GUIA PURE LABWATER. Uma perspectiva geral essencial das. para laboratórios, monitorização e normas _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.

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1 GUIA PURE LABWATER Uma perspectiva geral essencial das para laboratórios, monitorização e normas _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd 1 8/7/09 17:28:21

2 1-2 Introdução O GUIA PURE LABWATER Introdução Conteúdo 1 Introdução Aplicações de análise e pesquisa Diagnóstico clínico Cuidados de saúde Perspectiva geral da purificação de água Glossário O Guia Pure LabWater é um recurso essencial para indivíduos que utilizam água pura ou para indivíduos que pretendam aprender mais sobre o assunto. Ao disponibilizar uma perspectiva geral dos requisitos de purificação de água, técnicas e aplicações nas áreas de ciência e medicina, este guia educativo irá permitir-lhe seleccionar o grau correcto de água e o método mais fiável de produção a um custo económico, tanto para o seu orçamento como para o ambiente. Desafios: impurezas e variações na água potável A água para a maioria das aplicações clínicas e laboratoriais é normalmente purificada a partir da água potável. No entanto, a capacidade da água para dissolver (de certa forma) virtualmente todos os compostos químicos e sustentar, praticamente, todas as formas de vida, significa que o fornecimento de água potável contém muitas substâncias em solução ou suspensão; as impurezas adicionais resultam do processo de tratamento da água potável. Para além disso e ao contrário de outras matérias não tratadas, a água potável pode variar significativamente as características dependendo da região geográfica e das estações do ano. Nos laboratórios actuais, a disponibilidade de água pura é um factor essencial, e enquanto que os consumidores domésticos consideram a água da torneira como sendo "pura", os cientistas de laboratório e profissionais de saúde olham para esta como estando altamente contaminada. Os cientistas analíticos e investigadores preocupamse com os elementos e compostos em concentrações baixas (gamas de partes por bilião (ppb) ou inferiores). Grande parte destes contaminantes podem ter efeitos negativos em aplicações através da interacção com outras substâncias, incluindo a substância em análise. Existem 5 classes de impurezas na água potável e na água natural: Partículas em suspensão Compostos inorgânicos dissolvidos Compostos orgânicos dissolvidos Microrganismos e biomoléculas Gases dissolvidos Os métodos de purificação da água para aplicações na área científica e médica têm como objectivo retirar as impurezas da água potável enquanto minimiza a contaminação adicional dos componentes do sistema de purificação e o crescimento bacteriano. "A água pura é a substância mais comum que serve de base a uma grande variedade de aplicações científicas e médicas a sua importância nunca deverá ser subestimada." Como utilizar este guia Este guia elaborado pela ELGA e baseia-se na experiência de mais de 70 anos dedicados exclusivamente à pesquisa, design, fabrico e instalação de sistemas de purificação da água. Todo o Guia Pure LabWater corresponde a uma concentração dos nossos Guias originais Pure LabWater e Pure Clinical LabWater, publicados respectivamente, pela primeira vez, em 1991 e Para além de disponibilizar actualizações no campo da purificação de água (por ex., novas tecnologias de purificação de água, aplicações adicionais e normas revistas), o guia foi concebido de forma a poder aceder mais facilmente à informação necessária. Ao longo deste guia poderá encontrar dicas e sugestões e "Factos Puros" sobre purificação de água com diagramas de resumo de tecnologias, sistemas e processos importantes. É fornecido um glossário no final deste guia, de forma a poder consultar e compreender em simultâneo termos técnicos com os quais se encontra menos familiarizado. Este guia encontra-se dividido em 4 secções de fácil acesso. Pesquisa e ensaios (secção 1) Diagnóstico clínico (secção 2) Cuidados de saúde (secção 3) Perspectiva geral da purificação de água (secção 4, dividida em 5 subsecções) Produção de água potável Impurezas na água potável Tecnologias de purificação de água Manutenção da pureza da água purificada Normas de água purificada 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd 2-3 8/7/09 17:28:23

3 3-4 Introdução Sobre a ELGA Como parte integrante da Veolia, a empresa líder mundial dos serviços de água, a ELGA proporciona uma fonte de água fiável que corresponde economicamente à conformidade exigida por todas as aplicações científicas e médicas dos nossos clientes. Com mais de 70 anos de experiência dedicados exclusivamente à criação pioneira de sistemas de purificação de água, continuamos a utilizar pesquisas vanguardistas com um design inovador e ergonómico. A ELGA proporciona sistemas robustos e de fácil instalação de forma a corresponder às necessidades em mudança constante dos nossos clientes. Trabalhamos em parceria com empresas líderes em instrumentos para laboratório de forma a personalizar os sistemas de purificação de água para aplicações específicas. Para além disso, desempenhamos um papel proactivo com as organizações de normas de qualidade da água que, desenvolvem e recomendam especificações da água para laboratório. Com uma rede com mais de 600 centros de serviço a nível mundial, a ELGA garante um conjunto de serviços e assistência sem igual, independentemente do local onde se encontrar, para toda a sua gama de sistemas de purificação de água. Secção 1 Pesquisa e ensaios Dá ênfase à vasta gama de aplicações executadas em diferentes laboratórios, desde a lavagem e enxaguamento de vidraria básica até às mais importantes técnicas de biologia molecular e cultura de células. Esquematiza os tipos de água necessários para cada categoria de aplicação. Secção 2 Diagnóstico clínico Realça a importância da utilização de água extremamente pura de forma a que os ensaios químicos obtenham resultados válidos e fiáveis. Esquematiza as normas e regulamentos internacionais necessários para estas aplicações. Secção 3 Cuidados de saúde Esquematizamos inúmeras aplicações nos cuidados de saúde que necessitam de água de elevada pureza, incluindo o processo de lavagem de descontaminação de instrumentos cirúrgicos (por ex., endoscópios) e a produção de vapor para a esterilização de instrumentos. Pormenoriza as mais exigentes directrizes e normas de qualidade da água agora impostas para estas aplicações. Secção 4 Perspectiva geral da purificação de água Proporciona uma perspectiva geral completa sobre a água, fornecendo detalhes sobre os tipos de impurezas encontradas na água e as tecnologias, design de sistema e componentes necessários para removê-las eficazmente. A selecção das etapas iniciais de um sistema de purificação irá depender das características da água de alimentação e todo o processo tem início com uma etapa de pré-tratamento. As principais tecnologias de purificação de água são esquematizadas e para cada uma são apresentadas as suas vantagens e restrições; por exemplo, determinadas tecnologias podem remover grandes quantidades de várias impurezas, enquanto outras podem remover um tipo específico de impureza até níveis extremamente baixos. Existe uma grande variedade de diferentes normas publicadas que definem a qualidade da água necessária para aplicações específicas. A ASTM (American Society for Testing and Materials) e a ISO (International Organization for Standardization) 3696 fornecem directrizes para aplicações laboratoriais; as directrizes CLSI (Clinical and Laboratory Standards Institute) definem os requisitos de qualidade da água para laboratórios clínicos. Determinados laboratórios irão também adoptar normas delineadas na Farmacopeia Europeia, Americana ou Japonesa. Contudo, muito poucas destas normas são específicas para a sua aplicação particular; ir demasiado longe irá resultar em custos desnecessários, enquanto não ir suficientemente longe irá colocar em risco a precisão dos seus resultados. Este guia irá permitirlhe navegar através de um labirinto de normas e ajudá-lo a escolher com facilidade o tipo certo de água e o método de produção que lhe irá fornecer a correcta pureza a custos reduzidos para o seu orçamento e para o ambiente. Purificação de água para laboratório pioneira: Walter Lorch fundou a ELGA. A destilação esteve na vanguarda da purificação de água, embora as limitações desta tecnologia, no que respeita à pureza, tenham sido um impulsionador de mudança. O desionizador de tipo cartucho foi inventado por Walter Lorch A ELGA colaborou com a London School of Pharmacy (Escola de Farmácia da Universidade de Londres) para desenvolver produtos destinados ao mercado hospitalar, laboratórios e sector em geral A ELGA fundou a School of Water Sciences (Escola das Ciências Aquáticas). Walter Lorch publicou "The Handbook of Water Purification" (O Manual de Purificação de Água). A ELGA foi a primeira a introduzir a foto-oxidação por raios ultravioletas num sistema de purificação para laboratório. A ELGA lançou o MedRo, um sistema concebido especialmente para o mercado renal A ELGA lançou o PURELAB UHQ, uma combinação de permuta iónica, processos de membrana, adsorção e foto-oxidação num "sistema" de purificação de água que fornece água de elevada pureza a baixo custo. A ELGA foi galardoada com o prémio Queens na categoria "Design". A ELGA inventou o "Tipo II" ou sistema de substituição de destilação que foi incluído na sua gama de produtos "Options". A ELGA desenvolveu o MEDICA, o primeiro sistema de purificação de água concebido especialmente para o mercado de diagnóstico clínico. A ELGA lançou o sistema PureSure (utilização de um controlo multi-etapas), bem como o seu método de controlo do carbono orgânico total (COT) em tempo real 2000 A ELGA tornou-se na divisão de Água para Laboratório da Veolia. A ELGA lançou o Option E5, o primeiro sistema de purificação para laboratório com recirculação de electrodesionização da água tratada 2003 A ELGA lançou os revolucionários sistemas CENTRA, o primeiro sistema centralizado compacto para a purificação de água para laboratório 2004 A ELGA lançou o BIOPURE, o primeiro produto concebido especificamente para corresponder às mais recentes e rigorosas normas de qualidade da água em aplicações médicas 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd 4-5 8/7/09 17:28:28

4 5-6 Aplicações de análise e pesquisa Secção 1 Aplicações de análise e pesquisa Os cientistas colocam em prática uma vasta gama de técnicas, em diferentes laboratórios. Assim, é necessário purificar e utilizar diferentes tipos de água para ir de encontro aos procedimentos ou aplicações pretendidos. A água é um dos maiores componentes em muitas aplicações, mas o significado da sua pureza não é, muitas vezes, reconhecido. Nesta secção, destacamos algumas técnicas / aplicações comuns e fornecemos directrizes sobre a qualidade necessária da água. Também fornecemos algumas informações sobre as tecnologias de purificação que deve procurar para o seu sistema de água. Resistividade (MΩ-cm) TOC (PPB) Bactérias Tipo I + 18,2 <5 <1 <0,03 Tipo I >18 <10 <1 <0,03 Tipo II + >10 <50 <10 Tipo II >1 <50 <100 Tipo III >0,05 <200 <1000 Endotoxinas (EU/ml) Existem muitas normas para a qualidade da água, publicadas pelo mundo inteiro, mas apenas algumas são relevantes para aplicações específicas em investigação. Esta situação fez com que a maioria das empresas de purificação da água, incluindo a ELGA, adoptasse classificações genéricas definidas por limites físicos e químicos mensuráveis. Ao longo deste manual, iremos falar sobre os "Tipos" de água mencionados neste gráfico (ver esquerda). Tipo I + vai além dos requisitos de pureza de água de Tipo I. Tipo I Frequentemente designado como ultrapuro, este grau é necessário para algumas das mais importantes aplicações de água, tal como a preparação de fase móvel de HPLC (Cromatografia Líquida de Alta Pressão) e a diluição de amostras e preparação de brancos para outras técnicas analíticas principais; tais como GC (Cromatografia de Gases), AAS (Espectrofotometria de Absorção Atómica) e ICP-MS (Espectrometria de Massa com Plasma Indutivamente Acoplado). O Tipo I é igualmente necessário para aplicações de biologia molecular, assim como cultura de células de mamíferos e IVF (Fertilização In Vitro). Tipo II + é o grau utilizado para aplicações laboratoriais gerais que necessitam de uma pureza inorgânica mais elevada. Tipo II é o grau para aplicações gerais de laboratório. Poderá incluir preparação de meios, soluções de ph e tampões, e alguns analisadores clínicos. Também é comum que sistemas de Tipo II sejam utilizados para alimentar sistemas de Tipo I*. Tipo III é o grau recomendado para trabalhos menos exigentes que podem incluir enxaguamento de vidraria, banhos em água e alimentação desinfectada, assim como câmaras ambientais e estufas de crescimento de plantas. Estes sistemas também podem ser utilizados para alimentar sistemas de Tipo I*. *A produção de água ultrapura (com resistividade 18,2 MΩ-cm, <5 ppb TOC) a partir da água da torneira é normalmente realizada em duas etapas - pré-tratamento e polimento. Idealmente, o pré-tratamento reduz todos os principais tipos de impurezas componentes inorgânicos, orgânicos, microbiológicos e partículas - em mais de 95%. Isto poderá ser conseguido de uma forma mais eficaz utilizando apenas osmose inversa ou osmose inversa combinada com permuta iónica ou EDI. Alternativamente, a permuta iónica pode ser utilizada, mas não consegue reduzir os níveis de impurezas orgânicas, bacterianas e de partículas com a mesma capacidade. Quanto melhor for o pré-tratamento, mais elevada será a qualidade potencial da água ultrapura final _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd 6-7 8/7/09 17:28:35

5 Aplicações analíticas e gerais 7-8 Aplicações de análise e pesquisa Aplicações analíticas e gerais (Resumido na tabela da página 16) Electroquímica Uma vez que estas técnicas dependem da medição sensível de pequenos sinais eléctricos, é fundamental que a água utilizada interfira o minimo possivél. A água de Tipo II, tipicamente com TOC (Carbono Orgânico Total) <50 ppb e uma contagem bacteriana inferior a 1 CFU/ml (Unidades Formadoras de Colónias por mililitro) é recomendada para aplicações de electroquímica. Para análises electroquímicas de ultra detecção, será necessário utilizar água (ultrapura) de Tipo I. As técnicas incluem: Potenciometria A potenciometria mede o potencial de uma solução entre dois eléctrodos. Trata-se de uma técnica passiva que afecta muito pouco a solução durante o processo. O potencial é, então, relacionado com a concentração de um ou mais compostos. A estrutura da célula utilizada é frequentemente referida como um eléctrodo, apesar de conter dois eléctrodos: um eléctrodo indicador e um eléctrodo de referência (distinto do eléctrodo de referência utilizado no sistema de três eléctrodos). A potenciometria é uma técnica selectiva iónica, com um eléctrodo diferente para cada ião. O eléctrodo potenciométrico mais comum é o eléctrodo de vidro de ph. Medição de ph O ph é uma subclasse de potenciometria e é utilizado para medir a acidez ou a alcalinidade de um líquido. A medição do ph em água pura é problemática devido à baixa força iónica da solução e porque a rápida absorção de dióxido de carbono afecta a leitura observada. Coulometria A colorimetria utiliza corrente aplicada ou potencial para converter totalmente um composto de um estado de oxidação para outro. Nestas experiências, a corrente total passada é medida directa ou indirectamente para determinar o número de electrões que passaram. Tal poderá indicar a concentração do analito ou se a concentração for conhecida, o número de electrões envolvido com um par redox. O volume de electrólise, também designado por coulometria potencial controlada, ou algum híbrido com as duas designações, é talvez a forma mais comum de coulometria. Voltametria A voltametria aplica um potencial constante e/ou variável na superfície de um eléctrodo e mede a corrente resultante com um sistema de três eléctrodos. Este método consegue revelar a redução potencial de um analito e uma reactividade electroquímica, entre outros. Este método, em termos práticos, é não destrutivo, uma vez que uma quantidade muito pequena do analito é consumida na superfície a duas dimensões do eléctrodo de trabalho e do eléctrodo auxiliar. Polarografia A polarografia é uma subclasse da voltametria que usa um eléctrodo de mercúrio como eléctrodo de trabalho e utiliza, frequentemente, o conteúdo de mercúrio resultante como o eléctrodo auxiliar. A preocupação em relação à toxicidade do mercúrio, juntamente com o desenvolvimento de eléctrodos de elevada qualidade, pouco dispendiosos, inertes e facilmente limpos feitos em materiais como metais nobres e carvão em vidro, provocaram uma grande redução na utilização de eléctrodos de mercúrio. Amperometria A amperometria é uma subclasse da volumetria na qual o eléctrodo é mantido a potenciais constantes para várias extensões de tempo. Esta distinção é essencialmente histórica e ainda dá origem a alguma confusão, por exemplo, a voltametria de pulso diferencial também é designada por amperometria de pulso, que pode ser vista como a combinação de voltametria de varrimento linear e a cronoamperometria. Um factor que distingue a amperometria de outras formas de voltametria é que é comum somar as correntes durante um determinado período de tempo em vez de considerá-las como potenciais individuais. Esta soma pode resultar em maiores registos de dados e redução de erros. A titulação amperométrica é uma técnica que seria considerada como amperometria uma vez que mede a corrente, mas não seria considerada voltametria, pois toda a solução é transformada durante a experiência. Identificar a qualidade da água potável Os mais de 70 anos de experiência na indústria de água para laboratório, em conjunto com a experiência da Veolia na gestão de muitos planos de tratamento municipais, proporcionam um conhecimento sem igual sobre as qualidades da água de alimentação, por todo o mundo. Na nossa primeira visita ao seu laboratório iremos efectuar um ensaio no local para análise da qualidade da água de alimentação. Com dados sobre a qualidade da água do seu laboratório, aplicações necessárias, design e orçamento a nossa equipa de vendas irá entregar uma proposta com informações acerca das melhores soluções de purificação de água para se adaptarem às suas necessidades _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd 8-9 8/7/09 17:28:37

