Desarrollo e implementación de un sistema de validación de métodos físico químicos para análisis de: silicio en rango bajo y rango alto y manganeso en muestras de agua claras y residuales

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL. FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL. “DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE VALIDACIÓN DE MÉTODOS FÍSICO-QUÍMICOS PARA ANÁLISIS DE: SILICIO EN RANGO BAJO Y RANGO ALTO Y MANGANESOEN MUESTRAS DE AGUA CLARAS Y RESIDUALES”. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DEINGENIERA AMBIENTAL. MAYRA ALEJANDRA OÑA COLUMBA [email protected]. DIRECTOR: MSC ING. LUIS JARAMILLO [email protected]. Quito, Enero 2014.

(2) II. DECLARACIÓN. Yo, Mayra Alejandra Oña Columba, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. La. Escuela. Politécnica. Nacional. puede. hacer. uso. de. los. derechos. correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.. ___________________________ Mayra Alejandra Oña Columba.

(3) III. CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Mayra Alejandra Oña Columba, bajo mi supervisión.. ________________________ ING. MSC. LUIS JARAMILLO DIRECTOR DE PROYECTO.

(4) IV. AGRADECIMIENTOS. A DIOS por permitirme terminar esta etapa de mi vida, por todas sus bendiciones.. Al equipo del Centro de Investigaciones y Control Ambiental (CICAM), por su ayuda y colaboración en el desarrollo de éste proyecto.. A mi familia, por su apoyo y colaboración.. A mi madre por estar siempre conmigo de una manera incondicional, gracias por tu amor, tu paciencia y tu apoyo..

(5) V. DEDICATORIA. A mis padres: Laura y Patricio por todo su apoyo y su cariño, a quienes les debo todo lo que soy.. A mi adorada Damaris Alejandra, por ser mi motivación y la razón de seguir todos los días.. A mis amigos y compañeros, por los años y experiencias compartidas.. A todo aquel que con lo bueno y lo malo me hizo más fuerte..

(6) VI. CONTENIDO DECLARACIÓN ..................................................................................................... II CERTIFICACIÓN .................................................................................................. III AGRADECIMIENTOS .......................................................................................... IV DEDICATORIA ..................................................................................................... V CONTENIDO ....................................................................................................... VI ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................... XIV ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................ XVI SIMBOLOGÍA Y SIGLAS .................................................................................. XVII RESUMEN ......................................................................................................... XIX ABSTRACT ......................................................................................................... XX PRESENTACION ............................................................................................... XXI CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS .................................................... 1 1.1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 1. 1.2. OBJETIVOS .............................................................................................. 2. 1.2.1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................ 2. 1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................... 2. 1.3. ALCANCE ................................................................................................. 2. CAPITULO 2. MARCO TEÓRICO .......................................................................... 4 2.1. SISTEMA DE GESTIÓN DE LA CALIDAD ................................................ 4. 2.1.1. INTRODUCCIÓN ................................................................................ 4. 2.1.2. NORMAS ............................................................................................ 4. 2.1.2.1. ISO 9001 – CALIDAD................................................................... 4.

(7) VII. 2.1.2.2. ISO 17025: REQUISITOS GENERALES PARA LA. COMPETENCIA DE LABORATORIOS ........................................................ 5 2.2. LA VALIDACIÓN EN LA NORMA NTE INEN-ISO/ICE 17025:2006. ......... 6. 2.2.1. GRADO DE VALIDACIÓN .................................................................. 7. 2.2.2. TIPOS DE VALIDACIÓN .................................................................... 7. 2.2.3. REQUISITOS ANALÍTICOS ............................................................... 8. 2.2.4. PARÁMETROS DE DESEMPEÑO DEL MÉTODO ............................. 9. 2.2.4.1. CONFIRMACIÓN DE LA IDENTIDAD .......................................... 9. 2.2.4.2. SELECTIVIDAD/ESPECIFICIDAD ............................................. 10. 2.2.4.3. LÍMITE DE DETECCIÓN (LD) .................................................... 10. 2.2.4.4. LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN (LC) ........................................... 10. 2.2.4.5. INTERVALO DE TRABAJO E INTERVALO LINEAL .................. 11. 2.2.4.6. ROBUSTEZ ............................................................................... 11. 2.2.4.7. SENSIBILIDAD .......................................................................... 12. 2.2.4.8. PORCENTAJE DE RECUPERACIÓN ........................................ 12. 2.2.4.9. LINEALIDAD .............................................................................. 12. 2.2.5. 2.3. CONTROL DE CALIDAD .................................................................. 12. 2.2.5.1. INTERNO ................................................................................... 12. 2.2.5.2. EXTERNO.................................................................................. 13. CONCEPTOS BÁSICOS......................................................................... 13. 2.3.1. DEFINICIONES ................................................................................ 13. 2.3.1.1. PRECISIÓN ............................................................................... 13. 2.3.1.2. VERACIDAD .............................................................................. 14. 2.3.1.3. EXACTITUD ............................................................................... 14.

(8) VIII. 2.3.1.4 2.3.2. TRAZABILIDAD ......................................................................... 14. TIPOS DE ERRORES EN LOS DATOS EXPERIMENTALES .......... 16. 2.3.2.1. ERRORES ALEATORIOS .......................................................... 16. 2.3.2.2. ERRORES SISTEMÁTICOS ...................................................... 17. 2.3.3. ANÁLISIS DE VARIANZA ANOVA ................................................... 19. 2.3.4. INCERTIDUMBRE ............................................................................ 23. 2.4. 2.3.4.1. DEFINICIÓN .............................................................................. 23. 2.3.4.2. PROCESO DE CÁLCULO ......................................................... 23. 2.3.4.3. INCERTIDUMBRE EXPANDIDA (U) .......................................... 27. 2.3.4.4. REPORTE DE LA INCERTIDUMBRE EXPANDIDA ................... 29. MATERIALES DE REFERENCIA CERTIFICADOS ................................ 30. 2.4.1. MATERIAL DE REFERENCIA .......................................................... 30. 2.4.1.1 2.5. REQUISITOS DE LOS MATERIALES DE REFERENCIA .......... 31. SILICIO Y MANGANESO. GENERALIDADES. ....................................... 31. 2.5.1. SILICIO............................................................................................. 31. 2.5.1.1. APLICACIONES ......................................................................... 32. 2.5.1.2. EFECTOS DEL SILICIO SOBRE LA SALUD ............................. 33. 2.5.1.3. EFECTOS AMBIENTALES DEL SILICIO ................................... 34. 2.5.2. MANGANESO .................................................................................. 34. 2.5.2.1. APLICACIONES ......................................................................... 35. 2.5.2.2. EFECTOS SOBRE LA SALUD................................................... 35. 2.5.2.3. EFECTOS SOBRE EL AMBIENTE ........................................... 36. CAPITULO 3. METODOLOGÍA ............................................................................ 38 3.1. PUESTA A PUNTO DE LOS MÉTODOS ................................................ 38.

