por lo menos del doble, aunque preferiblemente diez veces más alta a la adquisición de datos experimentales..

(30) 16. Figura 7 Resultados de utilizar una frecuencia de muestreo muy alta (a), adecuada (b) o muy baja (c) en el monitoreo computarizado de tres señales. Podemos ver en la gráfica anterior como un determinado tiempo de muestreo puede ser adecuado, bajo o alto dependiendo de la frecuencia a la que se genera la señal experimental. Ocasionalmente, un experimento dado proporciona señales de frecuencias muy diferentes (Baker, 1983)..

(31) 17. 6.4 Software Es la herramienta que efectúa la automatización del proceso de adquisición de datos. Hay una variedad de software comercial dedicado a este fin. Muy a menudo, los instrumentos mismos se suministran con un microprocesador simple auxiliado por una ROM que contiene el software requerido para el tratamiento de los datos recogidos por el detector y ofrecen una selección relativamente pequeña de opciones ilustradas en el catálogo de instrumento. Otros instrumentos más sofisticados están acoplados a una computadora más potente y varios periféricos (por ejemplo, dispositivos auxiliares de almacenamiento) destinados a ejecutar paquetes de software para varios fines (por ejemplo, experimentos HPLC) y suministrados normalmente por el proveedor. Ventajas del uso de software comercial La principal ventaja que ofrece el uso de este software comercialmente disponible es la necesidad de que el operador no tenga habilidades de programación, que puede leer en el catálogo qué instrucciones debe introducir para obtener los resultados deseados y no necesita saber más que el potencial y limitaciones del instrumento de medición y el software que lo controla. Desventajas del uso de software comercial Los paquetes de software de comercial, sin embargo, en muchos casos limitan el alcance y la flexibilidad del instrumento. Esto es a veces el resultado del programador del software que sigue pautas básicas y no tiene el suficiente conocimiento químico para reconocer las sutilezas detrás de los problemas que son dirigidos. El software estándar no toma en cuenta los posibles cambios en el método analítico o técnica que el experimentador a veces se ve obligado a introducir. En tales casos, el conocimiento del operador de los lenguajes de programación es un gran activo, ya que le permite escribir desde cero para un propósito particular. La entrega apropiada del resultado depende mucho del software utilizado para un propósito determinado. Los resultados se pueden presentar como líneas, tablas y / o gráficos. Incluso las presentaciones gráficas, las más complicadas desde el punto de vista de la programación, están actualmente implementadas por varios paquetes de software disponibles comercialmente. (Baker, 1983).

(32) 18.

(33) 19. CAPITULO III: AUTOANALIZADORES DE QUÍMICA HÚMEDA. 1. Definición de autoanalizador: Se define a un analizador como una serie de elementos de los cuales al menos uno es un instrumento que funcionan con diferentes grados de automatización con el objetivo de realizar una determinación cualitativa o cuantitativo de uno o varios analitos en una o varias muestras basados en cambios en sus propiedades químicas, físicas o fisicoquímicas. Los resultados pueden proporcionarse en la forma requerida o también como datos en bruto. (Vafia, 1982.) Una técnica analítica instrumental puede ser inherente en un analizador automatizado. Tal es el caso de las técnicas ópticas (fotometría, fluorometría) o electroanalíticas (potenciómetro, amperometria), que se pueden implementar mediante módulos independientes en analizadores diferentes que, por tanto, están dotados de diferentes grados de automatización. Por otra parte, una técnica analítica puede utilizarse para automatizar un analizador que esté funcionando adicionando la adquisición y el tratamiento de la muestra. 2. Clasificación de Autoanalizadores: Se clasifican de acuerdo a como las muestras son transportadas o manipuladas dentro de los equipos. 2.1 Analizadores Batch: Las muestras conservan su integridad en recipientes que son transportados mecánicamente a diversas zonas del analizador donde se llevan a cabo las diferentes etapas.