6 Aplicações analíticas e gerais 9-10 Aplicações de análise e pesquisa Espectroscopia e espectrometria A espectroscopia foi historicamente o estudo da interacção entre radiação e matéria em função do comprimento de onda (l), e referia-se à utilização de luz visível dispersa de acordo com o seu comprimento de onda, ou seja, por um prisma. Mais tarde, o conceito foi expandido para abranger qualquer medição de uma quantidade em função de comprimento de onda ou de frequência. Assim, também se pode referir a interacções com radiação de partículas ou uma resposta a um campo alternado ou frequência variável (v). Quando foi compreendida a relação estreita entre energia dos fotões e frequência (E=hv), em que h é a constante de Plank, uma extensão da definição acrescentou a energia (E) como uma variável. Uma parcela da resposta como uma função de comprimento de onda ou frequência mais comum é referida como um espectro. A espectrometria é a técnica espectroscópica utilizada para avaliar a concentração ou quantidade de uma dada substância e o instrumento que executa tais medições é um espectrómetro ou um espectrógrafo. As Técnicas incluem: Espectrofotometria de Absorção Atómica com Chama (F-AAS) Apesar de ser um pouco eclipsada por análises de multi-elementos ICP-MS e ICP-ES, o custo relativamente modesto da ASS garante a sua utilização em laboratórios mais pequenos ou para análises específicas. Dependendo do elemento, os limites de detecção variam entre ppb baixo para níveis de ppm. A água de Tipo II é, no geral, suficientemente pura para a maioria de ASS de rotina e não existe um requisito para níveis baixos de compostos orgânicos ou bactérias. Cromatografia Gasosa Espectrometria de Massa (GC-MS) Para a Cromatografia Gasosa (GC), a água purificada é utilizada para preparar amostras em branco, padrões e prétratamentos de amostras, por exemplo, extracção de fase sólida. Uma vez que a GC-MS consegue alcançar uma elevada sensibilidade, o requisito da pureza da água é extremamente rigoroso. São necessários níveis muito baixos de TOC, ou seja, inferiores a 3 ppb, o que poderá ser melhor conseguido utilizando um polidor topo de gama alimentado com água pré-tratada por osmose inversa para remoção de iões e compostos orgânicos. Espectrofotometria de Absorção Atómica em Câmara de Grafite (GFAAS) também designada por Espectrofotometria de Absorção Atómica em Câmara de Carvão (CFAAS) Esta variante de AAS, em que a chama é substituída por um tubo ou barra de grafite aquecido electricamente, pode alcançar uma sensibilidade muito elevada em análises elementares. É necessário um polidor topo de gama de água de Tipo I, que garanta níveis ppt de impurezas elementares, resistividade de 18,2 MΩ-cm e baixo TOC, enquanto a monitorização de multi-etapas (disponibilizada pelo sistema ELGA PureSure - ver direita) fornece a melhor garantia de pureza. O melhor desempenho é conseguido quando o pré-tratamento melhorado é seguido de recirculação contínua e repurificação da água polida. Espectrometria de Massa Esta técnica altamente sensível permite análises de detecção de misturas complexas, necessitando, assim, de água com elevada pureza. Todos os pré-tratamentos de amostras, como a extracção de fase sólida e etapas de preparação de amostras necessitam de água (ultrapura) de Tipo I, que é produzida por um sistema topo de gama de "polimento" da água. Este permite níveis ppt de impurezas elementares, resistividade de 18,2 MΩ-cm e TOC extremamente baixo, tipicamente <3 ppb. A monitorização multi-etapas (ver direita) é o único método que garante este nível de pureza e o melhor de desempenho é alcançado com pré-tratamento melhorado seguido de recirculação contínua e repurificação da água polida Sistema PureSure Conjunto de purificação principal Sensor R1 de qualidade da água intermédio Sensor R2 de qualidade da água de saída Conjunto de purificação de polimento O sistema PureSure: Na ELGA LabWater colocámos um sensor extra entre as duas etapas de purificação de um sistema ultrapuro. É uma forma de assegurar que o segundo conjunto de purificação pode ser mudado antes que as impurezas fracamente carregadas contaminarem a sua aplicação _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:28:41

7 Aplicações analíticas e gerais Aplicações de análise e pesquisa Cromatografia Líquida de Alta Pressão (HPLC) Espectrometria de Emissão Atómica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-AES) Na ICP-AES, a sensibilidade difere marcadamente para diferentes elementos, no entanto, metais, semimetais, fósforo e enxofre têm limites de detecção na gama de ppb (μg/l) e necessitam de uma pureza de água bastante rigorosa. A melhor opção traduz-se num sistema (polidor) de água de Tipo I de elevada pureza, apresentando resistividade >18 MΩ-cm, no entanto, os requisitos TOC não são, geralmente, importantes e o pré-tratamento pode ser efectuado por osmose inversa ou permuta iónica. Espectrometria de Massa com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-MS) Os avanços na instrumentação analítica moderna continuaram a melhorar a sensibilidade da análise de detecção de metais. Estes elementos são agora medidos a níveis ppt e sub-ppt, utilizando técnicas como a ICP-MS. O trabalho analítico de detecção necessita de água isenta dos componentes a serem medidos e exige a mesma pureza extremamente rigorosa da água para o trabalho mais sensível da ICP-MS. São preferidas instalações tipicamente limpas para preparar reagentes de elevada qualidade para análises em branco, diluições padrão e preparação de amostras. O sistema de água especificado deverá ser um sistema de Tipo I especialmente concebido. Deverá incluir uma forma de monitorização multi-etapas (ver Diagrama PureSure, página 10) para garantir estes níveis de pureza. O melhor desempenho é alcançado com pré-tratamento melhorado resultante de um sistema de recirculação de Tipo II. Espectrofotometria A água purificada para aplicações de espectrofotometria terá que ter, pelo menos, uma qualidade de Tipo II, com um baixo nível de contaminantes inorgânicos, orgânicos ou coloidais. Tipicamente, a água apresenta uma resistividade >1 MΩ-cm e foi micro filtrada. Um teor baixo de TOC (<50 ppb) é de particular importância em técnicas em que são utilizados sistemas de detecção de raios ultravioleta, pois os orgânicos dissolvidos podem interferir na detecção. Cromatografia A cromatografia pode ser preparativa ou analítica, mas as duas não são mutuamente exclusivas. A cromatografia preparativa procura separar os componentes de uma mistura para futuras utilizações. A cromatografia funciona normalmente com quantidades mais pequenas de material e procura medir as proporções relativas de compostos numa mistura. A HPLC pode ser utilizada para a análise directa e determinação de componentes menores e maiores numa mistura complexa. Na fase móvel, a água purificada de grau geral para laboratório (Tipo II) com TOC, tipicamente, <50 ppb e uma resistividade >1 MΩ-cm é utilizada para preparar amostras em branco, padrões e para o pré-tratamento de amostras. A variante de HPLC consegue limites de detecção extremamente baixos, por exemplo, bem abaixo de 1 ppb, pelo que amostras em branco e pré-tratamento de amostras necessitam de água pura de elevada qualidade extremamente rigorosa, em que os níveis mais baixos de TOC são tipicamente inferiores a 3 ppb (ver gráfico). Esta situação será mais bem conseguida com um sistema (polidor) de água de Tipo I topo de gama, especialmente concebido para o efeito, alimentado com água pré-tratada por osmose inversa de Tipo II ou Tipo III. Cromatografia Iónica (IC) A IC determina componentes menores e maiores numa gama de substâncias até 0,1 ppm por injecção directa de 10 a 50 amostras de microlitro. É necessária água altamente purificada para amostras em branco, padrões, e para a preparação de eluentes. Apesar de a água de Tipo I constituir a melhor opção, a água de Tipo II + é, muitas vezes, adequada, especialmente se o preço for um factor condicionante. Podem ser alcançados limites de detecção extremamente baixos (até níveis baixos de ppt) utilizando a IC se os iões forem pré-concentrados numa curta coluna de permuta iónica e depois eluídos na corrente eluente para separação e análise. 50 ou 100 ml de amostra mau A variante de detecção de HPLC da água de grau primário e ultrapuro Tempo podem ser analisados desta forma. Um sistema de água de Tipo I (de preferência de Tipo I + ) topo de gama é essencial para obter níveis ppt de impurezas elementares, resistividade de 18,2 MΩ-cm e baixo TOC. A monitorização multietapas fornece uma garantia de pureza que não é oferecida pelas alternativas (ver diagrama PureSure, página 10). O melhor desempenho é alcançado com pré-tratamento melhorado seguido de recirculação contínua e repurificação da água de Tipo I. Permeado de OI Água de grau ultrapuro Em branco 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:28:41

8 Aplicações analíticas e gerais Aplicações de análise e pesquisa Aplicações laboratoriais gerais Química geral A água purificada para laboratório com resistividade >1 MΩ-cm, TOC inferior a 50 ppb e contagem bacteriana <10 CFU/ml é recomendada para aplicações de química geral. Lavagem/enxaguamento de vidraria A lavagem de vidraria é uma prática rotineira na maioria dos laboratórios e o grau de água necessário depende da natureza das aplicações. Para minimizar os custos (e dependendo da qualidade da água potável local), a maioria da vidraria de utilização geral pode ser lavada com água de Tipo II. Para técnicas analíticas ou de investigação mais sensíveis, deverá ser utilizada água de Tipo II com uma resistividade de 1 até 15 MΩ-cm. Para aplicações mais complexas, como técnicas analíticas de detecção (por exemplo, ICP-MS), cultura de células ou rigorosos métodos clínicos, a vidraria deverá ser lavada com água ultrapura, especialmente no enxaguamento final, para garantir que os tampões, meios ou diluentes ultrapuros estão presentes em vidraria "não contaminada". Para este efeito, os componentes inorgânicos de água (ultrapura) de Tipo I deverão ser de 18,2 MΩ-cm, TOC < 10 ppb e contagens bacterianas <1 CFU/ml. Análise qualitativa A maioria dos métodos de análises qualitativas para maiores ou menores constituintes necessitam de água purificada para laboratório com resistividade >1 MΩ-cm, TOC inferior a 50 ppb, nível baixo de partículas e contagem bacteriana. No entanto, para técnicas mais sensíveis como ICP-MS, é necessária água ultrapura proveniente de um polidor de água de topo de gama para produzir níveis ppt de impurezas elementares, água com resistividade de 18,2 MΩ-cm e baixo TOC. Diluição de amostras e preparação de reagentes A água necessária para diluição de amostras, amostras em branco, reagentes e normas deverá ser suficientemente pura de forma a que as análises subsequentes não sejam afectadas. Na preparação de tampões para utilização geral, amostras em branco e normas para técnicas químicas gerais, e para análises > 1 ppm, a utilização de uma água purificada para laboratório com uma resistividade típica de >1 MΩ-cm, TOC de <50 ppb e baixa em bactérias irá permitir resultados rigorosos. Para análises de detecção a níveis ppb ou inferiores, a água (ultrapura) de Tipo I é necessária para preparar amostras em branco e padrões. SPE Extracção de Fase Sólida Esta técnica é amplamente utilizada na detecção de determinações orgânicas como um pré-tratamento para separar os componentes de interesse dos componentes restantes da matriz. Na análise de detecção, será necessário utilizar água da mais elevada pureza orgânica para preparar amostras em branco e padrões, e para enxaguar a fase sólida. Tal poderá ser conseguido com um sistema de água de Tipo I, topo de gama, com uma especificação mínima de TOC (especialmente concebida para este efeito) e alimentado com água prétratada por OI. Poderão ser necessários protocolos de funcionamento adicionais para garantir um elevado desempenho contínuo. Geradores de vapor Os geradores de vapor são utilizados numa gama de aplicações que inclui a humidificação de salas limpas, hidratação, aquecimento de vapor directo, injecção e em autoclaves e esterilizadores. A maioria dos geradores de vapor beneficiam do pré-tratamento da água fornecida para evitar acumulação, precipitação ou contaminação, de forma a reduzir a manutenção, melhorar o desempenho e aumentar os níveis de higiene. Os geradores de vapor podem utilizar água de Tipo II com condutividade no intervalo de 1 50 μs/cm (resistividade de 0,02 a 1,0 MΩ-cm), que é tipicamente produzida por osmose inversa após o pré-tratamento adequado. Algumas autoridades aplicam especificações estritas quanto à água utilizada para produzir "vapor puro" utilizado em serviços de desinfecção em ambientes de cuidados de saúde. Análise de Carbono Orgânico Total (TOC) Este método não específico é capaz de quantificar o teor total de carbono nos materiais. As aplicações variam desde níveis elevados em efluentes e correntes de processo até níveis sub-ppb em água ultrapura. As amostras são diluídas e os reagentes e padrões são preparados com água. Para uma medição de nível elevado, a água de Tipo II é a mais adequada, mas para os trabalhos de detecção, será necessária água (ultrapura) de Tipo I _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:28:44