(9) IX. 3.1.1. NECESIDAD ANALÍTICA ................................................................. 38. 3.1.2. REVISIÓN Y ELECCIÓN DEL MÉTODO APROPIADO .................... 38. 3.1.3. ENSAYOS PRELIMINARES ............................................................. 47. 3.1.3.1. ANÁLISIS DEL AGUA DISPONIBLE EN EL LABORATORIO .... 47. 3.1.3.2. ENSAYOS PRELIMINARES DEL MÉTODO DE SILICIO. .......... 47. 3.1.4. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS ............................................. 47. 3.1.4.1. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS PARA ANÁLISIS DE. SILICIO……………………………………………………………………………47 3.1.4.2. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS PARA ANÁLISIS DE. MANGANESO ............................................................................................ 48 3.1.5. PROCEDIMIENTOS DE ANÁLISIS .................................................. 48. 3.1.5.1. MÉTODO DEL AZUL HETEROPOLI PARA LA. DETERMINACIÓN DE SI LR...................................................................... 48 3.1.5.2. MÉTODO DEL MOLIBDOSILICATO PARA LA DETERMINACIÓN. DE SI HR………………………………………………………………………….50 3.1.5.3. MÉTODO DE OXIDACIÓN POR PERIODATO PARA LA. DETERMINACIÓN DE MANGANESO ....................................................... 53 3.1.6. CALIBRACIÓN DE EQUIPOS .......................................................... 55. 3.1.6.1. CALIBRACIÓN INTERNA DEL ESPECTROFOTÓMETRO HACH. DR 2800…………………………………………………………………………..56 3.1.6.2. CALIBRACIÓN DEL ESPECTROFOTÓMETRO HACH. DR 2800 PARA LOS MÉTODOS DE ANÁLISIS ......................................... 59 3.2. SISTEMA DE VALIDACIÓN DE LOS MÉTODOS ................................... 61. 3.2.1. ELECCIÓN DE PARÁMETROS DE VALIDACIÓN ........................... 61.

(10) X. 3.2.2. FIJACIÓN DE OBJETIVOS PARA LOS PARÁMETROS DE. VALIDACIÓN ................................................................................................. 61 3.2.3. DISEÑO EXPERIMENTAL Y ESTADÍSTICO.................................... 63. 3.2.3.1. SILICIO RANGO BAJO .............................................................. 63. 3.2.3.2. SILICIO RANGO ALTO .............................................................. 64. 3.2.3.3. MANGANESO ............................................................................ 65. 3.2.4. EJECUCIÓN DE LOS ENSAYOS DISEÑADOS ............................... 66. CAPITULO 4.RESULTADOS Y DISCUSIÓN ....................................................... 67 4.1. TRATAMIENTO ESTADÍSTICO DE LOS DATOS OBTENIDOS. ............ 67. 4.1.1. ENSAYOS PRELIMINARES ............................................................. 67. 4.1.2. ECUACIÓN DE LA RECTA Y FUNCIÓN DE RESPUESTA .............. 67. 4.1.3. INTERVALO DE CONFIANZA Y LOS LÍMITES DE CONFIANZA..... 69. 4.1.4. LÍMITE DE DETECCIÓN (LD) .......................................................... 69. 4.1.5. LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN (LC) ................................................. 70. 4.1.6. DETERMINACIÓN DE LA EXACTITUD (% RECUPERACIÓN) ....... 70. 4.1.7. DETERMINACIÓN DE LA PRECISIÓN ............................................ 70. 4.1.8. CÁLCULO DE LA INCERTIDUMBRE EXPANDIDA ......................... 71. 4.1.8.1. INCERTIDUMBRE EXPANDIDA ................................................ 71. 4.1.8.2. CALCULO DE LOS GRADOS DE LIBERTAD Y DEL FACTOR. DE COBERTURA ....................................................................................... 71 4.1.8.3. 4.2. INCERTIDUMBRE DEL MÉTODO EN CADA NIVEL DE. CONCENTRACIÓN (ࣆ࢓2࢚࢕ࢊ࢕ െ ࢞࢏)………………………………………….72. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ............................................................. 76. 4.2.1. SILICIO RANGO ALTO .................................................................... 76.

(11) XI. 4.2.1.1. ENSAYOS PRELIMINARES ...................................................... 76. 4.2.1.2. ECUACIÓN DE LA RECTA Y FUNCIÓN DE RESPUESTA ....... 79. 4.2.1.3. INTERVALO DE CONFIANZA Y LOS LÍMITES DE. CONFIANZA. ............................................................................................. 81 4.2.1.4. LÍMITE DE DETECCIÓN (LD) .................................................... 83. 4.2.1.5. LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN (LC) ........................................... 83. 4.2.1.6. DETERMINACIÓN DE LA EXACTITUD (PORCENTAJE DE. RECUPERACIÓN) ..................................................................................... 84 4.2.1.7. DETERMINACIÓN DE LA PRECISIÓN ..................................... 85. 4.2.1.8. INCERTIDUMBRE EXPANDIDA ................................................ 86. 4.2.2. SILICIO RANGO ALTO .................................................................... 86. 4.2.2.1. ECUACIÓN DE LA RECTA Y FUNCIÓN DE RESPUESTA ....... 86. 4.2.2.2. INTERVALO DE CONFIANZA Y LOS LÍMITES DE. CONFIANZA .............................................................................................. 88 4.2.2.3. LÍMITE DE DETECCIÓN (LD) .................................................... 90. 4.2.2.4. LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN (LC) ........................................... 90. 4.2.2.5. DETERMINACIÓN DE LA EXACTITUD (PORCENTAJE DE. RECUPERACIÓN) ..................................................................................... 91 4.2.2.6. DETERMINACIÓN DE LA PRECISIÓN ..................................... 93. 4.2.2.7. INCERTIDUMBRE EXPANDIDA ................................................ 94. 4.2.3. MANGANESO .................................................................................. 95. 4.2.3.1. ECUACIÓN DE LA RECTA Y FUNCIÓN DE RESPUESTA ....... 95. 4.2.3.2. INTERVALO DE CONFIANZA Y LOS LÍMITES DE. CONFIANZA .............................................................................................. 98.

(12) XII. 4.2.3.3. LÍMITE DE DETECCIÓN (LD) .................................................... 99. 4.2.3.4. LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN (LC) ......................................... 100. 4.2.3.5. DETERMINACIÓN DE LA EXACTITUD (PORCENTAJE DE. RECUPERACIÓN) ................................................................................... 101. 4.3. 4.2.3.6. DETERMINACIÓN DE LA PRECISIÓN ................................... 102. 4.2.3.7. INCERTIDUMBRE EXPANDIDA .............................................. 103. ELABORACIÓN DEL INFORME FINAL Y DECLARACIÓN DEL. MÉTODO VALIDADO. .................................................................................... 104 4.3.1. SILICIO RANGO BAJO .................................................................. 105. 4.3.2. SILICIO RANGO ALTO .................................................................. 106. 4.3.3. MANGANESO ................................................................................ 108. CAPITULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................... 111 5.1. CONCLUSIONES ................................................................................. 111. 5.2. RECOMENDACIONES ......................................................................... 113. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 115 ANEXOS ............................................................................................................ 119 ANEXO I. PRUEBAS REALIZADAS CON EL MÉTODO 1-(2-PYRIDYLAZO)-2NAPHTHOL PAN.……………………………………………………………………...120 ANEXO II. ANÁLISIS DEL AGUA DISPONIBLE EN EL LABORATORIO ........... 122 ANEXO III. PREPARACIÓN DE SOLUCIONES PARA CALIBRACIÓN DEL ESPECTROFOTÓMETRO................................................................................. 124 ANEXO IV. CALIBRACIÓN DE ESPECTROFOTÓMETRO HACH DR 2800 ..... 127 ANEXO V. DISEÑO EXPERIMENTAL ............................................................... 131.

(13) XIII. ANEXO VI. LINEALIDAD DE LA FUNCIÓN DE RESPUESTA DE LOS MÉTODOS POR CADA DÍA .............................................................................. 146 ANEXO VII. CONCENTRACIÓN Y PORCENTAJE DE RECUPERACIÓN DE LOS MÉTODOS................................................................................................. 150 ANEXO VIII. ANOVA.......................................................................................... 164 ANEXO IX. DIAGRAMAS CAUSA-EFECTO Y CÁLCULO DE LA INCERTIDUMBRE EXPANDIDA ........................................................................ 172 ANEXO X. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LOS EQUIPOS..................... 199 ANEXO XI. INSTRUCTIVO PARA LA DIGESTIÓN MICROONDAS PARA LOS MÉTODOS DE SILICIO Y MANGANESO .......................................................... 202.