(34) 20. analíticas (cuantificación de la muestra y recepción, dilución, dispensación de reactivos, mezcla, calentamiento, etc.) de manera secuencial. Cada muestra es finalmente conducida al detector (instrumento), donde se registran señales (una por analito).. Figura 8 Analizadores discretos Batch. 2.2 Analizadores continuos: Utilizan una corriente continua de líquido (mucho menos frecuente gas). Las muestras son introducidas secuencialmente en intervalos regulares a una corriente de líquido que puede fusionarse o no con otros canales que llevan reactivos, buffers, etc. Al llegar al detector (generalmente se trata de una celda de flujo) la mezcla de reacción resultante produce una señal analítica que se registra esta señal en tiempo real se utiliza para calcular la concentración del analito de acuerdo a la altura o área de la misma. La línea base entre las señales representa el tiempo durante el cual ninguna muestra está pasando a través del detector. Existen dos tipos de analizadores continuos:.

(35) 21. - Analizadores de flujo segmentado (SFA): Originalmente desarrollados por Skeegs en 1957 y comercializados por Skalar y Technicon bajo el nombre de 'AutoAnalyzers', en los cuales el flujo es segmentado por burbujas de aire para preservar la integridad de las muestras y se eliminan antes de alcanzar el detector.. Figura 9 Señal típica de un sistema SFA - Analizadores de flujo no segregado (FIA): En 1975, Ruzicka y Hansen introdujeron el FIA (Flow Injection Analyzer), (llamándola inicialmente análisis de flujo continuo no segmentado) mostrando que la separación de burbujas era innecesaria para evitar la contaminación cruzada generando más bien incertidumbre en la reproducibilidad en el tiempo de residencia de la muestra en el sistema.. Figura 10 Señal típica de un sistema FIA.

(36) 22. La diferencia operativa fundamental entre los dos tipos de sistemas antes mencionados es la segmentación. Durante algún tiempo se supuso que la segmentación por aire era una necesidad absoluta. La segmentación permitió conservar la identidad de cada muestra individual. Sin embargo, la inyección de la muestra realiza el mismo objetivo haciendo innecesaria la segmentación. Adicionalmente, el analizador de flujo continuo segmentado se opera normalmente bajo condiciones químicas estacionarias. La puesta en marcha del sistema requiere una gran cantidad de tiempo y esfuerzo. En FIA, las condiciones de estado estacionario son innecesarias debido a la sincronización reproducible y la dispersión de muestra controlable. (Karlberg, 1989). 3. Muestreo en autoanalizadores 3.1 Objetivos del proceso de muestreo El término "muestreo" es vago, ya que se utiliza para describir una variedad de operaciones tales como: (a) Recolección de la muestra de su fuente (por ejemplo, un lago, un rio, una cisterna o el entorno de una área industrial). (b) Preservación de la muestra recientemente recogida si el resto de las operaciones analíticas no se realizan de forma continua o inmediata. (c) Reducción del tamaño de partícula en la medida requerida por el sistema analítico disponible. (d) Medición precisa de la porción que se utilizará para los cálculos analíticos. (e) Introducción de la muestra en el procesador analítico. El objetivo principal de esta operación preliminar es obtener una muestra representativa del material a analizar. El concepto de "muestreo automatizado" se refiere a la introducción en el analizador o instrumento de que se trate de un volumen definido de muestra recogida de su fuente e incluso tratada manualmente. Los volúmenes de muestra se pueden medir de cualquiera de las tres maneras generales:.