9 Aplicações analíticas e gerais Aplicações de análise e pesquisa Análise da água As análises da água são necessárias para uma vasta gama de objectivos, como por exemplo, garantir o cumorimento da legislação para as águas potáveis, verificar se os processos de purificação foram bem sucedidos e para os ensaios ambientais em lagos e rios. A análise da água necessita de água purificada para a preparação de amostras, padrões e brancos e deverá possuir uma pureza suficientemente elevada que não interfira com as técnicas analíticas. Estas aplicações das análises são normalmente efectuadas com água de Tipo II com uma resistividade de >5 MΩ-cm, TOC <50 ppb e uma contagem bacteriana inferior a 1 CFU/ml. Preparação de meios e tampões O grau de pureza da água necessário para preparar ou diluir reagentes depende da sensibilidade da aplicação. Para muitas das aplicações de química geral, a sensibilidade não constitui o factor primário, pelo que a água de Tipo II apresenta a pureza necessária. Possui a vantagem acrescida de ter uma pureza elevada em termos iónicos e se as tecnologias UV e de filtragem forem incorporadas com recirculação, também é capaz de garantir níveis baixos de contaminantes orgânicos e microrganismos. Câmaras ambientais e estufas para crescimento de plantas A concentração em sais e a contaminação bacteriológica da água são questões de grande importância. A remoção de sílica (presente em alguma água de alimentação e não removida por algumas técnicas de purificação) é considerada critica, de forma a evitar "um efeito de pó", ou seja, depósitos de sílica em plantas ou amostras. Em organizações que utilizam câmaras walk-in, a presença de bactérias representa uma preocupação crescente, uma vez que a contaminação por bactérias transportadas pelo ar pode ameaçar os resultados. Um sistema de purificação de água de Tipo I ou de Tipo II é, normalmente, adequado, no entanto, se o nível de bactérias constituir uma preocupação, então o sistema deverá incluir recirculação total da câmara, assim como recirculação de UV em linha. A gama da ELGA de sistemas BIOPURE concebida para aplicações rigorosas de cuidados de saúde pode ser utilizada com eficácia nestas situações. Aplicações analíticas e gerais Técnica Electroquímica Sensibilidade Geral Elevada Resistividade* MΩ-cm >5 >18 TOC ppb <50 <10 Filtro µm Bactérias CFU/ml <1 Endotoxinas (UE/ml) Nuclease Grau de Água pura Laboratório geral Ultrapuro Alimentação dos reservatórios Baixa >0,05 <500 Primário Alimentação de sistemas de água ultrapura Geral Elevada >0,05 >1 <50 <10 <1 Apirogénico Primário Chama-AAS Geral >5 <500 Laboratório geral GC-MS Elevada >18 <3 <1 Ultrapuro Química geral Geral >1 <50 <10 Laboratório geral GF-AAS Elevada 18,2 <10 <10 Ultrapuro Lavagem de vidraria Geral Elevada >1 >18 <50 <10 <10 <1 Laboratório geral Ultrapuro HPLC ICP-AES ICP-AES Cromatografia iónica Diluição de amostras e preparação de reagentes Extracção de Fase Sólida Espectrofotometria Geral Elevada Geral Elevada Geral Elevada Geral Elevada Geral Elevada Geral Elevada Geral Elevada >1 >18 >5 >18 >10 18,2 >5 18,2 >1 >18 >1 >18 >1 >18 <50 <3 <50 <10 <50 <10 <50 <10 <50 <10 <50 <3 <50 <10 <1 <1 <1 <10 <1 <10 <1 <1 <1 <10 <1 <1 <1 Laboratório geral Ultrapuro Laboratório geral Ultrapuro Laboratório geral Ultrapuro Laboratório geral Ultrapuro Laboratório geral Ultrapuro Laboratório geral Ultrapuro Laboratório geral Ultrapuro Geração de vapor Geral >1 <50 <1 Laboratório geral Análise de TOC Geral >1 <50 <10 Laboratório geral Elevada >18 <3 <1 Ultrapuro Revelar a detecção de metal Análise da água Geral Elevada Geral Elevada >5 18,2 >5 >18 <50 <10 <50 <10 * A 25 C - Não aplicável ND - não detectado Imagens a vermelho- impurezas importantes <10 <1 <10 <1 Laboratório geral Ultrapuro Laboratório geral Ultrapuro 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:28:49

10 Aplicações em Ciências da vida Aplicações de análise e pesquisa Aplicações em Ciências da vida (Resumido na tabela da página 22) Aplicações de investigação Biologia molecular Focalizada no estudo de ácidos nucleicos, proteínas e enzimas, a investigação em biologia molecular pode ser seriamente afectada por microrganismos contaminantes, e produtos associados de células biologicamente activas. Para além de remoção de nucleases da água, é necessário garantir que uma pureza da água incorrecta não tem efeito nas concentrações salinas de soluções preparadas para electroforese e blotting, assim como na produção de reagentes para sequenciamento de ADN e PCR (Reacção em Cadeia de Polimerase). O efeito do ácido húmico enquanto inibidor de ADN é frequentemente neglicenciado. Todas estas preocupações podem ser consideradas na escolha de um sistema de água "Genetics Grade" de elevada qualidade, especialmente concebido para o efeito, que irá fornecer água acima da pureza de Tipo I. Electroforese As macromoléculas podem ser separadas umas das outras através de várias técnicas diferentes, incluindo métodos químicos, ultracentrifugação e electroforese. O elemento fundamental da água para electroforese reside na ausência de níveis significativos de moléculas biologicamente activas, como endotoxinas (tipicamente <0,005 UE/ml), nucleases e protéases (não detectáveis). O ideal é a utilização de água ultrapura com uma resistividade de 18,2 MΩ-cm, TOC <10 ppb C, 0,1 μm ou filtragem de partículas inferior e contagens bacterianas inferiores a 1 CFU/ml. Electrofisiologia Os métodos de electrofisiologia vão desde a medição de respostas biológicas a correntes eléctricas e campos electromagnéticos em animais, até estudos em células únicas com microeléctrodos e técnicas de patchclamp. Estas técnicas são, geralmente, muito sensíveis e podem dar origem a resultados imprecisos se for utilizada água com contaminação relativamente elevada de componentes inorgânicos. Tipicamente, deverá ser utilizada água de Tipo II com uma resistividade de >1 MΩ-cm, TOC <50 ppb e contagem bacteriana <1 CFU/ml. Análise de endotoxinas As especificações de endotoxinas são definidas para uma ampla variedade de aplicações da água que incluem diálise, injectáveis e cultura de células. Os níveis máximos permitidos variam entre 0,25 UE/ml (Unidades de Endotoxinas/mililitro) e 0,03 UE/ml. Na análise de endotoxinas é necessária água (ultrapura) de Tipo I, com uma especificação de endotoxinas apropriada de tipicamente 0,05 UE/ml ou inferior. É necessária a utilização de ultrafiltração ou filtros com carga, de preferência combinados com foto-oxidação por raios ultravioleta. Histologia As células para histologia são fixas e não viáveis, assim sendo a água de Tipo II é adequadamente pura. Os valores típicos apresentam uma resistividade de >1 MΩ- cm, TOC <50 ppb e contagem bacteriana <1 CFU/ml. Hibridização ver Biologia molecular 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:28:51

11 Aplicações em Ciências da vida Aplicações de análise e pesquisa Cultura hidropónica A fonte de água para cultura hidropónica necessita de ser suficientemente pura para permitir uma avaliação correcta de concentrações acrescidas de minerais e nutrientes, assim como para protecção contra os possíveis efeitos indirectos que a contaminação poderá causar. Por exemplo, níveis elevados de elementos dissolvidos, especialmente cálcio e magnésio, podem levar a uma alcalinidade elevada, que varia de acordo com a profundidade da água. O sódio e o cloreto também podem causar toxicidade directa em plantas, em concentrações elevadas, assim como danos indirectos ao interferir com a absorção de cálcio, magnésio, nitrato e microelementos. A água de Tipo II, com baixos níveis de contaminação iónica, orgânica e bacteriana, é recomendada para a cultura hidropónica. Imunocitoquímica A utilização de anticorpos na imunocitoquímica para detectar a distribuição de proteínas específicas é sensível a interferências de microrganismos contaminantes e detritos e produtos associados de células biologicamente activas, pelo que a água (ultrapura) apirogénica de Tipo I é a mais recomendável. Esta água é produzida a partir do "polimento" de água que foi pré-purificada por desionização, osmose inversa ou destilação, e depois ultrafiltrada para garantir a remoção de nucleases e endotoxinas. Análise microbiológica A análise microbiológica de rotina necessita de água purificada do Tipo II pois está largamente isenta de contaminação bacteriana e apresenta níveis baixos de impurezas iónicas, orgânicas e de partículas. Os valores típicos apresentam uma resistividade de >1 MΩ- cm, TOC <50 ppb e contagem bacteriana <1 CFU/ml. Investigação sobre anticorpos monoclonais Os anticorpos monoclonais representam uma valiosa ferramenta no desenvolvimento de novas terapêuticas e de produtos de diagnóstico in-vivo. Os meios ou tampões de pureza elevada são essenciais para a cultura de linhas celulares sensíveis que apresentam anticorpos monoclonais. Os níveis elevados de componentes orgânicos, inorgânicos e gases dissolvidos contaminantes podem causar um impacto directo ou indirecto na cultura, como por exemplo, alterações no ph, mas a maior preocupação em aplicações de culturas de células reside nos efeitos dos microrganismos contaminantes e os seus detritos e produtos associados de células biologicamente activas. A água utilizada em culturas de bactérias que apresentam anticorpos monoclonais deverá ter, pelo menos, o grau de laboratório geral, com resistividade >10 MΩ-cm, TOC inferior a 50 ppb e uma contagem bacteriana inferior a 1 CFU/ml. Para culturas sensíveis de células de mamíferos, é recomendável a utilização de água apirogénica de Tipo I. Cultura de tecidos vegetais (micropropagação) As técnicas de micropropagação permitem uma clonagem, a grande escala, de espécies de plantas e a produção de plantas isentas de doenças. Para minimizar os efeitos de espécies biologicamente activas potencialmente contaminantes, é recomendável a utilização de água (ultrapura) apirogénica de Tipo I. PCR ver Biologia molecular Cultura de células de mamíferos e bacterianas Uma cultura de células bem sucedida necessita de meios e tampões de elevada pureza para garantir que as células estão isentas de bactérias, leveduras e contaminantes virais. Os níveis elevados de componentes orgânicos, inorgânicos e gases dissolvidos contaminantes podem causar um impacto directo ou indirecto na cultura, por exemplo, alterações no ph, mas a maior preocupação nas aplicações de culturas de células reside nos efeitos dos microrganismos contaminantes e os seus detritos e produtos associados de células biologicamente activas. É recomendável que a água utilizada para a cultura de células bacterianas seja, pelo menos, da qualidade de Tipo II com resistividade >10 MΩ-cm, TOC de <50 ppb e uma contagem bacteriana inferior a 1 CFU/ml, enquanto que a cultura mais sensível de células de mamíferos necessita de água (ultrapura) apirogénica de Tipo I. Radioimunoensaio (RIA) e Ensaio imunoabsorvente ligado a enzima (ELISA) As reacções de anticorpos utilizadas no ELISA são relativamente robustas e não necessitam, tipicamente, do nível mais elevado de pureza da água. A água de Tipo II com uma resistividade >10 MΩ-cm, TOC de <50 ppb e contagem bacteriana inferior a 1 CFU/ml é considerada adequada _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:28:55

12 Aplicações em Ciências da vida Aplicações de análise e pesquisa Aplicações clínicas de cuidados de saúde Aplicações em Ciências da vida Bioquímica clínica e imunologia (Ver secção 2 Diagnóstico clínico) Nos laboratórios clínicos, a água deverá seguir as normas adequadas de qualidade da água; a mais relevante é o Tipo de água reagente para laboratório clínico (CLRW) do Clinical Laboratory Standards Institute (CLSI) ( ver página 65). A água utilizada para alimentar analisadores clínicos, ou em quaisquer procedimentos de preparação ou análise deverá ser de qualidade elevada, sendo produzida através de uma combinação de tecnologias de purificação. A qualidade da água exigida para analisadores clínicos é especificada pelo fabricante e terá, tipicamente, uma resistividade >10 MΩ-cm, TOC <50 ppb e níveis bacterianos <5 CFU/ml. No entanto, com o aumento de imunoensaios nas instalações de analisadores automatizados aumentam, igualmente, os requisitos para qualidades bacterianas mais elevadas. Esta situação deve-se, essencialmente, ao facto de alguns ensaios utilizarem marcadores de enzimas que podem ser afectados por subprodutos de bactérias existentes na água. Neste caso, é necessária uma especificação da bactéria <1 CFU/ml (para o analisador e não apenas a saída do sistema de água). Será necessária uma avaliação detalhada da distribuição e armazenamento da água. Recomendamos que entre em contacto com o especialista da ELGA mais próximo da sua área para obter conselhos sobre este assunto. Endoscopia Importantes aplicações nos cuidados de saúde podem exigir níveis muito baixos (tão baixos como 10 CFU/100ml) de bactérias. Em alguns casos, é necessária água com níveis muito baixos de endotoxinas para enxaguar endoscópios após a desinfecção. A água de grau Tipo III ou Tipo II pode ser utilizada com UV, ultrafiltragem e sanitização regular. Para aplicações importantes, é recomendado um sistema especial para alcançar os níveis necessários de Biopureza (por exemplo, o sistema BIOPURE da ELGA). Técnica Sensibilidade Resistividade* MΩ-cm TOC ppb Filtro µm Bactérias CFU/ml Endotoxinas (UE/ml) Nuclease Grau de Água pura Cultura de células bacterianas Geral >1 <50 <1 Laboratório geral Bioquímica clínica USP/EP CLSI >2 >10 <500 <500 <1 <1 Laboratório geral Laboratório geral Electroforese Elevada >18 <10 UF <1 <0,005 ND Apirogénico Ultrapuro Electrofisiologia Geral >1 <50 <1 Laboratório geral ELISA Geral >1 <50 <1 Laboratório geral Análise de endotoxinas Padrão Elevada >1 >18 <50 <10 UF <1 <1 <0,05 <0,002 ND Laboratório Apirogénico Apirogénico Ultrapuro Histologia Geral >1 <50 <1 Laboratório geral Cultura hidropónica Geral >1 <50 <1 Laboratório geral Imunocitoquímica Elevada >18 <10 UF <1 <0,002 ND Apirogénico Ultrapuro Cultura de células de mamíferos Elevada >18 <10 UF <1 <0,002 ND Apirogénico Ultrapuro Meios de preparação Geral >1 <50 <1 Laboratório geral Análise microbiológica Geral >1 <50 <1 Laboratório geral Biologia molecular Elevada >18 <10 UF <1 <0,002 ND Apirogénico Ultrapuro Investigação sobre anticorpos monoclonais Geral Elevada >1 >18 <50 <10 UF <1 <1 <0,002 ND Laboratório geral Apirogénico Ultrapuro Cultura de tecidos vegetais Elevada >18 <10 UF <1 <0,002 ND Apirogénico Ultrapuro Radioimunoensaio Geral >1 <50 <1 Laboratório geral * A 25 C - Não aplicável ND - não detectado Imagens a vermelho- impurezas importantes 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:28:55