(14) XIV. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1. Expresiones para el cálculo del ANOVA ........................................................... 22 Tabla 3.1.Revisión y elección del método para la determinación de Si ............................ 39 Tabla 3.2. Revisión y elección del método para la determinación de Mn ......................... 42 Tabla 3.3. Objetivos de la validación para Si LR................................................................ 61 Tabla 3.4. Objetivos de la validación para Si HR ............................................................... 62 Tabla 3.5. Objetivos de la validación para Mn. .................................................................. 62 Tabla 3.6. Niveles de concentración para validar Si LR .................................................... 63 Tabla 3.7. Niveles de concentración para validar Si HR .................................................... 64 Tabla 3.8. Niveles de concentración para validar Mn ........................................................ 65 Tabla 4.1. Datos obtenidos en el análisis de Si LR a 4 y 10 minutos. ............................... 76 Tabla 4.2. Datos obtenidos de análisis de Si LR utilizando una y dos celdas................... 77 Tabla 4.3. Valores obtenidos del estadístico t y F para el contraste de significancia al utilizar una o dos celdas en el análisis de Si LR ................................................................. 78 Tabla 4.4. Análisis de la curva de calibración de Si LR ..................................................... 79 Tabla 4.5. Datos de la Curva de calibración ...................................................................... 80 Tabla 4.6. Límites de confianza del método de análisis de Si LR ..................................... 82 Tabla 4.7. Datos utilizados para el cálculo del límite de detección del método de Si LR . 83 Tabla 4.8. Datos utilizados para el cálculo del límite de cuantificación del método de Si LR. ................................................................................................................................... 83 Tabla 4.9. Determinación del LC experimental del método de análisis de Si LR .............. 84 Tabla 4.10. % de Recuperación por nivel de concentración de Si LR............................... 85 Tabla 4.11. Coeficientes de variación para el método de Si LR ........................................ 85 Tabla 4.12. Incertidumbre del método para el de Si LR..................................................... 86 Tabla 4.13. Análisis de la curva de calibración de Si HR .................................................. 87 Tabla 4.14. Datos de la Curva de calibración ..................................................................... 87 Tabla 4.15 Límites de confianza del método de análisis de Si HR .................................... 89 Tabla 4.16. Datos utilizados para el cálculo del límite de detección para Si HR .............. 90 Tabla 4.17. Datos utilizados para el cálculo del límite de cuantificación para Si HR. ....... 90 Tabla 4.18. Determinación de LC experimental para análisis de Si HR ............................ 91 Tabla 4.19. % de Recuperación por nivel de concentración de Si HR, matriz agua clara ..................................................................................................................................... 92 Tabla 4.20. % de Recuperación por nivel de concentración de Si HR, matriz agua residual ................................................................................................................................ 92.

(15) XV. Tabla 4.21. % de Recuperación promedio del estándar de 4 mg/l de Si agregado a la matriz agua residual ............................................................................................................ 93 Tabla 4.22. Coeficientes de variación de los niveles de concentración de Si HR, matriz agua clara. ........................................................................................................................... 93 Tabla 4.23. Coeficientes de variación de los niveles de concentración de Si HR, con digestión microondas........................................................................................................... 94 Tabla 4.24.Coeficientes de variación de los niveles de concentración de Si HR, matriz agua residual ....................................................................................................................... 94 Tabla 4.25. Incertidumbre del método para el de Si HR, matriz agua clara ...................... 95 Tabla 4.26. Incertidumbre del método para el de Si HR, matriz agua residual ................. 95 Tabla 4.27. Análisis de la curva de calibración de Mn ....................................................... 96 Tabla 4.28. Datos de la Curva de calibración .................................................................... 96 Tabla 4.29. Límites de confianza del método de análisis de Mn ...................................... 98 Tabla 4.30. Datos utilizados para el cálculo del límite de detección para Mn ................... 99 Tabla 4.31 Datos utilizados para el cálculo del límite de cuantificación para Mn ........... 100 Tabla 4.32. Determinación del LC experimental .............................................................. 100 Tabla 4.33. % de Recuperación por nivel de concentración de Mn, matriz agua clara .. 101 Tabla 4.34. % de Recuperación por nivel de concentración de Mn, matriz agua residual .............................................................................................................................. 101 Tabla 4.35. % de Recuperación de 10 mg/l de Mn agregado a la matriz agua residual .............................................................................................................................. 102 Tabla 4.36. Coeficientes de variación por nivel de concentración de Mn, matriz agua clara ................................................................................................................................... 102 Tabla 4.37. Coeficientes de variación nivel de concentración de Mn, matriz agua residual .............................................................................................................................. 103 Tabla 4.38. Coeficientes de variación del estándar recuperado del método de análisis de Mn, matriz agua residual ................................................................................. 103 Tabla 4.39. Incertidumbre del método para el análisis de manganeso ........................... 103 Tabla 4.40. Incertidumbre del método de Mn con digestión en microondas ................... 104.

(16) XVI. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1: Elección, desarrollo y evaluación de método .................................................... 8 Figura 2.2: Pilares implicados en el análisis ...................................................................... 17 Figura 2.3: Etapas seguidas por la ISO para calcular la incertidumbre ............................ 24 Figura 4.1. Curva de calibración del método de Si LR ...................................................... 81 Figura 4.2. Región de confianza para el método de Si LR ................................................ 82 Figura 4.3. Curva de calibración del método de Si HR...................................................... 88 Figura 4.4. Región de confianza para el método de Si HR ............................................... 89 Figura 4.5. Curva de calibración del método de Mn .......................................................... 97 Figura 4.6. Región de confianza para el método de Mn .................................................... 99.

(17) XVII. SIMBOLOGÍA Y SIGLAS CICAM. Centro de Investigaciones y Control Ambiental. OAE. Organismo de AcreditaciónEcuatoriana. SGC. Sistema de Gestión de la Calidad. ANOVA. Análisis de Varianza. APHA. American PublicHealthAssociation. ‫ݔ‬ഥ݅. Media grupal por día. ‫݆݅ݔ‬. Lectura observada en el día. SDC B. Suma de diferencias cuadráticas entre grupos. DCM B. Diferencias cuadráticas medias entre grupos. SDCW. Suma de diferencias cuadráticas dentro de grupos. DCMW. Diferencias cuadráticas medias dentro de grupos. SDCT. Suma de diferencias cuadráticas totales. DCM T. Diferencias cuadráticas medias totales. ‫݅ܥ‬. Concentración muestra i. INEN. Instituto Ecuatoriano de Normalización. ISO. Organización Internacional de Estandarización. ‫ݐݏ݁ܮ‬. Respuesta del equipo estimada. ܵ‫ܲܮ‬. Desviación estándar de la recta. ܴܵ. Desviación estándar de reproducibilidad. ܷ. Incertidumbre expandida del método. ‫݊× ݅ܿݑ݈݋ݏ݁ݎݑ‬. Incertidumbre de la resolución del equipo. ‫ݔ‬ҧ. Media general. ܵ‫݋ܮ‬. Desviación estándar de la intersección con el eje. ܵ݉. Desviación estándar del coeficiente de regresión. ‫ݍܧ݈ܽܥݑ‬. Incertidumbre de calibración del Equipo. F. Estadístico para el análisis de varianzas. k. Coeficiente de cobertura. LC. Límite de cuantificación. LD. Límite de detección. n. Observaciones totales.