(37) 23. (a) Mediante una sonda que aspira el líquido a una velocidad constante. (b) Utilizando jeringas de alto precisión activadas mecánicamente o hidráulicamente durante un tiempo preestablecido. (c) Pesando el líquido. Los errores introducidos por el muestreo automático surgen de una variedad de fuentes asociadas con factores tales como el tipo de muestra manipulada o la precaución ejercida en ciertas operaciones (por ejemplo, la limpieza de las sondas). Aunque cada sistema de muestreo tiene sus propias fuentes de error, existen algunas causas genéricas comunes a todas, las más típicas como la falta de precisión provocado generalmente por falta de mantenimiento de consumibles, contaminación cruzada (se desarrolla en el capítulo III) y falta de concordancia entre los resultados de la muestra generalmente por la falta de trazabilidad de las muestras.. 3.2 Muestreo de líquidos en analizadores continuos La forma en que las muestras líquidas se introducen en un analizador continuo depende de su naturaleza. La Figura 11 ilustra algunas de las situaciones más comunes a este respecto, que también se comentan a continuación. En los analizadores completamente continuos, las muestras se toman de un sistema con un flujo como una tubería que vierte aguas residuales o un efluente industrial. Una bomba peristáltica aspira continuamente la muestra, en la que se monitoriza la evolución de uno o varios analitos en función del tiempo. Los ensambles inversos FIA y completamente continuos (Fig. 11 a) son ejemplos representativos. El análisis de inyección de flujo (FIA) implica el uso de una bomba peristáltica para aspirar la muestra al bucle de una válvula de inyección, que también cuantifica el volumen aspirado y posteriormente insertar el contenido del bucle en una corriente transportadora o de reactivo. (Fig. 11 b) La aspiración discreta de un volumen de muestra fijo, determinada por el tiempo durante el cual la muestra es retirada del muestreador y por el caudal de la bomba peristáltica, puede realizarse de dos maneras con la aguja articulada móvil presenta dos posiciones de aspiración. En la primera (véase la figura 11 c), la muestra es aspirada del.

(38) 24. frasco del muestreador. Una vez que se ha tomado el volumen programado, la bomba peristáltica se detiene mientras la punta de aspiración permanece en su posición, a continuación, esta última se eleva y sumerge en un depósito de solución transportadora o de reactivo, después de lo cual se reinicia la bomba. De esta manera, se inserta la muestra en la corriente portadora sin necesidad de una válvula rotativa, cuya función se sustituye por el funcionamiento intermitente de la bomba como no se introduce aire en el sistema, esto puede considerarse un modo FIA. En los analizadores de flujo segmentado, la bomba funciona de manera continua y la punta de aspiración tiene tres posiciones en la que aspira la muestra, el aire y la solución de lavado, respectivamente (figura 11 d). A la derecha de la fig. 11 se muestra el perfil de flujo obtenido después de que el sistema ha tomado secuencialmente dos muestras, S1 y S2, excepto si el muestreo se realiza de forma continúa.. Figura 11 Formas diferentes de introducir muestras liquidas en analizadores continuos: (a) Continuamente; (b) Por inyección; (c) Por aspiración sin aire;(d) Por aspiración con aire.

(39) 25. La frecuencia de muestreo, comúnmente expresada como el número de muestras procesadas por hora, es una de las características por las que se evalúa el rendimiento de un analizador. De acuerdo con las afirmaciones anteriores, una determinación sólo será viable si la señal transitoria alcanza el estado estacionario en un tiempo suficientemente breve para permitir su registro o adquisición electrónica. El intervalo sobre el cual reside la muestra en el sistema, sin embargo, no debe ser tan corto que impida el equilibrio físico y químico. Las burbujas de aire no son completamente eficaces en la prevención de la contaminación cruzada en estas configuraciones es necesaria una solución de lavado que es tomada por la punta de aspiración en la secuencia ilustrada en la Fig. 12.. Figura 12 (Figura superior) Uso de una solución intermedia para evitar la contaminación cruzada entre muestras, (Figura inferior) Perfil de flujo después de la aspiración de dos muestras S1 y S2.. Donde sigue la siguiente secuencia: (1) Aspiración de aire, (2) aspiración de una muestra (S1), (3) aspiración de aire, (4) aspiración de solución de lavado, (5) aspiración de aire y (6) aspiración de la siguiente muestra (S2). Este ciclo se repite hasta que se procese la última muestra en el muestreador..