13 23-24 Diagnóstico clínico Secção 2 Diagnóstico clínico impurezas específicas e os seus efeitos em ensaios A qualidade da água é extremamente importante no diagnóstico clínico. A qualidade da água que esteja abaixo dos níveis aceitáveis não só afecta a química dos ensaios, como também pode afectar o funcionamento geral do analisador que, por sua vez, irá reduzir a fiabilidade dos resultados do ensaio e aumentar os tempos de calibragem e os custos dos reagentes. 1 Estação de lavagem de cuvetas Água de qualidade elevada e consistente para uma lavagem eficaz de cuvetas, eliminação de transferência e contaminação. 2 Sonda de reagente e estação de lavagem Água de qualidade elevada e consistente aumenta a estabilidade da calibração e elimina a contaminação cruzada amostra a amostra. 3 Seringas de medição com pipeta Água de elevada qualidade, isenta de partículas, para uma medição com pipeta mais correcta e precisa, quer da amostra quer do reagente Vista em diagrama de como a água purificada é utilizada numa análise clínica Banho de incubadora Água isenta de bactérias e partículas para leituras fotométricas correctas e precisas. Sonda de Reagente e estação de lavagem A qualidade elevada, consistente e isenta de bactérias, da água proporciona a estabilidade do reagente e elimina a contaminação de reagente a reagente. Reservatório interno Filtro de 0,2 mícron UV para um controlo e bacteriano e de partículas, reduzindo a contaminação bacteriana. A água pode ser utilizada para muitas funções diferentes num analisador clínico, incluindo: Lavagem de cuvetas de reacção Alimentação de estações de lavagem para sondas e pás de agitadores Diluição de reagentes, amostras e detergentes Banhos de incubadora Uma interface entre seringa e amostra Uma água com pouca qualidade pode afectar o desempenho do analisador de várias formas, incluindo: Redução da exactidão do volume de medição com pipeta devido a partículas e bactérias Erros nas leituras fotométricas resultantes da interferência de partículas quando é utilizado um banho em água Contaminação na lavagem de cuvetas, passagem e marcas de água Contaminação na lavagem da amostra e sonda do reagente e passagem Afectar amostras e diluição causando erros e pouca estabilidade do reagente Enquanto padrão zero (Ca, Mg, PO 4, HCO 3, etc.) a estabilidade da calibração e a sensibilidade são reduzidas Nos sistemas de imunoensaios, os subprodutos bacterianos (principalmente fosfatase alcalina) podem interferir com alguns resultados de ensaios baseados em enzimas A fiabilidade é talvez o aspecto mais importante da água para analisadores de patologia automatizados. Os laboratórios sem orçamento ou espaço para um sistema "duplex" (como segurança), necessitam de um design robusto que incorpore sistemas "contínuos" para serem utilizados na eventualidade de uma emergência ou falha nos sistemas _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:28:58

14 25-26 Diagnóstico clínico Normas internacionais Uma vez que a água purificada é necessária em todas as indústrias e organizações de base científica, as autoridades nacionais e internacionais decidiram estabelecer normas de qualidade da água para diversas aplicações. As normas mais relevantes para o mercado de análises clínicas são as do Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI), antigo National Committee for Clinical Laboratory Standards, (ver Secção 4: Normas de Água Purificada, para mais detalhes). Nos casos em que as aplicações são ainda mais exigentes do que as já estabelecidas, a ELGA colabora com a empresa de diagnóstico para especificar o grau de água correcto. Clinical Laboratory Standards Institute (CLSI) "Preparation and testing of reagent water in the clinical laboratory" 3ª Edição (1997) Alterado em 2006 As principais directrizes sobre água purificada na 3ªedição do CLSI designavam três tipos principais de água (Tipo I-III), sendo o Tipo I o mais relevante para laboratórios clínicos e alimentação de instrumentos automatizados. Estes foram substituídos pelos termos Água Reagente para Laboratório Clínico (CLRW), Água Reagente Especial (SRW) e Água de Alimentação para Instrumentos. Ver página 65 para mais detalhes sobre estes tipos. Tipo I Tipo II Tipo III Máx. bactérias (CFU/ml) NE ph NE NE 5,0-8,0 Mín. resistividade 25 C) ,1 Máx. SiO 2 mg/l 0,05 0,1 1 Componentes de Partículas Filtro de 0,2 μm NE NE Contaminantes orgânicos Carvão activado, destilação ou osmose inversa NE NE Tendências na química clínica Maior eficácia, produtividade e melhoria dos custos efectivos são pontos que estão a ser alcançados através de procedimentos químicos clínicos automatizados. A automatização pode agora ser incorporada na identificação sofisticada de amostras, pré-análises (classificação de amostras, centrifugação, descamação e colocação em tubos secundários codificados para várias estações de trabalho on-line e offline), sistemas de detecção para transferências de amostras para vários utilizadores e, finalmente, um sistema de armazenamento refrigerado para a retenção de amostras permitindo futuras investigações e ensaios. Validação e monitorização de tendências A validação de sistemas de purificação da água está a tornar-se, cada vez mais, obrigatória, ou seja, têm que ser fornecidas provas concretas que confirmem que o sistema de purificação está a cumprir com os requisitos de uma utilização ou aplicação específica. A água deverá ser validada como "adequada para os objectivos pretendidos" e, as especificações de pureza deverão ser incorporadas no procedimento de validação de purificação da água. Estes dados são utilizados para documentar a capacidade do sistema no fornecimento de volumes adequados de água purificada, dentro das especificações exigidas, tal como detalhado na especificação exigida pelo utilizador. Depois de validar a água como "adequada para o objectivo" é importante garantir que esta continua a cumprir com os requisitos necessários; tal é conseguido através da medição e documentação de parâmetros definidos dentro de intervalos regulares estabelecidos. Além disso, esta abordagem consegue detectar a deterioração dos componentes de purificação antes que tenha impacto na qualidade da água exigida. A deterioração num parâmetro medido, por exemplo, alterações na resistividade necessária ou TOC, indica a necessidade de manutenção do sistema ou mais investigação, para garantir que a especificação da água necessária está a ser cumprida. Além disso, é essencial registar parâmetros importantes dentro de um determinado período de tempo, para identificar alterações graduais na qualidade da água e permitir que possam ser tomadas medidas correctivas. Por exemplo, se os cartuchos de permuta iónica forem utilizados para além do seu período de duração, as impurezas que poderão interferir nas reacções da análise podem ser eluídas na água purificada a níveis que poderão não ser registados em sistemas de monitorização incorporados _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:00

15 27-28 Diagnóstico clínico Possíveis contaminantes na água fontes e tecnologias de purificação Ensaio Clínico* Interferência * Fonte Remoção Cálcio total Fluoreto Tratamento da água, geologia OI, PI Oxalato Folhas, vegetação OI, PI, CA O efeito dos requisitos de água pura Pureza mais elevada Os avanços das tecnologias de análise exigem que a água de alimentação seja de boa qualidade para manter elevados níveis de desempenho e fiabilidade. Uma vez que a água é virtualmente utilizada em todos os processos num analisador, é fundamental que a sua qualidade seja monitorizada e verificada para garantir a integridade dos resultados do ensaio. A integração de tecnologias múltiplas, num único analisador, para executar aplicações químicas e imunológicas necessita de água pura de elevada qualidade para ensaios imunológicos mais sensíveis. As amostras e volumes de reagentes mais pequenos reduzem os custos, mas necessitam de água com maior nível de pureza devido ao aumento da sensibilidade necessária para volumes de amostras mais pequenos. Ensaios O diagnóstico ou a extensão de determinadas doenças está associado aos níveis de proteínas específicas, designadas por biomarcadores, no sangue por exemplo, níveis elevados de Tropinas significam arteriosclerose, peptídeos natriuréticos de tipo B (BNP) indicam doenças das artérias coronárias, AFP indicam carcinomas hepatocelulares, CA-19-9 está relacionado com o cancro do pâncreas e PSA é um marcador do cancro da próstata. Estas proteínas ocorrem geralmente em concentrações muito baixas, por exemplo, nmols/l ou pmols/l e são detectadas por técnicas extremamente sensíveis. Quando comparados com testes/ensaios tradicionais, estes métodos actuais de detecção apresentam a vantagem de reduzir o número de ensaios que têm que ser realizados. No entanto, uma vez que estão mais sujeitos à interferência de contaminantes, é fundamental que a água possua o grau adequado, para que não contribua para este problema. Regulamentações Na maioria dos países, os laboratórios do sector público são aconselhados/regulamentados por um organismo homologado que estabelece normas e directrizes de trabalho. Apesar de não ser obrigatório para laboratórios do sector privado, a credibilidade e vantagens significativas obtidas fizeram com que um maior número destes laboratórios se registasse num organismo homologado; por exemplo, apesar de o Collegiate of American Pathologists (CAP) ser um organismo homologado nos Estados Unidos, muitos laboratórios noutros países também se candidatam ao registo no CAP. O CAP recomenda que a água de laboratório cumpra, no mínimo, com o grau padrão do CLSI para Água Reagente para Laboratório Clínico (CLRW). As empresas de analisadores clínicos também possuem mais regulamentações através de organizações como a Federal Drug Association (FDA) e a Medical Devices Agency. As empresas de analisadores são, em última instância, responsáveis por garantir que os seus químicos são validados e que é utilizada água purificada de acordo com a norma adequada, de forma a que todos os resultados sejam rigorosos e reproduzíveis. Sulfatos Sais de cálcio Rochas, tratamento da água Rochas, tratamento da água OI, PI OI, PI Fosfatase alcalina Fluoreto Tratamento de água OI, PI Oxalato Folhas, vegetação OI, PI, CA Fosfato Rochas, detergente, tratamento OI, PI de água Sais de zinco Rochas OI, PI Manganésio Rochas OI, PI Arseniato Rochas, pesticidas OI, PI Citrato Citrinos OI, PI, CA EDTA Processo químico, detergentes OI, PI, CA Bactérias Tubagem/biofilme OI, filtro de 2 μm, UV, san Endotoxinas Tubagem/biofilme OI, PI, UF Creatina-quinase (CK) Agentes oxidantes Tratamento de água CA Amilase Oxalato Folhas, vegetação OI, PI, CA Citrato Citrinos OI, PI, CA Fluoreto Tratamento de água OI, PI EDTA Detergentes do processo químico OI, PI, CA Lactatodesidrogenase (LDH) Oxalato Folhas, vegetação OI, PI, CA Ureia Efluente OI, CA Fósforo Citrato Citrinos OI, PI, CA Oxalato Folhas, vegetação OI, PI, CA Nitrogénio ureico Citrato Citrinos OI, PI, CA Fluoreto (alta conc.) Tratamento de água OI, PI Ferro Citrato de sódio Citrinos OI, PI, CA EDTA Processo químico, detergentes OI, PI, CA Fluoreto Tratamento da água, rochas OI, PI Oxalato Folhas, vegetação OI, PI, CA Magnésio Citratos Citrinos OI, PI, CA Triglicéridos Glicerina Químicos de preparação para o OI, CA Inverno, plásticos LDH Peróxido de hidrogénio Químicos de sanitização CA, UV Quaisquer reacções baseadas na peroxidase Peróxido de hidrogénio Químicos de sanitização CA, UV * Várias fontes incluindo: Tietz, Norbert W., ed., "Clinical Guide to Laboratory Tests", 2ª edição, 1990 e 4ª edição, 2006 W.B. Saunders Co _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:01

16 29-30 Cuidados de saúde Secção 3 Cuidados de saúde A limpeza e esterilização de equipamento médico reutilizável está a tornar-se cada vez mais regulamentada por directrizes da indústria e normas internacionais, à medida que cresce a preocupação em relação ao controlo de infecções nos hospitais e ao aumento de MRSA, hepatite, CJD e outros organismos patogénicos resistentes. Existem dois elementos fundamentais a protecção das pessoas (pacientes e pessoal) e a protecção do equipamento a serem considerados na esterilização de equipamento médico reutilizável. Protecção do paciente (evitar a contaminação cruzada) As encefalopatias espongiformes transmissíveis (TSE), também designadas de doenças priónicas, constituem um grupo de condições progressivas raras que afectam o cérebro e o sistema nervoso dos seres humanos e de alguns mamíferos. Causam uma deficiência gradual da função cerebral, incluindo alterações da memória, alterações da personalidade e problemas a nível motor, sendo estas doenças (actualmente incuráveis) fatais. As doenças priónicas mais comuns no ser humano incluem a clássica Doença de Creutzfeldt-Jakob (CJD) e uma nova variante da Doença de Creutzfeldt-Jakob (vcjd), ambas relacionadas com a encefalopatia espongiforme bovina (BSE). Tipicamente, os indivíduos não apresentam sintomas da doença durante muitos anos após a contaminação, assim, durante esta fase de incubação, nem eles nem os seus médicos sabem que são potencialmente infecciosos, excepto se pertencerem a um conhecido grupo de risco. Como o agente infeccioso que provoca a doença é muito estável e não fica inactivo através de métodos rotineiramente utilizados para limpar e esterilizar instrumentos, existe o pequeno risco de que a transmissão possa ocorrer durante uma cirurgia de rotina, nesses mesmos indivíduos, especialmente nos casos que envolvam o contacto com tecidos de risco elevado como o cérebro ou o sistema nervoso central. A luta contra estas infecções secundárias contraídas no hospital, também designadas por infecções nosocomiais e, em particular, a transmissão de doenças com base priónica fez com que, em alguns países, as autoridades de saúde e organismos profissionais regulamentassem o procedimento de descontaminação utilizado nos instrumentos médicos, incluindo os endoscópios. De forma a prevenir a contaminação priónica, os profissionais de saúde devem garantir que os seus instrumentos e endoscópios estão sempre impecavelmente limpos, desinfectados e prontos para utilização. A limpeza a fundo dos instrumentos é necessária para garantir que os agentes infecciosos aderentes são removidos juntamente com a matéria orgânica que os protege, permitindo um melhor contacto entre o desinfectante e quaisquer agentes infecciosos que tenham permanecido na superfície do instrumento ou no dispositivo médico. Equipamento de protecção Os contaminantes inorgânicos como a ferrugem, depósitos calcários e resíduos de aparelhos de limpeza podem, com o decorrer do tempo, danificar a superfície do instrumento médico e criar um habitat que facilite o crescimento bacteriano. Também o calor e alguns desinfectantes (alcoóis e aldeídos) são fixadores de tecidos e podem fazer com que as partes amovíveis de um dispositivo endureçam, se as superfícies não forem limpas a fundo antes da esterilização/desinfecção. Poderão ser apresentados benefícios económicos nos casos em que a utilização de água de melhor qualidade reduziu o volume de agentes químicos de limpeza. Os requisitos típicos de qualidade da água incluem: Contagem Total Viável de Bactérias inferior a 10 CFU/100ml Níveis de endotoxinas inferiores a 0,25 UE/ml Condutividade inferior a 30 μs/cm Os sistemas de enxaguamento de água deverão ser regularmente desinfectados e validados para garantir que continuam a cumprir com a especificação da água Deverão ser recolhidas, com frequência, amostras de água para demonstrar o cumprimento Estas directrizes e normas foram introduzidas para minimizar o risco de infecção cruzada de uma gama de bactérias em pacientes, incluindo Micobactérias, Pseudomonas e Estafilococos. ALFRED PASIEKA / SPL 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:08