(18) XVIII. p. Número de observaciones por día. q. Número de días de experimentación. s. Desviación estándar. t. t de Student. ‫ܴܸܥ‬. Coeficiente de variación de reproducibilidad. ‫ܮ‬. Respuesta del Equipo. ܲ. Concentración observada. ‫ݎܸܥ‬. Coeficiente de variación de Repetibilidad. ‫݋ܮ‬. Intersección de la ordenada en el origen de las abscisas. ݉. Pendiente. LIM SUP. Límite superior. LIM INF. Límite inferior. Si. Silicio. Mn. Manganeso. LR. Rango bajo. HR. Rango alto.

(19) XIX. RESUMEN El presente proyecto fue desarrollado con el fin de validar los procedimientos de análisis para la determinación de silicio rango bajo y rango alto, y manganeso, en muestras de aguas claras y residuales. En la parte teórica se realizó una investigación bibliográfica con el fin de familiarizarse con los conceptos estadísticos, los cuales son de mucha utilidad para aplicar en el análisis de datos que se obtuvieron durante el desarrollo del proyecto. En la parte experimental se investigaron diferentes métodos que podían utilizarse en el laboratorio para el análisis de silicio y manganeso, consultando métodos normalizados para el análisis de aguas claras y residuales. Una vez elegido el método se procedió a realizar las mediciones de los parámetros, como son: la función de respuesta, la linealidad, el límite de detección, el límite de cuantificación, la exactitud, la precisión e incertidumbre. Para el método azul heteropoli para análisis de silicio rango bajo se determinó un intervalo de trabajo de 0,05 a 1 mg/l. Para el método molibdosilicato para el análisis de silicio rango alto se determinó un intervalo de trabajo de 1 a 500 mg/l para aguas claras y de 4 a 100 mg/l para aguas residuales. Para el método de oxidación por periodato se determinó un intervalo de trabajo de 1 a 100 mg/l para aguas claras y de 5 a 100 mg/l para aguas residuales. En la función de respuesta para silicio rango bajo se obtuvo un coeficiente de correlación igual a 0,9954, para silicio rango altoun coeficiente de correlación igual a 0,9989 y para manganeso igual a 0,9979 determinando así la linealidad en el intervalo de concentraciones estudiadas. La incertidumbre expandida de los tres métodosdesarrollados, se encontró dentro de los límites establecidos, menor al 30%. Los objetivos de los parámetros de validación se encontraron. dentro de los límites establecidos por lo tanto la validación de los tres. métodos fue aceptada..

(20) XX. ABSTRACT This project was developed in order to validate the analytical procedures for the determination of silicon low range and high range, and manganese in clear samples and sewage. In the theoretical literature search was performed in order to become familiar with statistical concepts, which are very useful to apply in the analysis of data obtained during the development of the project. In the experimental part are different methods that could be used in the laboratory for the analysis of silicon and manganese, at standard for analyzing wastewater clear and methods were investigated. Once the method is chosen proceeded to perform measurements of parameters such as: the response function, linearity, limit of detection, limit of quantification, accuracy, precision and uncertainty. For the heteropoly blue rank analysis method to silicon in a working range of 0.05 was determined to 1 mg / l. Molibdosilicato method for analyzing range for silicon high working range of 1 to 500 mg / L in clear water and from 4 to 100 mg / l waste water was determined. For periodate oxidation method by a working range of 1 to 100 mg / l for clear water and from 5 to 100 mg / l waste water was determined. In response to the function range of silicon under a correlation coefficient of 0.9954 was obtained for silicon high rank correlation coefficient equal to 0.9989 and 0.9979 Manganese equals thereby determining the linearity in the range of concentrations studied. The expanded uncertainty of the three developed methods, are found within the limits, less than 30%. The objectives of the validation parameters were within the limits thus validating the three methods were accepted..

(21) XXI. PRESENTACION En el siguiente proyecto se realiza la validación de métodos de análisis de silicio en rango bajo y rango alto y manganeso en aguas claras y residuales en el Centro de Investigaciones y Control Ambiental – CICAM de la Escuela Politécnica Nacional. En el capítulo 1 “Introducción y objetivos”, se proporcionan la introducción a la problemática, justificando así la importancia de esta investigación, se plantean los objetivos de la misma y se determina su alcance. En el capítulo 2 “Marco teórico”, contiene la parte teórica de la tesis detallan definiciones a utilizar en el desarrollo, descripción de sistemas de gestión, normativa, tipos y procedimientos para la validación de métodos de ensayo. Además se realiza la investigación para el tratamiento estadísticos de los datos para determinar parámetros requeridos en el proceso de validación. En el capítulo 3 “Metodología”, presenta dos partes importantes en el desarrollo de la tesis. El primero puesta a punto del método, en el cual se realiza la revisión y elección de los métodos para la validación, se realiza ensayos preliminares, se describen los procedimientos de análisis, preparación de las muestras y calibración de equipos. La segunda parte es el sistema de validación en sí, se definen los parámetros de validación, se realiza el diseño experimental y estadístico del método de validación. En el capítulo 4 “Resultados y discusión”, se hace un análisis de los resultados obtenidos en las pruebas de laboratorio, se verifica si cumple con los parámetros de validación establecidos en el capítulo 3. En el capítulo 5 “Conclusiones y recomendaciones” contiene las conclusiones y recomendaciones en base a los objetivos planteados en esta investigación. En “Bibliografía” se presentan las bases científicas en las que se basó esta investigación. Finalmente en “Anexos” se incluyen los resultados de la pruebas preliminares, análisis del agua disponible en el laboratorio, preparación de soluciones para calibración del espectrofotómetro,. calibración. de. espectrofotómetro. HACH. DR. 2800,. diseño. experimental, linealidad de la función de respuesta de los métodos por cada día, concentración y porcentaje de recuperación de los métodos, ANOVA, diagramas causaefecto y cálculo de la incertidumbre expandida, especificaciones técnicas de los equipos, instructivo para la digestión microondas para los métodos de silicio y manganeso.

(22) 1. CAPITULO 1 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS 1.1 INTRODUCCIÓN Desde hace varias décadas ha existido una creciente preocupación por el impacto de la actividad humana sobre el ambiente, en su calidad de proveedor de los recursos, también como generador y receptor de los residuos. Gran parte de los esfuerzos actuales de control ambiental están destinados a combatir la contaminación, por lo cual los gobiernos han adoptado medidas de carácter normativo y político para minimizar los efectos negativos y garantizar el cumplimiento de las normas sobre calidad ambiental. Para la obtención de adecuados niveles de calidad dentro de la diversidad de actividades desarrolladas en el campo industrial, doméstico y agrícola, es necesaria la realización de medidas sobre el producto. La calidad de estas medidas depende en gran parte de la calidad global de un laboratorio. Los laboratorios precisan demostrar que sus métodos analíticos proporcionan resultados fiables y adecuados para la finalidad o propósito perseguido, siendo estos resultados lo suficientemente confiables para que cualquier decisión basada en ellos, puedan tomarse con confianza. Debido a ello, es necesario que los laboratorios de análisis de este tipo de parámetros de control efectúen procedimientos de validación en sus métodos de ensayo, garantizando la fiabilidad, reproducibilidad y veracidad de sus resultados. En base a estas consideraciones, el Centro de Investigaciones y Control Ambiental (CICAM) de la Escuela Politécnica Nacional, laboratorio acreditado por la Organización de Acreditación Ecuatoriana (OAE), y conforme a la norma NTE INEN – ISO 17025:2006 tiene como parte de su política de calidad, la validación de sus métodos de ensayo. Una ventaja adicional al aseguramiento de la calidad, que se logra al implementar procesos de validación, es la creación de estrategias de control de calidad al obtener datos comparativos a largo plazo, afianzando de esta forma la calidad de resultados. En cuanto al laboratorio, debe proveer condiciones seguras de trabajo para sus técnicos analistas, mínimo impacto ambiental y ahorro en términos económicos. Para lo cual se requiere desarrollar el método más adecuado, amigable con el ambiente, optimización de.