(40) 26. 4. Pretratamiento en autoanalizadores Objetivos del pretratamiento El concepto de "pretratamiento de muestras" se utiliza normalmente para referirse a la serie de operaciones destinadas a preparar la muestra tomada para su introducción en el analizador o instrumento. Aunque esto debe ser una etapa distinta, muy a menudo no es separable del desarrollo de la reacción analítica, ya sea porque ambas se llevan a cabo simultáneamente o porque tienen lugar de una manera secuencial dentro del analizador. Los objetivos de la automatización de la etapa de pretratamiento de la muestra son tan variados como la naturaleza de la muestra y el número y tipo de analitos que puede contener, por ejemplo: a) Dar a la muestra el tratamiento más adecuado a su naturaleza aplicando a ella la técnica preparativa más apropiada, disolución, extracción, filtración, etc. b) Pre concentración de analitos traza en aquellos casos en los que la técnica analítica determinante a aplicar presenta un límite de detección o de cuantificación mucho mayor que el contenido real de analito o analitos en la muestra, por lo que la preconcentración es una forma indirecta de aumentar la sensibilidad. c) Eliminación de perturbaciones debidas a otros componentes de la matriz que podrían interferir con la determinación de los analitos. Esto, a su vez, aumenta la selectividad indirectamente. d) Facilitar la determinación analítica, de otro modo inviable sin una alteración importante de las características de la muestra (por ejemplo, un cambio de un disolvente polar a uno no polar o viceversa). e) Proteger el sistema analítico del deterioro potencial causado por los componentes de la matriz. f) Facilitar el desarrollo de las reacciones analíticas para la detección de los analitos. g) Transferir la muestra tratada al sistema de detección..

(41) 27. Las técnicas de separación analítica desempeñan un papel importante en las operaciones preliminares antes mencionadas. Su implementación en sistemas automatizados puede lograrse de diversas maneras, aunque la mayoría de las veces se realiza de dos maneras: discontinua o fuera de línea y continua o en línea. La figura 13 ilustra algunas de las maneras en que las principales operaciones preliminares (recogida de muestras y tratamiento) pueden conectarse entre sí y su relación con el instrumento o analizador. Se logra una automatización completa cuando no se puede establecer una distinción clara entre las tres etapas. La intervención humana, por otra parte, es mínima en la automatización en línea (por ejemplo, a través de un muestreador). Por último, las configuraciones off-line implican el desarrollo independiente de cada operación preliminar en un módulo automático que se puede conectar en línea a un muestreador; Sin embargo, en algunas de las conexiones, las muestras se transfieren manualmente.. Figura 13 Relación de la automatización (off-line, on line) entre la toma de muestra, tratamiento e introducción dentro del autoanalizador..

(42) 28. 4.2 Pretratamiento de muestras liquidas en analizadores continuos Entre los más importantes pretratamientos que puede realizar un autonalizador se encuentran las siguientes: a) Diluciones y adiciones: En conjunto con las mangueras de la bomba, la dilución y la adición de reactivos y muestras, se hacen simplemente usando una pieza generalmente de vidrio en forma de T. También se puede utilizar una estación de dilución que consta de una jeringa adicionada al automuestreador. b). Mezcla:. La mezcla se realiza por medio de bobinas de vidrio, que encajan horizontalmente en los módulos. A medida que el líquido fluye a través de la bobina (movimiento en espiral), los segmentos individuales se mezclan varias veces. El líquido con mayor viscosidad cae repetidamente por el que tiene menor viscosidad para dar una mezcla efectiva de los dos líquidos. Las burbujas de aire en el flujo de líquido retienen la alícuota de la muestra y la proporción adecuada de reactivos juntos dentro del segmento hasta que se mezclan a fondo. Esta etapa cumple el papel del agitador mecánico que se usa generalmente para mezclar reactivos en el análisis manual.. Figura 14 Manifold de los módulos químicos del autoanalizador San++.

(43) 29. c) Calentamiento Las muestras pueden calentarse (o enfriarse) si el método requiere una temperatura específica para producir la reacción deseada. La muestra y la solución estándar se calientan o enfrían exactamente durante el mismo tiempo y la misma temperatura. Esta etapa cumple el trabajo de un horno, una incubadora o un baño de agua en procedimientos manuales. Las temperaturas de reacción se consiguen mediante un reactor construido en el módulo de químico (Rango: desde la temperatura ambiente a 150ºC) o un baño externo de circulación de agua hasta de -1 a 40ºC. La temperatura del reactor se puede ajustar en el controlador que también está construido en la unidad química.. d) Digestión La digestión continua se logra bombeando la mezcla a digestar en una bobina de mezcla de cuarzo alrededor de una fuente de luz UV. El uso y eficiencia de este digestor depende en gran medida de los compuestos a digerir. El digestor con los reactivos adecuados descompone los materiales de la muestra para producir especies en solución de interés analítico.. Figura 15 Digestor UV conformado por una lámpara UV y una bobina de cuarzo.. e) Separación por membrana La separación de la membrana se realiza generalmente de manera continua. Los componentes esenciales de un módulo continuo se muestran en la Fig. 16. Una solución transportadora conteniendo la muestra - a la cual reactivos que hacen la separación son añadidos.