17 31-32 Cuidados de saúde Descontaminação de endoscópios A maioria dos instrumentos cirúrgicos é desinfectada através de um processo de limpeza, desinfecção térmica e esterilização; no entanto, os endoscópios e muitos outros instrumentos são termicamente instáveis. Incapazes de suportar temperaturas de 60 C ou superiores, não podem, consequentemente, ser desinfectados e esterilizados termicamente. Assim, os endoscópios são esterilizados através de um procedimento de desinfecção química e depois enxaguados em água purificada para remover todos os resíduos de desinfectante. Após a descontaminação, o equipamento deve ser manuseado com todo o cuidado para minimizar qualquer risco de nova contaminação. Recentemente, a International Standards Organisation publicou normas (ISO parte 4) relativas aos requisitos e ensaios para desinfectantes de lavagem utilizando a desinfecção química para endoscópios termoinstáveis. Estas normas regulam a utilização de água com uma especificação microbiana <10 CFU/100ml (testada em, pelo menos, duas amostras) e, se o dispositivo médico entrar em contacto com a corrente sanguínea ou outras áreas do corpo normalmente estéreis, as normas exigem que a água de enxaguamento final seja controlada e monitorizada dentro dos limites especificados por regulamentações nacionais (por exemplo, HTM0101 no Reino Unido, ou talvez a Farmacopeia dos Estados Unidos de "Água para Injectáveis" noutros países). Muitos países exigem uma especificação de endotoxinas 5 UE/ ml. Para alcançar estas exigentes normas, é recomendada a utilização de um sistema de purificação da água que utilize a osmose inversa (OI) com UV recirculado e endotoxinas on-line. No entanto, o aspecto mais importante dos requisitos está na necessidade de utilizar um sistema de purificação da água que mantenha a biopureza através de uma sanitização simples e fácil _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:11

18 A fonte - produção de água potável Perspectiva geral da purificação de água A água potável é frequentemente Passada por uma série de filtros para remover detritos, sendo depois misturada com cloro ou ozono em tanques de contacto para oxidar pesticidas e herbicidas e destruir bactérias e algas Tratada para destruir o cloro ou o ozono em excesso Clarificada para remover sólidos em suspensão, que são recolhidos como um bolo de lama (por vezes, é acrescentado um floculante como o policloreto de alumínio para ajudar no processo) Filtrada através de leitos de areia e/ou posterior ozonição Secção 4 Perspectiva geral da purificação de água A fonte produção de água potável A água purificada de laboratório é normalmente produzida in situ a partir de água potável que foi obtida através do tratamento de fontes de água natural. O requisito essencial para produzir água potável reside no cumprimento de regulamentações e numa clareza, sabor e odor aceitáveis. A água natural provém de fontes nas terras altas, como reservatórios, de rios ou de aquíferos subterrâneos; a água potável é produzida a partir de uma série de passos que variam dependendo da fonte da água, das regulamentações locais e nacionais e da escolha de tecnologias. Filtrada através de carvão granulado activado (GAC) para capturar matéria sólida e orgânica Tratada com cloro para destruir bactérias que possam ter resistido. É deixada uma pequena quantidade residual para manter baixos níveis de bactérias. Também está a ser cada vez mais utilizada uma etapa de ultrafiltragem extra para remover Criptosporidium Variações na qualidade da água não tratada Ao contrário de outras matérias não tratadas, a água potável pode variar significativamente em pureza dependendo da região geográfica e das estações do ano. A água proveniente de uma fonte nas terras altas, por exemplo, apresenta normalmente um baixo teor de sais dissolvidos e é relativamente macia, mas apresenta uma elevada concentração de contaminação orgânica, essencialmente coloidal. Por outro lado, a água proveniente de uma fonte subterrânea apresenta, geralmente, níveis elevados de sais e dureza, mas um baixo teor de componentes orgânicos. As fontes provenientes dos rios são intermédias em qualidade, mas contêm, frequentemente, produtos resultantes de actividades industriais, agrícolas e domésticas. As variações sazonais na qualidade da água são mais evidentes em águas de superfície. Durante os meses do Outono e do Inverno, as folhas mortas e as plantas em decomposição libertam grandes quantidades de matéria orgânica em riachos, lagos e reservatórios. Como resultado, a contaminação orgânica em águas de superfície alcança um pico no Inverno e cai para um mínimo no Verão. As águas subterrâneas são muito menos afectadas pelas estações. A qualidade e características do fornecimento de água potável determina o regime de purificação necessário para produzir água purificada. A qualidade da água natural varia com: Geografia Fonte, ou seja, água de superfície, aquífero (fonte subterrânea) Estação 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:11

19 Impurezas na água potável Perspectiva geral da purificação de água Impurezas na água potável A capacidade única da água para dissolver, de certa forma, virtualmente todos os compostos químicos e sustentar, praticamente, todas as formas de vida, significa que o fornecimento de água potável contém muitas substâncias em solução ou suspensão. Muitos destes contaminantes podem afectar aplicações científicas através da sua interacção com outras substâncias - algumas poderão ser as substâncias que está a analisar. A água potável e natural contém cinco grandes classes de impurezas: Partículas em suspensão Compostos inorgânicos dissolvidos Compostos orgânicos dissolvidos Microrganismos Gases dissolvidos Partículas em suspensão A matéria em suspensão na água inclui partícula sólidas (areia, rocha, lodo, detritos dos canos), partículas macias (detritos vegetais) e partículas coloidais (orgânicas ou inorgânicas). As partículas em suspensão podem sujar membranas de osmose inversa, bloquear colunas analíticas de diâmetro fino, assim como interferir no funcionamento de válvulas e aparelhos de medição. As partículas coloidais dão origem a névoa ou turvação da água interferindo, desta forma, com o funcionamento dos instrumentos. Compostos inorgânicos dissolvidos As substâncias inorgânicas representam as maiores impurezas na água. Incluem: Sais de cálcio e magnésio que originam a dureza temporária ou permanente Dióxido de carbono, que dissolvido resultanda em ácido carbónico de reduzida acidez Sais de sódio Silicatos lixiviados dos leitos arenosos dos rios Compostos de ferro ferrosos e férricos derivados de minerais e de canos de ferro ferrugentos Cloretos resultantes da entrada salina Alumínio do doseamento de químicos e minerais Fosfatos de detergentes Nitratos de fertilizantes Poderão estar presentes muitos outros iões, dependendo da fonte de água natural. Mesmo a nível de detecção, os iões inorgânicos podem afectar as reacções orgânicas e bioquímicas ao agirem como um catalisador. Compostos orgânicos dissolvidos As impurezas orgânicas na água são principalmente de origem biológica. A decomposição de matéria vegetal dá origem a subprodutos que incluem ácidos húmicos e fúlvicos, taninos e lignina. A agricultura, a produção de papel e os desperdícios domésticos e industriais também dão origem a compostos orgânicos, incluindo detergentes, gorduras, óleos, solventes e resíduos de pesticidas e herbicidas. Além disso, os componentes orgânicos transportados pela água podem incluir compostos lixivados de canos, tanques e meios de purificação. Os componentes orgânicos dissolvidos podem interferir com técnicas analíticas e afectar experiências biológicas como a cultura de células. Mesmo a mais pequena contaminação existente na água utilizada para preparar eluentes cromatográficos líquidos pode provocar instabilidade na base de referência, diminuir a sensibilidade e a resolução, assim como reduzir o período de vida da coluna _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:13

20 Impurezas na água potável Perspectiva geral da purificação de água Microrganismos As bactérias são os principais microrganismos que contaminam a água natural. A cloração garante a remoção de bactérias prejudiciais, mas a água potável contém, ainda, microrganismos vivos, por exemplo, o nível típico bacteriano no fornecimento de água potável de laboratório é de dez unidades formadoras de colónias por mililitro (CFU/ml) ou menos. As bactérias são normalmente mantidas a níveis baixos através da utilização de níveis residuais de cloro ou outros desinfectantes; no entanto, quando são removidas durante a purificação da água, as bactérias têm a hipótese de proliferar. As bactérias podem interferir nas experiências laboratoriais de uma forma directa ou através dos seus subprodutos, como os pirogénios, fosfatase alcalina ou nucleases. Gases dissolvidos A água potável está em equilíbrio com o ar e por isso contém gases dissolvidos como o azoto, oxigénio e dióxido de carbono. Na água purificada, o dióxido de carbono dissocia-se para formar um ácido carbónico diluído (CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3- ). Este anião diluído reduz a capacidade das resinas de permuta aniónica. O oxigénio dissolvido só se transforma num contaminante quando a formação de bolhas é um problema. A concentração de oxigénio pode afectar reacções bioquímicas específicas, e nas aplicações em que a água purificada é utilizada em recipientes abertos, irá rapidamente re-equilibrar-se com gases no ar. Tanto o oxigénio como o azoto podem formar bolhas que são prejudiciais para processos como a contagem de partículas ou a medição em espectrofotómetros. Medição de impurezas na água potável Para conceber ou seleccionar um sistema de purificação da água é necessário obter informações sobre a composição da água de alimentação, que é, normalmente, a água potável local. Os dados médios da qualidade da água podem ser obtidos através do seu fornecedor de água local. Como alternativa, poderá recolher uma amostra e analisá-la. Análise directa da água: O potencial de colmatação do filtro é estimado utilizando um teste de índice de colmatação (Fouling Index - IF) ou, menos fiável, a turvação. Os componentes inorgânicos podem ser determinados por: Cromatografia iónica ICP-Espectrometria de Massa Métodos espectrofotométricos A condutividade eléctrica proporciona um guia para potenciais problemas. Os compostos orgânicos podem ser determinados individualmente, por ex., cromatograficamente, ou através de uma indicação geral de conteúdo orgânico através da medição do carbono orgânico total (TOC). As contagens totais viáveis de bactérias ou as de espécies individuais podem ser medidas através da incubação num meio de crescimento adequado. O total de sólidos dissolvidos (TDS) é o resíduo (em ppm) produzido pela evaporação de uma amostra de água até à secura e aquecimento a 180 C. Uma vez que os sais inorgânicos formam a maior proporção do resíduo de TDS, este é utilizado como indicador do nível total de compostos inorgânicos. Este pode ser medido directamente ou estimado através da multiplicação da condutividade da água, em μs/cm a 25 C, por 0, _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:13

21 Factos puros filtros de profundidade microporosos Vantagens: Este pré-filtros proporcionam uma forma económica de remover >98% de sólidos em suspensão protegendo assim os processos a jusante da incrustação e da obstrução Elevada capacidade Restrições: Não regenerável Métodos de purificação de água Perspectiva geral da purificação de água Métodos de purificação de água A água da maioria das aplicações clínicas e laboratoriais é normalmente purificada a partir da água potável. O principal objectivo é remover impurezas da água potável (ou seja, água de alimentação ) minimizando, ao mesmo tempo, a contaminação adicional dos componentes do sistema de purificação e o crescimento bacteriano. O design do sistema e a selecção de componentes são importantes para o sucesso. A selecção das etapas iniciais de um sistema de purificação irá depender das características da água de alimentação. O processo de purificação inicia-se com uma etapa de pré-tratamento para reduzir os danos dos componentes subsequentes de purificação da água, a garantia de funcionamento fiável e a diminuição dos custos operacionais, evitando a substituição excessivamente frequente de componentes dispendiosos. As principais tecnologias de purificação da água estão destacadas abaixo. Cada uma delas apresenta as suas vantagens e restrições. Bactérias o principal desafio Os microrganismos e os seus subprodutos constituem um desafio específico, uma vez que entram nos sistemas de purificação da água sem protecção contra água de alimentação, aberturas do sistema ou através do ponto de uso. Crescerão como biofilmes em todas as superfícies húmidas dos componentes de purificação da água, incluindo tanques de armazenamento e tubagem do sistema de distribuição. O biofilme é uma camada essencialmente composta por glicoproteínas e heteropolissacarídeos onde as bactérias podem multiplicar-se, quando a concentração de nutrientes na água é muito baixa, e a camada protege os organismos do tratamento periódico com biocidas que são primeiramente eficazes na eliminação de microrganismos plantónicos (flutuação livre). O deslizamento do biofilme e subprodutos do crescimento e metabolismo de microrganismos (por exemplo, endotoxinas), são sempre potenciais contaminantes da água. Os desafios para um sistema de purificação de água ultrapura são: Remover as bactérias existentes na água de alimentação Garantir o número mínimo de bactérias existentes na água Prevenir a entrada de bactérias no sistema bem como a sua recontaminação Impedir o crescimento de bactérias no sistema pelo design e desinfecção periódica Perspectiva geral das tecnologias de pré-tratamento de água Filtros de profundidade microporosos Os filtros de profundidade microporosos consistem em fibras entrançadas ou materiais comprimidos que formam uma matriz, constituindo uma barreira física à passagem de partículas por adsorção ou inclusão aleatória. Caracterizam-se pela classificação nominal da dimensão das partículas. A maioria das água não tratadas contém colóides, que possuem uma ligeira carga negativa (medida pelo potencial Zeta). O desempenho do filtro pode ser aumentado através da utilização de microfiltros que incorporem uma superfície modificada, que irá atrair e reter estes colóides de ocorrência natural, geralmente menores do que os poros na membrana. Os filtros de profundidade (tipicamente 1-50 μm) são normalmente utilizados como uma forma económica de reter os sólidos em suspensão (> 98%) e de proteger as tecnologias de purificação a jusante da incrustação e obstrução. São substituídos periodicamente. Factos puros - carvão activado Vantagens: Estes pré-filtros removem o cloro e as cloraminas e a alguns níveis reduzem a contaminação orgânica dissolvida Restrições: Não é eficaz na remoção de iões e partículas Necessitam de ser substituídos regularmente para minimizar a acumulação bacteriana Podem libertar componentes finos de carvão Carvão activado (CA) em meios de pré-tratamento O carvão activado é utilizado no prétratamento da água de alimentação. Remove o cloro e as cloraminas de forma a prevenir que os filtros de membranas e as resinas de permuta iónica se danifiquem. A maioria do carvão activado é produzida através da "activação" de carvão vegetal proveniente das cascas de coco ou de carvão mineral por calcinação a C na presença de vapor de água e CO 2. A lavagem ácida remove a maioria dos óxidos residuais e de outros materiais solúveis O carvão activado contém uma complexidade de poros minúsculos com dimensões que variam entre nm e uma área de superfície de 1000 metros quadrados por grama. O processo de adsorção é controlado pelo diâmetro dos poros no filtro de carvão e pela taxa de difusão de moléculas orgânicas através dos poros. A taxa de adsorção é uma função entre o peso molecular e a dimensão molecular dos componentes orgânicos _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:13