(23) 2. recursos mínimo nivel de exposición de los técnicos a sustancias nocivas, esto se logra a través de procesos como el de validación.. 1.2 OBJETIVOS 1.2.1. OBJETIVO GENERAL. Desarrollar e implementar un sistema de validación de los métodos físico-químicos en muestras de aguas claras y residuales para los análisis de silicio en rango bajo y rango alto, y manganeso, basándose en las nomas ISO/IEC 17025, en el laboratorio del Centro de Investigaciones y Control Ambiental (CICAM) de la Escuela Politécnica Nacional.. 1.2.2 o. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Documentar basándose en una investigación bibliográfica los métodos físicoquímicos empleados en la determinación de las concentraciones de silicio y manganeso, en muestras de agua.. o. Selección del método de análisis de cada analito.. o. Establecer para cada método los criterios de aceptación o rechazo de los diferentes parámetros analíticos dentro de un determinado nivel de confianza.. o. Desarrollar un registro documental de los resultados obtenidos en los ensayos y los informes finales de cada validación, con el propósito de proveer al laboratorio del CICAM de la evidencia objetiva que sustente el cumplimiento de las exigencias particulares de cada una de las metodologías.. 1.3 ALCANCE Con el propósito de validar los métodos analíticos para la determinación de silicio en rango bajo y rango alto y manganeso en muestras de aguas claras y residuales, en el Laboratorio del Centro de Investigaciones y Control Ambiental (CICAM), se procederá para cada método como se detalla a continuación: ·. Puesta a punto del método. Se recolectará la información necesaria acerca de cada método, con el fin de comprender sus características y limitaciones. Este proceso de comprensión será complementado con ensayos preliminares que permitan encontrar el procedimiento óptimo para la realización del análisis..

(24) 3. ·. Elección de los parámetros de validación y fijación de objetivos. Se definirán los parámetros que serán validados de acuerdo a la información obtenida en la puesta a punto del método, y se establecerán los objetivos de dichos parámetros bajo las normas de la bibliografía aplicable.. ·. Diseño experimental y estadístico. Se establecerá el diseño experimental, en el cual se especificarán los parámetros elegidos para la validación de cada método.. ·. Experimentación y realización de ensayos. Se realizará los ensayos programados de acuerdo al diseño experimental en condiciones de repetibilidad y reproducibilidad, siguiendo los procedimientos determinados para cada método en los pasos anteriores.. ·. Tratamiento estadístico de los datos obtenidos. Se procederá al tratamiento estadístico de los datos debidamente organizados, con el objetivo de determinar los parámetros de validación propios del laboratorio.. ·. Elaboración del informe y declaración del método validado. Se analizará el cumplimiento de los objetivos de validación y se generará la documentación que justifique y respalde cada etapa del proceso de validación del método..

(25) 4. CAPITULO 2 2. MARCO TEÓRICO 2.1 SISTEMA DE GESTIÓN DE LA CALIDAD 2.1.1. INTRODUCCIÓN. Un Sistema de Gestión de la Calidad (SGC) es un conjunto de normas internacionales, mediante las cuales una empresa u organización dirige y controla las actividades de su negocio, y asegura la satisfacción de las necesidades de sus clientes. Para lo cual planifica, mantiene y mejora continuamente el desempeño de sus procesos, bajo un esquema de eficiencia y eficacia que le permite lograr ventajas competitivas. Una normativa define lo que se debe cumplir como empresa u organización, pero la manera cómo se la realice es facultad de cada una. Se debe aplicar un SGC para: ·. Mejorar el rendimiento y productividad de la empresa.. ·. Alcanzar y mantener la calidad de los productos y servicios.. ·. Mejorar la satisfacción del cliente.. ·. Tener confianza que la calidad está siendo alcanzada y mantenida.. ·. Proveer evidencia a los clientes actuales y potenciales de que la empresa u organización está haciendo bien las cosas.. ·. Abrir oportunidades de mercado.. ·. Tener la oportunidad de competir, con las mismas bases, con empresas u organizaciones mucho más grandes.. 2.1.2. NORMAS. 2.1.2.1 ISO 9001 – Calidad La ISO 9001 es una norma internacional, elaborada por el Comité Técnico ISO/TC176 de ISO (Organización Internacional para la Estandarización) aplicable a los SGC y que se centra en todos los elementos de administración de calidad, con los que una empresa.

(26) 5. debe contar para tener un sistema efectivo que le permita administrar y mejorar la calidad de sus productos y servicios. Su primera publicación fue en 1987, se reviso para su segunda publicación en 1994. En el año 2000 se realizan cambios acerca de conceptualización e implementación de SGC, publicándose así una tercera edición. En el 2008 se publicó la cuarta edición: ISO 9001:2008 la cual presenta una revisión menor aclarando requisitos ya existentes mejorando así el entendimiento. (MDC, 2011). 2.1.2.1.1 Principios de la ISO 9001 Con el fin de un mejor desempeño de la organización se han identificado ocho principios de gestión de la calidad. 1) Enfoque al cliente: las organizaciones deben conocer las necesidades actuales y futuras de los clientes, para satisfacer sus requisitos y exceder sus expectativas. 2) Liderazgo: los líderes deben crear y mantener un ambiente interno, involucrando a todo el personal en el logro de los objetivos de la organización. 3) Participación del personal: las habilidades del personal deben ser utilizadas en el beneficio de la organización. 4) Enfoque basado en procesos: se obtiene resultados más eficientes cuando las actividades y recursos se gestionan como un proceso. 5) Enfoque del sistema para la gestión: Identificar, entender y gestionar los procesos interrelacionados como un sistema, contribuye a la eficacia y eficiencia de una organización en el logro de sus objetivos. 6) Mejora continua: este debe ser un objetivo permanente en el área. 7) Enfoque basado en hechos para la toma de decisiones: decisiones eficaces están basadas en un análisis de datos y la información. 8) Relaciones mutuamente beneficiosas con el proveedor: la organización y proveedores son interdependientes, una relación mutuamente beneficiosa aumenta la capacidad de ambos para crear valor. (Yánez, 2008).. 2.1.2.2 ISO 17025: Requisitos generales para la competencia de laboratorios “Los requerimientos generales para la competencia de laboratorios de calibración y ensayo” se publicaron por ISO en diciembre de 1999 y se revisaron en mayo de 2005. Es el resultado de la asociación entre La Organización Internacional de Normas y La.

(27) 6. Comisión Electrotécnica Internacional. La norma reemplaza la Guía ISO 25 y EN 45001. Fue desarrollada para guiar a los laboratorios en la administración de calidad y requerimientos técnicos para un adecuado funcionamiento. La norma ISO/IEC 17025 cumple con los requerimientos técnicos de la ISO 9000, por lo que toda organización que cumple con los requerimientos de ISO 17025 cumple también con los requerimientos de ISO 9000, pero no de manera inversa. (QSIINC, 2011). La norma ISO/IEC 17025 tiene dos secciones importantes: a. Requisitos relativos a la gestión: trata principalmente de la operación y eficiencia del sistema de gestión de la calidad dentro del laboratorio. b. Requisitos técnicos: trata principalmente dela competencia técnica y conducta ética del personal, la utilización de ensayos bien definidos y procedimientos de calibración y contenidos de informes de ensayos y certificados. (INEN-ISO/IEC 17025:2006).. 2.2 LA. VALIDACIÓN. EN. LA. NORMA. NTE. INEN-ISO/ICE. 17025:2006. Todos los procedimientos y métodos de ensayo, estándares y no estándares, incluyendo aquellos desarrollados por el laboratorio se validan para asegurar que dichos métodos y procedimientos sean compatibles con el uso pretendido y relevantes para los requerimientos de ISO/IEC 17025, así como también del cliente. La definición de validación de acuerdo a la norma ISO es “la confirmación, a través de un examen y el aporte de evidencias objetivas, de que se cumple los requisitos para un uso especifico previsto”. (INEN-ISO/IEC 17025:2006). Un procedimiento debe ser validado en mayor o menor extensión cuando: §. Se desarrolla un método nuevo para resolver un problema particular.. §. Cuando a un método ya establecido se lo modifica para incorporar mejoras o extenderlo a un nuevo problema.. §. Cuando el control de calidad indica que un método establecido está cambiando con el tiempo..