(44) 30. previamente-.Se conduce a una minicamara cuya zona central está ocupada por la membrana, que divide la cámara en dos partes simétricas. En un lado de la membrana circula la corriente portadora y en el otro lado circula en la misma dirección un reactivo adecuado que facilita la disolución o incorporación de las sustancias separadas a través de la membrana. Este módulo consiste generalmente en dos bloques hechos de varios materiales en los cuales se graban los mismos conductos y la microcamara (generalmente un paralelepípedo y menos a menudo en una forma tortuosa o espiral para aumentar la eficiencia de separación a través de superficie de contacto aumentada) Se trata de dos mitades de las cuales están presionadas firmemente sobre la membrana para evitar pérdidas.. Figura 16 Diagrama esquemático de una membrana de separación continua. (a) Paralelepípedo, (b) tortuosa y (c) espiral.. Dependiendo de la naturaleza de las sustancias a separar, se puede distinguir entre dos tipos principales de separación continua de la membrana: . Diálisis: La separación se basa generalmente en las diferencias en el peso molecular entre los componentes de la muestra. Así las moléculas pequeñas y los iones pasan a través de los poros de la membrana, mientras que los restos más voluminosos permanecen en el.

(45) 31. portador. Este tipo de separación es ampliamente utilizado en la determinación de especies con pesos moleculares bajos en fluidos biológicos. . Difusión de gas: Que implica el uso de membranas permeables al gas. Las especies de gas pueden formarse en la corriente de muestra a través de una variedad de reacciones, las más comunes de las cuales son inducidas por cambios de pH para formar ácidos volátiles (HCN, Con, SO2) y bases (NH3).Usualemente son de teflón (politetrafluoroetileno)..

(46) 32. 5. Analizador de flujo segmentado Introducción El analizador de flujo segmentado se caracteriza por el hecho de que el transporte de muestras y reactivos a lo largo del sistema se efectúa estableciendo un flujo de líquido que fluye a través de los tubos rectilíneos y en espiral de vidrio que forman los canales por donde la muestra y los reactivos se pueden mezclar de varias maneras y una variedad de operaciones intermedias desde la mera detención del flujo hasta la incorporación de unidades de separación continua (dializadores, digestores, etc.) pueden intervenir en el funcionamiento de este tipo de analizador que también utiliza típicamente sistemas de detección continua ya que presentan una celda de flujo a través de la cual se pasa la corriente que transporta la mezcla reaccionante. Las mediciones realizadas con estos analizadores se realizan bajo un equilibrio dual: físico (homogenización de la zona de muestra-reactivo entre dos burbujas consecutivas) y químico (la reacción analítica ha alcanzado el equilibrio antes de que la mezcla reactivos muestra llegue al detector). Los analizadores de flujo segmentados evitan la contaminación entre muestras mediante el uso de burbujas de aire que establecen separaciones físicas (segmentos) a lo largo de la corriente continua. Estos métodos se implementan típicamente en Technicon AutoAnalyzers y Skalar. Las muestras se introducen secuencialmente por aspiración de una sonda articulada en movimiento. La idea original de Skeeg se consolidó en el desarrollo y comercialización masiva de Technicon AutoAnalyzers y Skalar. Durante muchos años, éstas fueron la única alternativa disponible para la automatización de laboratorios de control de alto rendimiento. 5.2 Esquema general de un analizador de flujo segmentado por aire Los analizadores de aire segmentados automáticos se caracterizan por el uso de una o varias corrientes de líquido (diluyentes, soluciones de lavado, reactivos) en las que se introducen y se separan las muestras mediante burbujas de aire destinadas para evitar la contaminación cruzada..