22 Métodos de purificação de água 1 Água de alimentação Perspectiva geral da purificação de água 1 2 Membrana de OI Espaçador de Alimentação Membrana de OI Espaçador de Produto Permeado 2 7 Concentrado É utilizado carvão sob a forma de grânulos ou cartuchos moldados e encapsulados, resultando desta forma numa menor quantidade de partículas finas. O carvão activado reage quimicamente com 2 a 4 vezes o seu peso em cloro e produz muito rapidamente cloretos; consequentemente, até mesmo pequenos filtros de carvão podem remover eficazmente o cloro da água. Pelo contrário, o carvão decompõe as cloraminas através de uma reacção catalítica relativamente lenta para produzir amoníaco, azoto e cloreto; consequentemente, este processo necessita de maiores volumes de carvão. A incrustação orgânica (cujos níveis irão variar de local para local) pode reduzir a eficácia do carvão e este aspecto deverá ser considerado aquando da selecção da dimensão dos cilindros de carvão. A ampla superfície e a elevada porosidade dos carvões activados, juntamente com os materiais capturados pelos mesmos, tornamse numa área de desenvolvimento de microrganismos; no entanto, este aspecto pode ser parcialmente moderado através da adição de biocidas insolúveis, desde a prata ao carvão. Os leitos de carvão activado necessitam de ser substituídos regularmente para minimizar a acumulação bacteriana. Perspectiva geral das principais tecnologias de purificação da água Osmose inversa (OI) As membranas de OI removem os contaminantes da água com um diâmetro inferior a 1 nm e removem, tipicamente, mais de 90% da contaminação iónica, a maior parte da contaminação orgânica e praticamente toda a contaminação por partículas. A remoção por OI dos contaminantes não iónicos com peso molecular inferior a 100 Daltons pode ser baixa. Aumenta com maior peso molecular e, teoricamente, as moléculas com peso molecular superior a 300 Daltons, incluindo partículas, colóides e microrganismos (inclusive pirogénios), serão totalmente removidas. Os gases dissolvidos não são removidos. No processo de osmose inversa, a água de alimentação é pressurizada na entrada de uma membrana de OI (tipicamente, entre 4 15 bar, psi) do tipo fluxo cruzado. As membranas de OI são, tipicamente, uma película fina de poliamida e são resistentes numa ampla gama de ph, embora possam ser danificadas por agentes oxidantes, como o cloro. O pré-tratamento da água de alimentação com filtros de profundidade microporosos e carbono activado é geralmente obrigatório para proteger a membrana de partículas grandes, metais de transição e cloro livre. Tipicamente, entre 15 a 30% da água de alimentação passa através da membrana sob a forma de permeado e o resto sai da membrana sob a forma de concentrado que contém a maior parte dos sais, substâncias orgânicas e, essencialmente, todas as partículas. A relação entre o volume de permeado e o volume de água de alimentação é designada como "recuperação". A utilização de um sistema de OI com uma taxa de recuperação baixa irá reduzir a incrustação da membrana, provocada pela precipitação de sais de baixa solubilidade. No entanto, são possíveis recuperações até 75%, dependendo da composição da água de alimentação e do pré-tratamento de filtração e descalcificação. O desempenho da membrana de OI é controlado, tipicamente, através da medição da percentagem de rejeição iónica, que consiste na diferença entre as condutividades da alimentação e do permeado, dividida pela condutividade da alimentação, calculada sob a forma de uma percentagem. A "rejeição iónica" e a "recuperação" variam consoante a água de alimentação, a pressão de entrada, a temperatura da água e o estado da membrana de OI. A osmose inversa, com a sua excepcional eficácia purificadora, é uma tecnologia com uma boa relação custo/benefício no âmbito da remoção da maior parte das impurezas. No entanto, é limitada pela taxa de produção relativamente lenta e tende, por conseguinte, a ser utilizada para encher um depósito antes de qualquer utilização ou purificação suplementar. A osmose inversa protege o sistema da incrustação orgânica e de colóides e é muitas vezes seguida de uma permuta iónica ou de electrodesionização. Permeado Módulo de OI em Espiral Factos puros - osmose inversa 8 9 Vantagens: Remoção eficaz de todo o tipo de contaminantes a diversos graus (bactérias, colóides, pirogénios, partículas e contaminantes inorgânicos dissolvidos) Requer uma manutenção mínima Parâmetros de funcionamento de fácil controlo Restrições: As taxas de fluxos limitadas por unidade de superfície obrigam a uma maior superfície da membrana ou a um armazenamento temporário de água Requer um correcto pré-tratamento para evitar que os contaminantes danifiquem a membrana: - Acumulação: depósitos de CaCO 3 na superfície - Incrustação: depósitos orgânicos ou coloidais na superfície - Perfuração: danos físicos provocados por partículas 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:15

23 Métodos de purificação de água Perspectiva geral da purificação de água Permuta iónica (PI) Neste processo, os leitos de resinas de permuta iónica conseguem remover eficazmente espécies ionizadas da água permutando-as por iões H + e OH -. Estas resinas são grânulos porosos sub-1 mm de polímeros insolúveis com elevadas ligações cruzadas e elevados números de fortes locais de permuta iónica. Os iões em solução migram para os grânulos onde, em função das suas densidades de carga relativa (carga por volume hidratado), competem pela permuta de locais. Os grânulos de desionização são catiónicos ou aniónicos e permutam iões de hidrogénio por catiões, por exemplo, sódio, cálcio e alumínio ou iões de hidróxilo por aniões, por exemplo, de cloreto, nitrato e sulfato. O ião de hidrogénio do permutador catiónico une-se com o ião de hidróxilo do permutador aniónico para formar água pura. As resinas catiónicas fortes são ácidos polisulfónicos derivados de polistireno de ligações cruzadas com divinilbenzeno. As resinas aniónicas fortes são hidróxido de amónio quaternário benzil-trimetil (Tipo 1) ou hidróxido de amónio quaternário benzil-dimetiletil (Tipo 2) derivadas de polistireno de ligações cruzadas com divinilbenzeno. Os leitos de resinas de permutas iónicas estão disponíveis em cartuchos ou cilindros e são tipicamente utilizados durante um determinado período de tempo, sendo depois substituídos quando os aniões e os catiões tiverem substituído a maioria de locais activos de H + e OH - nas resinas. Os cilindros podem ser alimentados directamente com água potável para fornecer água purificada quando necessário. Quando ficam exaustos, são devolvidos a uma estação de regeneração para recarga ou são eliminados. Uma maior pureza da água e duração prolongada de resinas pode ser alcançada através do pré-tratamento da água de alimentação por osmose inversa antes da permuta iónica; esta abordagem é frequentemente utilizada para purificadores de água de laboratório de elevada pureza. Tal também evita a incrustação da superfície da resina por grandes moléculas orgânicas, o que reduziria a capacidade. Factos puros - permuta iónica Vantagens: Remove iões inorgânicos dissolvidos, apresentando uma resistividade de 18,2 MΩ-cm (a 25 C); contaminação iónica total <1ppb Regenerada pela desionização utilizando ácido e bases ou electrodesionização Relativamente acessível economicamente Restrições: Não remove eficazmente bactérias, substâncias orgânicas, partículas ou pirogénios Capacidade limitada assim que todos os locais de iões estejam ocupados, estes deixam de ser retidos As camadas desionizadas regeneradas quimicamente podem produzir componentes orgânicos e partículas As resinas de utilização única requerem água prétratada de boa qualidade para ser utilizada eficaz e economicamente 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:17

24 Métodos de purificação de água Perspectiva geral da purificação de água 18, ,0 80 Resistividade (MW-cm) 17,5 17,0 16,5 16,0 15,5 Resistividade Sílica TOC Concentração (ppb) 1 <1 MΩ-cm 18,2 MΩ-cm 15,0 0 Volume 3 As amplas áreas da superfície das resinas de permuta iónica tornam-se num potencial local de desenvolvimento de microrganismos, podendo causar a libertação de componentes finos e solúveis. Por estas razões, deverão ser utilizadas resinas de boa qualidade e o volume dos leitos deverá ser mantido o mais pequeno possível, dentro dos limites razoáveis. Os filtros são, tipicamente, instalados depois dos leitos, para capturar componentes finos e partículas. A acumulação bacteriana pode ser minimizada pela recirculação frequente da água e pela substituição frequente dos cartuchos. À medida que os leitos de permuta iónica vão ficando exaustos, libertam vestígios de contaminantes que se acumularam da água. Os contaminantes fortemente ligados podem deslocar contaminantes menos ligados, sendo provável que os primeiros vestígios de contaminantes sejam substâncias pouco ionizadas que terão um efeito mínimo na resistividade da água produzida. É pouco provável que a monitorização da resistividade detecte a libertação inicial destas espécies pouco ionizadas, incluindo componentes orgânicos com carga, silicatos e boratos. Esta situação está ilustrada no gráfico acima, que demonstra a libertação de sílica e componentes orgânicos como TOC antes de a resistividade se tornar detectável, à medida que o leito de permuta iónica começa a ficar exausto. A libertação indetectável de contaminantes fracamente ionizados pode ser prevenida pela monitorização em multi-etapas (por exemplo, o PureSure da Elga), que utiliza dois leitos idênticos de resina de permuta iónica em série com um monitor de resistividade entre eles. À medida que o primeiro leito (primário) começa a ficar exausto, as espécies libertadas fracamente ionizadas são captadas pelo segundo leito (polimento) não estando, portanto, presentes na água produzida. A resistividade é medida após a primeira etapa para detectar a exaustão do leito. O segundo leito é então mudado para a primeira posição, sendo instalado um leito novo na segunda posição PRIMÁRIO O cartucho principal fica totalmente exausto e o controlo inter-etapas dispara No entanto, o cartucho de polimento assegura sempre a pureza máxima da água do produto < 5% da capacidade utilizada 2 POLIMENTO 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:19

25 MEMBRA DE OI PERMUTA IÓNICA Água purificada 10 a >15 MΩ-cm Métodos de purificação de água Perspectiva geral da purificação de água Esta estratégia premite utilizar eficientemente a resina, porque o primeiro leito não tem que ser substituido até que a resistividade intermédia desça abaixo de 1 C, o que é facilmente determinado, e o segundo leito irá, ainda assim, manter virtualmente toda a sua capacidade original quando é mudado para a posição primária. Outras abordagens, menos eficazes, incluem a substituição de leitos muito antes de chegarem à exaustão ou a utilização de resinas especializadas que ligam de uma forma mais estreita espécies ionizadas. Com a escolha adequada de resina, o pré-tratamento e o design de sistema, a permuta iónica permite que sejam alcançados níveis mais baixos de contaminação iónica. Electrodesionização (EDI) A Electrodesionização (EDI) é uma tecnologia que combina resinas de permuta iónica e membranas selectivas iónicas com corrente directa para remover espécies ionizadas da água. O seu desenvolvimento e utilização na purificação da água ultrapassou algumas das limitações dos leitos de resina de permuta iónica, em especial a libertação de iões à medida que o leito fica exausto, existindo a consequente necessidade de mudar ou regenerar as resinas. A água passa por uma ou mais câmaras cheias de resinas de permuta iónica mantidas entre membranas selectivas catiónicas ou aniónicas. Os iões que se ligam às resinas de permuta iónica migram para uma câmara separada sob a influência de um campo eléctrico aplicado externamente, que também produz H + e OH - necessários para manter ALIMEN- TAÇÃO Iões Partículas Componentes orgânicos Microrganismos Gases REJEITA PRODUTO DE OI Iões <5% MW baixo Componentes orgânicos N2, O2, CO2 Iões >95% Componentes orgânicos Partículas Microrganismos as resinas no seu estado regenerado. Os iões existentes na câmara em separado resultam em desperdício. Os leitos de permuta iónica nos sistemas de EDI são continuamente regenerados, não ficando exaustos como ficam os leitos de permuta iónica que funcionam em modo agrupado. Além disso, os leitos EDI são, normalmente, mais pequenos e funcionam por períodos mais longos. As resinas utilizadas em sistemas EDI podem estar em câmaras separadas de leitos aniónicos ou catiónicos, em camadas de cada tipo dentro de uma câmara única ou numa mistura de grânulos de aniões ou catiões. O processo EDI de laboratório da ELGA utiliza leitos separados de resinas catiónicas e aniónicas, assim como um leito de resinas mista. Os leitos separados de resinas aniónicas e catiónicas estão alojados em células grandes que proporcionam uma via de fluxo para os iões em trânsito, oferecendo vantagens na flexibilidade do design e simplicidade mecânica à escala laboratorial. A resina existente nas células fornece uma protecção contra alterações na qualidade da água de alimentação. A qualidade da água produzida é depois reforçada por um leito de resinas mistas. PRODUTO Iões <0,0001% MW baixo Componentes orgânicos N2, O2 ÂNODO LAVAGEM Na+ CI- CI- CI- CI- CI- Resina Aniónica Resina Mista Na+ A osmose inversa é tipicamente utilizada antes de o sistema EDI para garantir que o módulo EDI não está sobrecarregado com elevados níveis de sais, componentes orgânicos ou partículas. O pequeno volume de resinas no módulo resulta numa baixa concentração de moléculas orgânicas. Tipicamente, a osmose inversa remove cerca de 95% dos iões; a EDI irá remover cerca de 95% dos restantes iões, assim como dióxido de carbono e sílica. Tipicamente, o produto de água da EDI apresenta uma resistividade de 5 a 17 MΩ-cm (a 25 C) e um teor de TOC inferior a 20 ppb. Os níveis bacterianos são minimizados porque as condições químicas e eléctricas dentro do sistema impedem o crescimento de microrganismos. A EDI não fornece, normalmente, água ultrapura com uma resistividade de 18,2 MΩ-cm; no entanto, poderá ser eficazmente obtida através da incorporação de um baixo volume de resina de permuta iónica a jusante do módulo. Esta resina tem poucos iões para remover e terá um período de vida muito longo. Na+ Na+ Na+ Na+ ALIMENTAÇÃO LAVAGEM CÁTODO Resina Catiónica Factos puros electrodesionização Vantagens: Remove iões inorgânicos dissolvidos apresentando uma resistividade de 5-17 MΩ-cm (a 25 C) e um teor de TOC abaixo de 20 ppb Amiga do ambiente: Não são necessários químicos para regenerar a resina Não existe eliminação de químicos ou de resina As resinas nas células têm uma baixa "concentração" de componentes orgânicos e tampões contra alterações na qualidade da água de alimentação Restrições: Remove apenas um número restrito de componentes orgânicos com carga e, por isso, não consegue produzir água ultrapura com uma resistividade de 18,2 MΩ-cm A água de alimentação deve ser de boa qualidade de forma a não sobrecarregar o monte EDI com componentes orgânicos, sais ou partículas multivalentes. É tipicamente tratada com OI 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:21

26 Métodos de purificação de água Perspectiva geral da purificação de água Destilação A destilação é um processo há muito estabelecido para a purificação da água que separa a água dos contaminantes ao alterar o estado da água de uma fase líquida para uma fase gasosa, e novamente para a fase líquida. Cada uma destas transições fornece uma oportunidade para separar a água dos contaminantes. A água é primeiramente aquecida até ao ponto de ebulição e o vapor da água chega até um condensador onde a água de arrefecimento baixa a temperatura para que o vapor da água condense, seja recolhido e armazenado. Em princípio, a destilação consegue remover todas as classes de contaminantes da água, excepto aqueles com pressões de vapor próximas da água e de azeótropos. A destilação é mais eficaz com água prétratada para minimizar a acumulação de depósitos e a passagem de impurezas. É pouco provável que os destiladores dos laboratórios consigam produzir uma purificação adequada a partir de água de alimentação não tratada, especialmente com a ocorrência de precipitação, pelo que os reservatórios são mais frequentemente alimentados com água pré-purificada por osmose inversa ou permuta iónica. Os destiladores de laboratório são contínuos; à medida que a água fervida é destilada e substituída por água fresca de alimentação. O design meticuloso é essencial para minimizar a possível transferência de contaminantes menos voláteis, por exemplo, através de salpicos ou por arrastamento à superfície ou por vapor. Os contaminantes com pressões de vapor mais elevadas do que a água são removidos na fase de condensação. Os condensadores (multi-etapas) compostos que equilibram o vapor e a água em ebulição em compartimentos múltiplos e especializados são necessários para remover estes contaminantes de uma forma eficaz. A contaminação do ar ambiente (por exemplo, pó, elementos voláteis, etc.) também deverá ser minimizada. Tal como a osmose inversa (OI), a destilação só produz água purificada lentamente e o destilado deverá ser armazenado para posteriores utilizações. Os destiladores necessitam de muita energia - utilizando tipicamente 1kW de electricidade por litro de água produzida. Dependendo do design, a água destilada pode apresentar uma resistividade de cerca de 1 MΩ-cm à medida que o CO 2 no ar se dissolve. A água destilada será estéril quando produzida de fresco, no entanto, para manter a esterilidade, é recolhida em garrafas de armazenamento estéreis e efectuada autoclave; mas, uma vez aberta a garrafa fica exposta a bactérias e a outras impurezas transportadas pelo ar e a sua pureza deteriora-se rapidamente. Factos puros destilação Vantagens: Remove uma vasta gama de contaminantes Maior vida útil Restrições: Lenta purificação da água Alguns contaminantes são transmitidos em quantidades variáveis para a condensação Deve ser alimentada com água pré-purificada A água destilada pode ter tendência a uma recontaminação durante um armazenamento prolongado, pelo que requer uma manutenção meticulosa Não é económica nem amiga do ambiente requer grandes quantidades de energia eléctrica para aquecimento e um grande volume de água da torneira para arrefecimento Calor 1 Termómetro 4 2 Vapor de água 5 3 Água não tratada 6 Água destilada Armazenamento de condensação Dispositivo de arrefecimento 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:22