(28) 7. §. Cuando el método establecido se usa en un laboratorio diferente, o con analistas o instrumentación diferentes.. §. Para demostrar la equivalencia entre 2 métodos, uno nuevo y un estándar. (Eurachem, 1998).. 2.2.1. GRADO DE VALIDACIÓN. El laboratorio tiene que determinar qué parámetros de desempeño deben ser caracterizados con el fin de validar el método, a partir de una especificación analítica se debe tener una buena base sobre la cual plantear el proceso de validación. El laboratorio debería hacer lo mejor posible dentro de los límites impuestos, teniendo en consideración las necesidades del cliente, la experiencia existente del método, y la necesidad de compatibilidad con otros métodos similares que ya están en uso en el laboratorio o utilizada por otros laboratorios. Algunos de los parámetros pueden haberse determinado aproximadamente durante la fase de desarrollo del método. A menudo, un conjunto de experimentos proporciona la información sobre varios parámetros, de esta forma, el esfuerzo requerido para conseguir la información necesaria puede minimizarse con una adecuada planificación. (Eurachem 1998; L&S Consultores 2009). Es necesario tener un nivel adecuado de confianza en los resultados obtenidos, de lo contrario el trabajo no vale la pena hacerlo. (Eurachem, 1998). El alcance de la validación o revalidación requerida dependerá de la naturaleza de los cambios hechos al aplicar nuevamente un método a diferentes laboratorios, en la instrumentación, en los operadores y en las circunstancias en las cuales el método va a ser utilizado, sin embargo, el grado de validación necesario es un problema de criterio profesional. (Yambay, 2011).. 2.2.2. TIPOS DE VALIDACIÓN. En función de los laboratorios que intervienen en el proceso de validación se habla de validación interna o externa: 1.. Es interna cuando el proceso se circunscribe al ámbito de un único laboratorio (desarrollo de método propio, adaptación con modificaciones importantes de un método ajeno, implementación de un método normalizado)..

(29) 8. 2.. Es externa cuando se trata de un método que interesa a varios laboratorios y entonces la manera más adecuada de hacer la validación es la realización de un ejercicio de inter-operación de tipo colaborativo (Macas, 2011).. 2.2.3. REQUISITOS ANALÍTICOS. Ante un problema de análisis en particular, en primer lugar, el laboratorio debe estar de acuerdo con el cliente en que el requerimiento analítico que define los requisitos de desempeño que el método debe tener para ser adecuado para la solución del problema de análisis. En respuesta a este requerimiento, el laboratorio debe evaluar los métodos existentes para determinar su idoneidad y si es necesario desarrollar un nuevo método. Este proceso iterativo de desarrollo y evaluación continúa hasta que el método es considerado capaz de cumplir con el requisito, entonces el trabajo analítico puede proceder. Este proceso de evaluación de criterios de desempeño y confirmación de la idoneidad del método, constituye la validación del método, la cual se ilustra en la Fig. 2.1. Figura 2.1: Elección, desarrollo y evaluación de método. Fuente: Eurachem, 1998.

(30) 9. 2.2.4. PARÁMETROS DE DESEMPEÑO DEL MÉTODO. El funcionamiento de un método queda caracterizado por sus parámetros de desempeño, entre los que podemos mencionar: ·. Confirmación de la identidad, Selectividad/Especificidad. ·. Límite de detección. ·. Límite de cuantificación. ·. Intervalo de trabajo e intervalo lineal. ·. Robustez. ·. Sensibilidad. ·. Porcentaje de recuperación. ·. Linealidad. ·. Precisión. ·. Exactitud/Veracidad. ·. Trazabilidad. Las definiciones de Precisión, Exactitud/Veracidad y Trazabilidad se discutirá más adelante.. 2.2.4.1 Confirmación de la identidad Los métodos de análisis pueden o no estar precedidos por una etapa de separación, antes de la etapa de medición. Para la confirmación de la identidad es necesario establecer que la señal producida en la etapa de medición se deba únicamente al analito de interés, y no, a la presencia de una interferencia física o química similar, o, que surja como una coincidencia. Algunos protocolos de validación puede confundir a la confirmación de la identidad con la repetibilidad. La diferencia radica en que la evaluación de la repetibilidad requiere que la medición se realice varias veces por una sola técnica, mientras que la confirmación de la identidad requiere que la medición se realice mediante diversas técnicas, de preferencia independientes. (Eurachem, 1998).

(31) 10. 2.2.4.2 Selectividad/Especificidad Tanto la selectividad como la especificidad son características de desempeño de un método, las cuales evalúan la confiabilidad de las mediciones en presencia de potenciales interferencias, determinando con precisión y específicamente el analito de interés. (Yambay, 2011; Eurachem, 1998). La selectividad determina cuán afectado se ve un resultado por otros componentes de la muestra, indicando así la capacidad de un método analítico de diferenciar entre el analito de interés y otros compuestos presentes en ella. La especificidad sugiere que ningún compuesto excepto el analito contribuye al resultado de un ensayo, considerado así como la propiedad de un método analítico de determinar solamente el analito de interés. La especificidad es generalmente considerada como el 100% de selectividad, pero el acuerdo no es universal. (OAA, 2003; Yambay, 2011). 2.2.4.3 Límite de Detección (LD) Se considera como límite de detección a la concentración más baja del analito en una muestra que puede detectarse, pero no necesariamente cuantificarse, bajo las condiciones establecidas en la prueba. El límite de detección se define como “valor mínimo detectable de la variable de estado definida”, lo que en química se traduce como “concentración mínima detectable”, otra definición más reservada es “valor (verdadero) mínimo detectable”. (Eurachem, 1998) Cuando los resultados analíticos son muy cercanos al valor del blanco, se plantea la duda de si corresponden a valores aleatorios del blanco o a la presencia real del analito. La señal de fondo es producida por el blanco y emite una señal, el límite de detección corresponde a k veces la desviación estándar de la señal de fondo, habitualmente k es igual a 3, el límite de detección se calcula de la siguiente forma: LD = 3 * S0, donde S0 es la desviación estándar del blanco. Los valores por encima del LD pueden ser atribuidos a la presencia del analito y los valores por debajo del LD indican la ausencia del mismo en cantidades detectables. (OAA, 2003).. 2.2.4.4 Límite de Cuantificación (LC) El límite de cuantificación es la menor concentración de analito que puede ser cuantificada con un aceptable nivel de incertidumbre. El Límite de Cuantificación se.

(32) 11. calcula de la siguiente forma: LC = 10 * S0, donde S0 es la desviación estándar de un blanco. (OAA, 2008).3 Límite de cuantificación teórico es un valor indicativo, se requiere la realización de pruebas para determinar si es o no el valor más bajo cuantificable. (Eurachem, 1998).. 2.2.4.5 Intervalo de trabajo e intervalo lineal Es necesario determinar el rango de concentraciones del analito dentro del cual puede aplicarse un método, esto se refiere a la gama de concentraciones de las disoluciones realmente medidas, más no a las muestras originales. Dentro del intervalo de trabajo puede existir un intervalo de respuesta lineal, teniendo la señal de respuesta una relación lineal con la concentración del analito. Se verifica. mediante la obtención del coeficiente de correlación mayor o igual a 0,995. (OAA, 2003; Eurachem, 1998). En el extremo inferior del intervalo de concentración, los factores limitantes son los valores de los límites de detección y / o cuantificación. En el extremo superior del intervalo de concentración, las limitaciones serán impuestas por varios efectos que dependen del sistema de respuesta del instrumento. La evaluación de los intervalos de trabajo y lineal será útil para la determinación del grado de calibración necesaria cuando se utiliza el método en el día a día. (Eurachem, 1998).. 2.2.4.6 Robustez Evalúa como pequeños cambios en las condiciones del método, afecta al valor de los resultados, es decir, la robustez es la medida de la capacidad de un procedimiento analítico para no ser afectado por variaciones pequeñas pero deliberadas en los parámetros del método y que da una idea de la confiabilidad del método durante su uso normal. Siendo posible así identificar las variables en el método que tienen el efecto más significativo y asegurarse de que, al utilizar el método, están estrechamente controladas. Los ensayos de robustez generalmente se aplican para investigar los efectos sobre la precisión y la exactitud. (Yambay, 2001; Eurachem, 1998; OAA, 2008)..

(33) 12. 2.2.4.7 Sensibilidad Es el cambio en la respuesta de un instrumento de medición dividido por el cambio correspondiente en el estímulo. Esto es el cambio en la respuesta del instrumento que corresponde a un cambio en la concentración del analito. (Eurachem, 19998).. Cuando la función de calibración es una recta, la sensibilidad analítica es constante en todo el intervalo de medida. Por el contrario, con funciones de calibración diferentes de la recta, la sensibilidad varía en función de la concentración del analito. (Macas, 2011).. 2.2.4.8 Porcentaje de recuperación El porcentaje de recuperación es el cociente entre la cantidad de analito medida y el contenido en la muestra. En el caso ideal, se obtiene un 100%. En mediciones experimentales puede perderse analito especialmente en el caso de tratamientos complejos de muestras con analito en cantidades traza, dando lugar a porcentajes de recuperación menores. En validación el porcentaje de recuperación aceptable esta entre 85% hasta el 115%. (Fierro, 2006; Macas,2011).. 2.2.4.9 Linealidad La linealidad se define como la capacidad de un método para obtener resultados proporcionales a la concentración del analito. Responde a la ecuación de la recta. (Yambay, 2011; Eurachem, 1998).. 2.2.5. CONTROL DE CALIDAD. 2.2.5.1 Interno El control de calidad interno se lo realiza por el personal del laboratorio, mediante procedimientos que permiten dar seguimiento de la validez de los ensayos y las calibraciones. realizados,. para. determinar. si. los. resultados. emitidos. son. lo. suficientemente confiables. En el control de calidad interno se puede utilizar: blancos, calibrantes químicos, muestras adicionadas, muestras ciegas (concentración conocida por la administración del.

(34) 13. laboratorio pero desconocida para el analista), análisis repetidos y de muestras de control de calidad. Los datos resultantes del control de calidad deben registrarse para detectar tendencias, y de ser posible se deben aplicar técnicas estadísticas para la revisión y análisis de dichos resultados que al no cumplir con los criterios predeterminados se debe tomar acciones para corregir el problema y evitar la emisión de resultados incorrectos. (NTE INEN ISO/IEC 17025:2006; Eurachem, 1998).. 2.2.5.2 Externo El control de calidad externo se lo realiza con pruebas de desempeño entre laboratorios a través de la participación regular en esquemas de ensayos de aptitud, resaltando así la reproducibilidad y errores sistemáticos. Los ensayos de aptitud y otros tipos de intercomparaciones son aceptados como un medio importante para dar seguimiento a la trazabilidad a nivel nacional e internacional. Es importante monitorear los resultados de ensayos de aptitud como medio de comprobación de la garantía de calidad y tomar las medidas necesarias. (Eurachem, 1998).. 2.3 CONCEPTOS BÁSICOS 2.3.1. DEFINICIONES. 2.3.1.1 Precisión El termino precisión describe el grado de concordancia entre los resultados de pruebas independientes bajo condiciones estipuladas. La precisión depende sólo de la distribución de los errores aleatorios y no se relacionan con el valor verdadero, es decir depende de los errores en la preparación y análisis de las muestras. La medida de la precisión puede expresarse en función de la desviación estándar, varianza y el coeficiente de variación. Las medidas de precisión más comunes son la repetibilidad y reproducibilidad. (OAA, 2008; Maroto, 2002).. 2.3.1.1.1 Repetibilidad (Sr) La repetibilidad es la precisión bajo condiciones de repetibilidad obtenida aplicando un mismo procedimiento, sobre una misma muestra, con el mismo operador, en intervalos.

(35) 14. cortos de tiempo, utilizando el mismo equipamiento, dentro de un mismo laboratorio. (OAA, 2008).. 2.3.1.1.2 Precisión intermedia Es la precisión obtenida aplicando un mismo procedimiento, sobre una misma muestra, en el mismo laboratorio, bajo condiciones diferentes de operación. La precisión intermedia expresa la variación dentro delos laboratorios: diferentes días, diferentes analistas, diferentes equipos o calibraciones. (OAA, 2008; Eurachem, 1998).. 2.3.1.1.3 Reproducibilidad La reproducibilidad es la precisión bajo condiciones de reproducibilidad obtenida aplicando un mismo procedimiento, sobre una misma muestra, en diferentes laboratorios, distintos operadores, con diferente equipamiento. (OAA, 2008).. 2.3.1.2 Veracidad La veracidad es considerada como el grado de concordancia entre el promedio obtenido a partir de una serie grande de resultados de ensayos y un valor de referencia aceptado. De esta manera se asegura un resultado veraz, si éste está libre de errores sistemáticos. La veracidad se verifica utilizando referencias, por lo cual, decir que un resultado es veraz es equivalente a afirmar que un resultado es trazable a la referencia utilizada. (OAA, 2008; Maroto, 2002).. 2.3.1.3 Exactitud La exactitud es la proximidad entre el resultado de una medición y el valor verdadero del mensurando. Además de considerar los errores sistemáticos la exactitud considera los errores aleatorios ya que estos siempre están presentes en el resultado de una medida. Es decir la exactitud es la suma de dos conceptos precisión y veracidad. Por lo tanto el resultado es exacto si simultáneamente es veraz (libre de errores sistemáticos) y preciso (los errores aleatorios son aceptables). (Maroto, 2002).. 2.3.1.4 Trazabilidad La trazabilidad se define como la propiedad del resultado de una medida que le permite relacionarlo con referencias determinadas, generalmente nacionales o internacionales, a través de una cadena ininterrumpida de comparaciones, todas ellas con incertidumbres.

(36) 15. conocidas, teniendo así confianza en los resultados, ya que estos son comparables a una referencia, se puede asegurar así que no existen errores sistemáticos significativos en ninguna etapa del método analítico. (Maroto, 2002). La trazabilidad es importante para la comparación de resultados entre diferentes laboratorios, o en el mismo laboratorio, en diferentes momentos, con un nivel aceptable de confianza. Esto se logra asegurando que todos los laboratorios usen los mismos sistemas de medida o los mismos “puntos de referencia”. (JCGM,2008).. 2.3.1.4.1 Verificación de la trazabilidad en medidas químicas En este proceso debe comprobarse que los resultados obtenidos al analizar la muestra de referencia son comparables a su valor de referencia asignado, ya que siempre existe una diferencia entre ellos ocasionado por errores aleatorios y posiblemente a un error sistemático. Para comprobar si la diferencia se debe únicamente a un error aleatorio y que los resultados obtenidos con el procedimiento analítico son trazables, se requiere de la aplicación de un test estadístico. La trazabilidad se puede verificar dependiendo de que se verifique en un intervalo reducido o amplio de concentraciones y el tipo de referencia utilizado. Una vez verificada la trazabilidad el laboratorio podrá trasladar dicha trazabilidad a los resultados que obtenga sobre muestras futuras, siempre y cuando el laboratorio actúe bajo condiciones de aseguramiento de la calidad. a) Verificación de la trazabilidad en un intervalo reducido de concentraciones La trazabilidad de los resultados se puede verificar a un nivel de concentración cuando el método se aplica a un intervalo reducido de concentraciones, se asume que el sesgo es el mismo para todas las concentraciones. Existen dos casos para verificar la trazabilidad dependiendo del tipo de referencia: ·. La trazabilidad de los resultados se verifica utilizando un método analítico de referencia, puede ser un método estándar, un método definitivo u otro tipo de método, siempre y cuando sea diferente al que se desea validar.. ·. La trazabilidad de los resultados se verifica utilizando un valor de referencia tal como un material de referencia, el valor de consenso en un ejercicio interlaboratorio o la cantidad de analito adicionada. (Maroto, 2002)..