27 Factos puros carvão activado Vantagens: Produz uma redução significativa no TOC Longa duração atribuída a uma elevada capacidade de ligação Restrições: Não remove todos os contaminantes orgânicos dissolvidos Desempenho da ultrafiltração (UF) Métodos de purificação de água Perspectiva geral da purificação de água Por vezes liberta componentes finos e solúveis na corrente de água Amostra Conc. endotoxinas (UE/ml) Conc. bactérias (CFU/ml) Exposição x 107 Pós UF 1 <0,001 <0,01 Pós UF 2 <0,001 <0,01 Carvão activado em Água Purificada A segunda maior aplicação de carvão activado está na remoção de compostos orgânicos da água purificada, muitas vezes no circuito de purificação anterior ao leito de permuta iónica final. O carvão activado recolhe os contaminantes da água através de forças iónicas, polares e de Van der Waals e por atracção tensoactiva. Os leitos de carvão activado têm tendência para libertar componentes finos e solúveis na corrente da água e a não remover todos os contaminantes orgânicos dissolvidos, Factos puros filtros microporosos Vantagens: Os filtros de tela funcionam como filtros absolutos que retêm e removem todas as partículas e microrganismos com maior dimensão do que os poros Funcionam eficazmente, a não ser que estejam danificados De fácil manutenção, por ex., só necessitam de ser substituídos Restrições: Ficam bloqueados quando a superfície está coberta de contaminantes, pelo que devem ser utilizados no último passo da purificação, como garantia Não removem substâncias orgânicas, inorgânicas ou pirogénios dissolvidos Não podem ser regenerado mas a sua utilização pode produzir uma redução significativa de TOC. Por vezes, é utilizada para esta aplicação uma forma mais pura de carvão activado feita de grânulos de polímeros. Microfiltros Os microfiltros constituem uma barreira física à passagem de partículas e de microrganismos em sistemas de água purificados. Os filtros de tela, caracterizados pela dimensão absoluta das partículas, possuem estruturas moleculares uniformes que, tal como um crivo, retêm todas as partículas maiores do que a dimensão controlada do poro da sua superfície. Microfiltros (0,05 a 0,22 μm) são tipicamente utilizados o mais próximo possível do ponto de uso, para capturar microrganismos, e partículas finas. As partículas capturadas, incluindo microrganismos ou os seus produtos metabólicos, e matéria solúvel, podem ser removidos dos filtros, sendo necessária uma manutenção adequada (desinfecção regular e substituição periódica) para manter níveis de desempenho estimados. Os filtros instalados recentemente necessitam, geralmente, de enxaguamento antes da remoção de contaminantes extraíveis. Uma membrana de filtro microporoso é geralmente considerada indispensável num sistema de purificação de água, excepto se for substituída por um ultrafiltro. Pós UF 3 <0,001 <0,01 Pós UF 4 <0,001 <0,01 Pós UF 5 <0,001 <0,01 Redução log 10 >6 >9 Ultrafiltração (UF) A ultrafiltração (UF) é uma tecnologia que utiliza membranas e que remove partículas tão pequenas como macromoléculas de proteínas. Os poros vão tipicamente de 1 a 10 nm e são frequentemente utilizadas membranas sob a forma de fibras ocas para permitir taxas de fluxo mais elevadas. Caracterizam-se pela eficácia com que reduzem a concentração de contaminantes relevantes para níveis aceitáveis. Os ultrafiltros são normalmente instalados perto da saída de um sistema de purificação de água para reduzir a concentração de microrganismos e grandes moléculas orgânicas, incluindo nucleases e endotoxinas. Os ultrafiltros (UF) devem ser regularmente sanitizados e/ou substituídos para manterem a sua eficácia. Os ultrafiltros (UF) podem ser instalados de uma forma tradicional, em que todo o fluxo de água é direccionado através da membrana, ou sob a forma de "fluxo cruzado" (fluxo tangencial), em que uma porção da água de entrada corre ao longo da superfície da membrana para reduzir a incrustação através do enxaguamento dos contaminantes. Os ultrafiltros (UF) constituem uma excelente tecnologia para garantir uma qualidade consistente da água ultrapura em relação às partículas, bactérias e pirogénios. Factos puros ultrafiltros Vantagens: Remove eficazmente a maioria dos colóides, partículas de microrganismos e endotoxinas acima das dimensões de taxa, mantendo-os acima da superfície do ultrafiltro Funcionamento eficaz a não ser que esteja danificado O período de vida pode ser prolongado por uma lavagem de água a alta pressão Restrições: Não remover substâncias orgânicas ou inorgânicas dissolvidas Pode bloquear se apresentar um nível elevado de contaminantes de forte peso molecular 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:23

28 Métodos de purificação de água Perspectiva geral da purificação de água Tecnologias utilizadas para controlar microrganismos Filtro microporoso Ultrafiltro Osmose inversa Permuta iónica Carvão activado Luz ultravioleta Microrganismos * 3* 333 Filtros de ventilação Os filtros microporosos hidrofóbicos são, muitas vezes, colocados em reservatórios de armazenamento de água, como os filtros de ar, para prevenir que partículas, incluindo bactérias, penetrem na água armazenada. Ao combinar meios de absorção com meios de filtragem, os filtros de ar em compósito (CVF) também poderão minimizar o CO 2 e a contaminação orgânica de água armazenada. A substituição regular é essencial para manter a eficácia. Saída Relativa ou Eficácia Linhas de saída de 185 nm Lâmpada germicida Saída a 253,7 nm Membranas de desgaseificação (ou extracção do ar) Um dispositivo de contacto utiliza um filtro de membrana hidrofóbica para remover gases (por exemplo, CO 2, O 2 ) da água. A corrente da água passa por um dos lados da membrana e um gás de lavagem ou vácuo remove os gases do outro lado da membrana. A taxa de remoção de uma espécie depende da permeabilidade da membrana, da área de contacto, do tempo de contacto e da diferença na pressão parcial ao longo da membrana. Eficácia germicida Curva com pico a 265 nm Outra Lâmpada germicida Linhas de saída Endotoxinas * 3* 3 Legenda 333 Remoção excelente 33 Remoção boa 3 Remoção parcial * Elevada eficácia inicial Luz Ultravioleta (UV) A luz ultravioleta é amplamente utilizada como um bactericida, para decompor e foto-oxidar contaminantes orgânicos em espécies polares ou ionizadas para remoção subsequente por permuta iónica. As fontes de UV nos sistemas de purificação de água de laboratório traduzem-se em lâmpadas de mercúrio de baixa pressão que produzem radiação com um comprimento de onda de 254 nm. Isto apresenta a maior acção bactericida, uma vez que danifica a polimerase do ADN e ARN a baixas doses prevenindo, desta forma, a replicação, enquanto doses mais elevadas são biocidas. As câmaras e as lâmpadas de UV necessitam de ser concebidas de forma a fornecer uma dosagem suficiente de UV para evitar a produção de microrganismos vivos mas inactivos. A radiação de comprimentos de ondas mais curtos (185 nm) é mais eficaz para a oxidação de componentes orgânicos, já que decompõe grandes moléculas orgânicas em componentes ionizados mais pequenos, que podem ser removidos por um leito de resinas de permuta iónica de elevada pureza a jusante. A remoção prévia de iões orgânicos, por permuta iónica inicial, optimiza a eficácia deste tratamento. A radiação de UV a 185 nm é um oxidante altamente eficaz e um componente fundamental na produção de água ultrapura com os níveis mais baixos de contaminantes orgânicos. Factos puros luz UV Vantagens: Oxidação de compostos orgânicos (185 nm e 254 nm) para alcançar os níveis de TOC < 5 ppb Tratamento bactericida eficaz Restrições: A foto-oxidação de orgânicos é um passo no polimento que apenas consegue diminuir os níveis de TOC numa quantidade restrita. Sem influência em iões, partículas ou colóides A resistividade da água diminui como resultado da libertação de CO 2 pela foto-oxidação, uma vez que produz H 2 CO 3 (H +, HCO 3- ) Comprimento de onda em Nanómetros (nm) 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:24

29 Métodos de purificação de água Perspectiva geral da purificação de água Design do sistema Foram descritas nesta secção diferentes tecnologias de purificação da água; cada uma delas apresenta as suas vantagens e restrições. Algumas são capazes de remover grandes fracções de diversas impurezas, enquanto outras são excelentes na remoção de um contaminante específico até níveis extremamente baixos. Assim, para remover todos os contaminantes de forma a produzir o nível desejado de purificação de água para uma aplicação em particular, é necessário utilizar uma combinação de tecnologias. A água é, em seguida, tratada por uma ou mais técnicas, dependendo da pureza exigida - permuta iónica e/ou EDI para remover iões, carvão activo ou outros absorventes para remover compostos orgânicos, luz ultravioleta para destruir bactérias e/ou para oxidar compostos orgânicos residuais, microfiltração para remover partículas e bactérias e ultrafiltração para remover endotoxinas, protéases e nucleases. Todas ou algumas destas etapas podem ser combinadas na mesma unidade como a osmose inversa, ou separadamente, num "polidor". TRATAMENTO PRIMÁRIO RESERVATÓRIO POLIDOR Pré-filtragem Carvão Activado Osmose Inversa Permuta iónica EDI Armazenamento de água protegido (Recirculação) Permuta iónica EDI Adsorção de carvão Foto-oxidação Filtragem Recirculação Cada sistema necessitará de algum pré-tratamento baseado na água de alimentação para remover partículas, cloro ou cloraminas e, possivelmente, cálcio e magnésio. A este pré-tratamento segue-se, de preferência, a osmose inversa para remover virtualmente todos os colóides, partículas e compostos orgânicos de elevado peso molecular e mais de 90% dos iões. A água de grau primário resultante, que é produzida de uma forma relativamente lenta e armazenada num reservatório, irá possuir algum nível de compostos orgânicos, iões, bactérias e detritos de células, dióxido de carbono e oxigénio dissolvido. Estas etapas podem ocorrer em unidades separadas a nível local ou num sistema mais amplo, com um circuito de fornecimento de água para um único laboratório ou para um edifício inteiro _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:26

30 Métodos de purificação de água Perspectiva geral da purificação de água Eficácia da recirculação e repurificação da água em contaminação bacteriana Tanque Estático Circuito de Recirculação 1000 Contagem Total Viável (CFU/ml) Água de alimentação Pós-filtro de carvão Pós Osmose Inversa Pós UV Condutividade (µs/cm) 50 a a a 30 1 a 30 0,055 Pós permuta iónica Cálcio (mg/l) 20 a a 150 0,4 a 5 0,4 a 5 <0,0001 Sódio (mg/l) 20 a a a 10 1 a 10 <0,0001 0,1 21 Fev 05 Mar 12 Mar 19 Mar 23 Mar 28 Mar 02 Abr 09 Abr 17 Abr 30 Abr 04 Mai 11 Mai 18 Mai 24 Mai 01 Jun 20 Jun 02 Ago Ferro (mg/l) 0,01 a 0,1 0,01 a 0,1 <0,01 <0,01 <0,0001 Bicarbonato (mg/l) 30 a a a 10 1 a 10 <0,0001 Data Cloreto (mg/l) 10 a a 150 0,5 a 5 0,5 a 5 <0,0001 Sulfato (mg/l) 1 a a 100 0,1 a 5 0,1 a 5 <0,0001 TOC (mg/l) 0,2 a 5 0,1 a 2 0,05 a 0,2 <0,05 <0,01 1 Sistema de gestão controlado por microprocessador e monitor de pureza de água Cloro total (mg/l) 0,1 a 1 <0,1 <0,05 <0,05 <0,05 Bactérias (CFU/ml) 10 a a a 10 <1 <1 Endotoxinas (UE/ml) 1 a a 100 <1 <1 <0,1 Turvação 0,1 a 2 0,1 a 1 <0,01 <0,01 <0,01 2 Filtro de carvão activado 2 3 Módulo de foto-oxidação UV Recirculação de água através 3 7 do reservatório acoplado para armazenar e manter a qualidade da água 5 Cartucho de purificação permuta iónica + meios de absorção Membrana de osmose inversa Ponto de água purificada - 18,2 MW-cm Filtro de ar em compósito, que impede a entrada de impurezas tranportadas pelo ar O armazenamento e a distribuição são potenciais fontes de contaminação, principalmente de bactérias. Uma boa concepção e uma manutenção adequada são necessárias para minimizar estes problemas. Os materiais escolhidos para a construção também são muito importantes e deve evitar-se os metais, excepto o aço inoxidável. Estão disponíveis muitos plásticos de elevada pureza mas é necessário ter cuidado, de forma a evitar aqueles com material de enchimento e aditivos que possam ser arrastados e assim contaminar a água. Os reservatórios devem ser protegidos da entrada de contaminantes com filtros de ar em material adequados, devendo ser efectuada uma recirculação frequente da água purificada, de forma contínua ou intermitente, através de algumas das tecnologias de purificação com vista a manter a pureza _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:27