(37) 16. b) Verificación de la trazabilidad en un intervalo amplio de concentración En este caso es necesario utilizar más de una muestra de referencia, ya que no se puede asumir que el error sistemático sea el mismo en todo el intervalo de la aplicación del método. Esto se debe a que existe la posibilidad de dos tipos de errores sistemáticos: uno constante y uno proporcional. El constante no depende de la concentración de la muestra y el proporcional si depende y se expresa como factor de recuperación. (Maroto, 2002).. 2.3.2. TIPOS DE ERRORES EN LOS DATOS EXPERIMENTALES. En toda medición analítica encontramos errores e incertidumbre, la fuente más común de errores se dá por calibraciones o estandarizaciones deficientes, o de variaciones e incertidumbres aleatorias en los resultados. Las calibraciones, estandarizaciones y análisis frecuentes de muestras conocidas se pueden utilizar en ciertos casos para disminuir los errores, con excepción de los errores aleatorios y las incertidumbres. Los análisis químicos se ven afectados por dos tipos de errores: el error aleatorio (o indeterminado), hace que los datos se dispersen más o menos de forma simétrica con respecto a un valor medio. Este error se refleja en la precisión. El segundo tipo de error, se conoce como error sistemático (o determinado) y hace que la media de un conjunto de datos difiera del valor aceptado. Adicionalmente, existe un tercer tipo de error, conocido como error bruto. Este ocurre de manera ocasional, suele ser grande, y se debe a errores graves por parte del analista o mal funcionamiento del equipo.(Méndez, 2010).. 2.3.2.1 Errores aleatorios Estos errores son calculables y aparecen por causa incontroladas de naturaleza errática e imprevisible, originándose al pretender forzar la medida hasta las. últimas. consecuencias: ·. Lectura digital de la escala de la balanza al oscilar la última cifra. ·. Interpolación en las divisiones de una escala, en el caso de un material volumétrico graduado..

(38) 17. ·. Determinación de llenado del material aforado. Puede tener lugar en los dos sentidos, es decir, por exceso o por defecto, con igual probabilidad y reducirse hasta límites aceptables, pero jamás anularse. (Mongayet al, 2005).. 2.3.2.2 Errores sistemáticos Los errores sistemáticos tienen un valor definido y una causa asignable y son de la misma magnitud para mediciones repetidas que se realizan de la misma forma. (Skoog et al, 2008). Los errores sistemáticos se pueden estimar con patrones adecuados pero no son directamente calculables. Se deben eliminar para que no supongan su acción a la de errores aleatorios. Tiene su origen en cualquiera de los tres pilares implicados en todo análisis (analista, método e instrumentación), ya sea por sí solos o interacciones mutuas o interacciones con el entorno, como se muestra a continuación. (Mongay et al, 2005) .Figura 2.2: Pilares implicados en el análisis. Fuente: Mongay et al, 2005. 2.3.2.2.1 Errores del analista Son aquellos que se introducen en una medición como consecuencia de los criterios adoptados por el analista (Skoog et al, 2008), aparece en los casos en los que se presenta un error importante en métodos establecidos, como son: ·. Estimar la posición de una aguja sobre una escala, por ejemplo al interpolar la lectura de una bureta, existe una tendencia a redondear a 0 o a 5, preferir valores pares sobre impares o altos sobre bajos..

(39) 18. ·. Definir el color en el punto final de una valoración. ·. El nivel de llenado de disoluciones en material volumétrico, como buretas, aforados, etc. Prejuicios, tender subjetivamente a escoger los valores más favorables. ·. Estos errores se minimizan trabajando con cuidado y autodisciplina. (Mongay et al, 2008). 2.3.2.2.2 Errores instrumentales Son originados por el mal funcionamiento de los instrumentos, calibraciones defectuosas o por el uso en condiciones inapropiadas. Entre fuentes potenciales están: ·. Deriva en los circuitos eléctricos. ·. Las fugas en los sistemas de vacío. ·. Efecto de la temperatura en los detectores. ·. Corrientes inducidas en los circuitos de las líneas de corriente. ·. Descenso de voltaje de las baterías por el uso. ·. Error de calibraciones en los medidores. Los errores instrumentales sistemáticos se detectan y se corrigen mediantes la calibración con patrones adecuados. (Skoog et al, 2008).. 2.3.2.2.3 Errores del método Este tipo de error es muy serio y afecta a todas las determinaciones, a menudo aparece como consecuencia del comportamiento químico y/o físico no ideal de los reactivos y de las reacciones en las que se basa un análisis. Entre fuentes potenciales están: ·. Reacciones químicas lentas o incompletas. ·. Perdidas por volatilidad. ·. Adsorción del analito sobre sólidos. ·. Inestabilidad de los reactivos.

(40) 19. ·. Contaminantes e interferencias químicas. Muchos errores del método se deben a interferencias químicas por lo cual, para su eliminación, es necesario un profundo conocimiento de la muestra y del comportamiento físico-químico del analito. (Skoog et al, 2008; Mongay et al, 2005). Los errores sistemáticos del métodos son más difíciles de detectar y corregir que los errores instrumentales y del analista, la mejor forma y la más segura requiere la validación del método mediante el empleo en el análisis de materiales patrón o de referencia que se parezca a las muestra por analizar. Tanto en su estado físico como en su composición química. (Skoog et al, 2008).. 2.3.3. ANÁLISIS DE VARIANZA ANOVA. El método de análisis de varianza también conocido como ANOVA (Analysis of Variance) es una potente herramienta estadística, de gran utilidad tanto en la industria, para el control de procesos, como en el laboratorio de análisis, para el control de métodos analíticos. Los ejemplos de aplicación son múltiples, pudiéndose agrupar, según el objetivo que persiguen, como por ejemplo la comparación de múltiples columnas de datos. (Boqué y Maroto, 2004). La comparación de diversos conjuntos de resultados es habitual en los laboratorios analíticos. Por ejemplo, puede interesar comparar diversos métodos de análisis con diferentes características, diversos analistas entre sí, o una serie de laboratorios que analizan una misma muestra con el mismo método (ensayos colaborativos). Otro caso sería cuando se desea analizar una muestra que ha estado sometida a diferentes tratamientos o ha estado almacenada en diferentes condiciones. En todos estos ejemplos hay dos posibles fuentes de variación: una es el error aleatorio en la medida y la otra es lo que se denomina factor controlado (tipo de método, diferentes condiciones, analista o laboratorio, etc.) (Boqué y Maroto, 2004). El método ANOVA compara tres o más medias muestreales para determinar si provienen de poblaciones iguales, sin comparaciones de pares de datos, como se hace con la prueba t (Lind et al, 2005). Para utilizar el ANOVA de forma satisfactoria deben cumplirse tres tipos de hipótesis, aunque se aceptan ligeras desviaciones de las condiciones ideales:.