31 Monitorização manter a pureza da água purificada Monitorização da pureza da água Dicas e Sugestões O armazenamento de água purificada, não recirculada, deverá manter-se num valor mínimo absoluto de forma a limitar a deterioração da qualidade e o crescimento bacteriano Perspectiva geral da purificação de água Condutividade/ resistividade eléctrica para detecção de iões A condutividade e a resistividade eléctrica medem a capacidade de um fluido conduzir corrente eléctrica. A condutividade é o inverso da resistividade, por ex., condutividade = 1/resistividade. O conteúdo iónico de água purificada é fornecido pela medição da condutividade electrolítica, k, e do seu inverso, resistividade, r. k=f.σ ci zi ui r = 1/k Baixa condutividade = alta resistividade Na prática, as unidades de condutividade são tipicamente utilizadas quando se referem a água, variando da água não tratada à água potável e de grau primário, enquanto que as unidades de resistividade são utilizadas para água ultrapura como água desionizada ou água de osmose inversa. A unidade de condutividade é Siemen (S/cm) e a unidade de resistividade é Ohms (Ω-cm). Um Meg-ohm (MΩ-cm) = Ohms. Uma vez que a condutividade e resistividade se referem a uma área em que a corrente é medida, por ex., comprimento/área, é normal que as unidades sejam expressas em MΩ-cm ou µs/cm. Não é possível monitorizar todas as potenciais impurezas na água purificada. Os sais inorgânicos e os componentes orgânicos diluídos são os principais contaminantes que afectam a maioria das aplicações laboratoriais sendo, por isso, importante que sejam monitorizados online em sistemas de água para laboratório. A resistividade e o TOC constituem as principais técnicas rápidas on-line. Condutividade Resistividade 0,01 µs 100 MΩ 0,055 µs 18,0 MΩ 0,1 µs 10 MΩ A condutividade, k, representa a contribuição de todos os iões individuais na água fornecendo, deste modo, uma importante indicação não específica da presença de iões na água purificada. Estão incluídos todos os iões das impurezas e os iões de hidrogénio e hidróxido, resultantes da dissociação natural da água. São estes hidrogénios e iões de hidróxilo os responsáveis para que a água totalmente pura apresente uma condutividade de 0,055 μs/cm a 25 C Controlo de impurezas Impureza Iões Componentes orgânicos Partículas Bactérias Endotoxinas Espécies bioactivas Método de controlo Utilização de OI, permuta iónica, EDI, monitor de resistividade on-line Utilização de OI, carvão, foto-oxidação UV, monitor TOC em linha Utilização de filtros absolutos. Ensaios ocasionais on-line, se necessário Utilização de microfiltros, UV e sanitização. Ensaios off-line Utilização de ultrafiltros, foto-oxidação UV. Ensaios off-line Utilização de ultrafiltros, foto-oxidação UV. Ensaios off-line (uma resistividade de 18,2 MΩ-cm). Para um sal fortemente ionizado, o valor de k é aproximadamente proporcional à concentração salina em solução e às deslocações dos seus iões, que são expressos como u + (catião) e u - (anião). Os valores de u + e u - também dependem bastante da viscosidade da solução e, consequentemente, da temperatura da água, t. Para muitos iões, o coeficiente de temperatura relativa de u é de cerca de 2%/ C. Além disso, o valor do equilíbrio constante para a dissociação da água, Kw, está também dependente da temperatura, pelo que a condutividade da água pura pode chegar até aos 6%/ C. A prática corrente é a de automaticamente corrigir todos os valores de condutividade e resistividade para 25 C. A resistividade e a condutividade são fáceis e rápidas de medir utilizando uma sonda de condutividade em linha (sensor) com cabo e um medidor, ou visor, com electrónica associada, frequentemente fornecido com compensação de temperatura. O medidor mede a resistência, R, entre os eléctrodos sensíveis da célula de condutividade. Valores de condutividade inferiores a 2 μs/cm devem ser medidos em linha uma vez que a água de elevada pureza absorve rapidamente contaminantes que estejam próximos, particularmente o dióxido de carbono, causando o aumento da condutividade. Apesar de a resistividade fornecer uma excelente indicação da qualidade iónica da água de elevada pureza, não consegue indicar Valores típicos de condutividade 1mg/l NaCl 2,2 µs/cm 10mg/l NaCl 22,0 100mg/l NaCl 220,0 1mg/l HCl 8,0 10mg/l CO 2 4,0 a presença ou concentração de espécies químicas não ionizadas, nem é sensível às concentrações sub-ppb de iões devido ao equilíbrio com os iões de hidrogénio e de hidróxilo da água. Quando tais níveis são importantes, os contaminantes individuais poderão necessitar de ser medidos utilizando técnicas analíticas como a espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado, a cromatografia iónica e a câmara de grafite AAS. Variações de resistividade com temperatura Temperatura ( c) Resistividade de água pura (MΩ-cm) 0 86,19 28, ,48 22, ,43 18, ,87 14, ,85 12, ,18 10, ,09 8, ,09 6, ,85 5, ,15 4, ,85 4,15 Resistividade de 21,1 µg/l NaCl em água (MΩ cm) Gases Desgaseificação no ponto de uso. Ensaios ocasionais on-line, se necessário 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:27

32 Dicas e Sugestões É essencial efectuar desinfecções regulares para evitar a acumulação de biofilme. As pastilhas de libertação de cloro, ácido peracético ou peróxido de hidrogénio são consideradas agentes sanitizantes apropriados. Monitorização da pureza da água Perspectiva geral da purificação de água Valores típicos de TOC (ppb) Água da rede pública * Permeado de OI Água no IDL ** OI + DI Polido 3-5 Polido com 185 nm UV <2 *(Tipicamente entre ) **Pode aumentar consoante a exaustão do cilindro devido à eluição de espécies orgânicas de fraca ligação, tais como componentes orgânicos. Dicas e Sugestões Para garantir um funcionamento eficiente dos monitores de resistividade, um técnico qualificado deverá limpar os eléctrodos da célula em linha e recalibrá-los periodicamente. ph 9 8 7,6 7 6,6 6 5 Carbono Orgânico Total (TOC) para detecção de componentes orgânicos A grande variedade e complexidade de compostos orgânicos na água purificada torna impossível a sua medição de uma forma rotineira, pelo que é utilizado um indicador de contaminação orgânica geral. O TOC mostrou ser o mais prático, pois para a sua determinação são oxida das as substâncias orgânicas em amostras de água e medidos os produtos de oxidação resultantes. Existe uma vasta gama de análises de TOC que pode ser dividida entre as que oxidam todo o carbono em dióxido de carbono e medem a selectividade de CO 2 e as que oxidam parcialmente os compostos orgânicos em, por exemplo, ácidos, ou oxidam totalmente todas as espécies presentes e medem a alteração da condutividade devido a todas as espécies oxidadas. As primeiras são, normalmente, utilizadas off-line para mostrar o cumprimento com as especificações TOC, enquanto que as últimas são utilizadas para monitorização on-line e incluirão, por exemplo, contribuições de ácidos nítricos e sulfúricos de átomos N e S. A função principal do TOC é monitorizar e verificar tendências. Na maior parte das águas, o TOC não pode ser directamente relacionado com a concentração de moléculas orgânicas, uma vez que a quantidade de carbono diferem em moléculas diferentes. Dicas e Sugestões Efectue a drenagem de, no mínimo, 5 litros de água purificada após um período de inactividade, por ex., após o fim-desemana, especialmente ao utilizar água em aplicações críticas ph A medição do ph não é recomendável para a água pura. A água de elevada pureza atrai rapidamente contaminantes que afectam o seu ph, possuindo igualmente uma condutância baixa, causando instabilidade em quase todos os medidores do ph. Uma vez que a concentração de iões de hidrogénio na água afecta o ph e a resistividade, o ph deve manter-se dentro de certos limites para uma determinada leitura de resistividade. Por exemplo, se a resistividade for de 10 MΩ-cm, o ph deve manter-se entre 6,6 e 7,6. Resistividade (Mohm-cm) 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:27

33 Dicas e Sugestões Para prevenir o crescimento de algas, evite utilizar reservatórios e tubagens transparentes e evite instalar recipientes de armazenamento perto da luz directa ou fontes de calor. Dicas e Sugestões Substitua regularmente os cartuchos de permuta iónica, normalmente a cada seis meses, para minimizar a acumulação de contaminação bacteriana. Dicas e Sugestões Para prolongar a vida de uma membrana de osmose inversa, certifique-se de que esta é regularmente lavada e limpa. O processo de lavagem remove os componentes de partículas ou depósitos sólidos da superfície da membrana. Monitorização da pureza da água Perspectiva geral da purificação de água Monitorização de espécies biologicamente activas Para monitorizar espécies biologicamente activas, as amostras de água purificada são filtradas através de um filtro estéril de membrana de 0,22 µm. As bactérias presentes na amostra são retidas no filtro, que é depois colocado na superfície de um meio baixo em nutrientes e incubado. Os nutrientes dos meios espalham-se pelo filtro permitindo o crescimento de colónias que são, tipicamente, contadas ao fim de 3 a 5 dias. Uma vez que esta técnica de "contagem de placas" passa por um longo atraso inerente antes de se poder chegar aos resultados, é essencial utilizar contagens bacterianas regulares para monitorizar o historial de aceitação de bactérias a longo prazo. Tal será conseguido utilizando a epifluorescência microscópica de uma amostra filtrada com coloração e utilizada para rapidamente detectar e fazer a distinção entre microrganismos vivos e mortos, sendo útil quando for indicada uma acção correctiva rápida. É provável que as contagens de epifluorescência difiram das contagens obtidas pela contagem de placas, uma vez que os microrganismos que crescem em sistemas de purificação de água para laboratório crescem rapidamente, ou em poço, meios de placa. As endotoxinas são lipopolissacarídeos presentes na célula de bactérias gram-negativas. Produzem efeitos adversos em muitos procedimentos biológicos moleculares e uma resposta tóxica quando injectadas em humanos. Os ensaios padrão baseados na actividade do Lisado de Amebócitos de Limulus são utilizados para medir os níveis de endotoxinas. De uma forma semelhante, outras espécies biologicamente activas como de ARN, D e protéases podem interferir severamente em muitas técnicas biológicas moleculares. Vários ensaios específicos, muitas das vezes sob a forma de kit, estão disponíveis para detectar estas espécies off-line. Dicas e Sugestões Utilize aparelhos ultralimpos (de vidro ou plástico) para o trabalho que envolva água de elevada pureza. Para técnicas de análise sensíveis, os contentores de amostras devem ser embebidos em água ultrapura antes da utilização. Recomenda-se a utilização de recipientes de vidro quando a qualidade orgânica for importante; estes podem necessitar de preparação especial. Terão quer ser estabelecidos procedimentos relativos à manutenção e/ou substituição dos componentes do sistema de purificação da água, para garantir que a água produzida se adequa- sempre às especificações. A monitorização de parâmetros que medem as especificações do produto da água tornam possível a antecipação de alguma intrevenção. A frequência das actividades de manutenção deverá seguir, no mínimo, as recomendações do fabricante. A sanitização do sistema de purificação de água e do sistema de distribuição é importante para garantir o controlo da contaminação microbiana em relação às especificações. A frequência da sanitização deve ser adequada para manter as especificações de pureza e é estabelecida com base na utilização do sistema, dados regulares de controlo de tendência, assim como as recomendações do fabricante quanto ao sistema. As soluções de cloro, ácido paracético e peróxido de hidrogénio são frequentemente utilizadas como sanitizantes. Dicas e Sugestões A pureza microbiológica da água num sistema de tratamento de água só pode ser mantida fazendo-a recircular pelos diversos processos de purificação através do reservatório de armazenamento. O reservatório de armazenamento deve estar vedado e equipado com um filtro de ar bacteriano ou filtro de abertura em compósito para evitar a contaminação aérea _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:28

34 Normas de água purificada As normas definem laboratórios e graus de água diferentes, tanto por motivos técnicos como económicos. Estas normas existem para garantir que a qualidade de água correcta está a ser utilizada para uma aplicação específica, minimizando os custos operacionais do laboratório. Geralmente, quanto mais puro for o grau de água necessário, mais dispendiosa será a sua produção. A ELGA faz a distinção entre quatro graus gerais de água para laboratório purificada: Grau primário A água de grau primário apresenta o nível de pureza mais baixo e tem normalmente uma condutividade de 1-50 μs/cm. Pode ser produzida por resinas de permuta iónica (aniónica fraca), osmose inversa ou destilação única. Os aniões com carga fraca, como o dióxido de carbono e a sílica, poderão não ter sido removidos, estando, portanto, presentes neste grau de água. As aplicações típicas para a água de grau primário incluem o lavagem de vidraria, a alimentação de máquinas de lavar e humidificadores. Desionizada A água desionizada apresenta tipicamente uma condutividade de 1,0 a 0,1 μs/cm (uma resistividade de 1,0 a 10,0 MΩ-cm) e é produzida por permuta iónica de leito misto (resina aniónica forte). Poderá ter um nível relativamente elevado e variável de contaminação bacteriana e orgânica. É utilizada para uma diversidade de fins, incluindo o lavagens, a preparação de padrões e reagentes analíticos de utilização geral e a diluição de amostras. Laboratório geral A água de grau para laboratório geral não tem apenas uma elevada pureza em termos iónicos, mas também baixos níveis de compostos orgânicos e microrganismos. Uma especificação típica seria uma condutividade <1,0 μs/cm (uma resistividade >1,0 MΩ-cm), um teor de carbono orgânico total (TOC) < 50 ppb e uma contagem bacteriana inferior a 1 CFU/ml. A água desta qualidade pode ser usada numa multiplicidade de aplicações que vão desde a preparação de reagentes e soluções tampão até à preparação de meios nutrientes para cultura de células bacterianas e estudos microbiológicos. A água de grau para laboratório pode ser produzida por destilação dupla ou por sistemas de purificação de água que incorporem osmose inversa e permuta iónica ou EDI e possivelmente com absorção e tratamento UV. Ultrapuro A água de grau ultrapuro aproxima-se de graus teoréticos de pureza em termos de resistividade, teor orgânico, contagens de partículas e de bactérias. Este nível de pureza é obtido através do polimento da água que foi pré-purificada por permuta iónica, osmose inversa ou destilação. Tipicamente, a água ultrapura tem uma resistividade de 18,2 MΩ-cm, TOC <10 ppb C, filtração de 0,1 μm ou inferior de partículas e contagens bacterianas inferiores a 1 CFU/ml. A água de grau ultrapuro é necessária para diversas técnicas analíticas sensíveis tais como a cromatografia líquida de alta pressão (HPLC), a cromatografia iónica (IC) e a espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICPMS). A água apirogénica ultrapura é usada em aplicações como a cultura de células de mamíferos. A ultrafiltração é utilizada para remover quaisquer níveis significativos de espécies biologicamente activas, como endotoxinas (tipicamente <0,005 UE/ml), nucleases e protéases (não detectáveis). Normas internacionais Uma vez que a água purificada é necessária em todas as indústrias e organizações de base científica, as autoridades de normas nacionais e internacionais decidiram estabelecer normas de qualidade da água para várias aplicações. As normas mais relevantes para o mercado de análises clínicas são as do Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI), antigo NCCLS (National Committee for Clinical Laboratory Standards). As normas relevantes são: Normas de água purificada Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI) antigo NCCLS The International Organization for Standardization (ISO) The American society for Testing and Material (ASTM) A Farmacopeia, incluindo USP, EP e JP Para casos em que as aplicações são ainda mais exigentes do que aquelas já estabelecidas, a ELGA irá colaborar com a empresa ou a organização para especificar o nível e métodos correctos de purificação. As normas nesta secção estão correctas e podem ser impressas, no entanto, não estão integralmente citadas, e como são regularmente revistas e actualizadas, os utilizadores deverão consultar a versão mais recente das normas completas Perspectiva geral da purificação de água 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:29

35 Água Reagente para Laboratório Clínico (CLRW) Normas de água purificada Perspectiva geral da purificação de água Clinical Laboratory Standards Institute (CLSI) "Preparation and testing of reagent water in the clinical laboratory" 3ª Edição (1997) Alterada em 2006 As principais directrizes sobre água purificada do CLSI designavam três tipos principais de água (Tipo I, II e III), sendo o Tipo I o mais relevante para laboratórios clínicos e alimentações de instrumentos automatizados. Clinical Laboratory Standards Institute (CLSI) "Preparation and testing of reagent water in the clinical laboratory" 4ª Edição (2006) Com o objectivo de incentivar os utilizadores a compreenderem os aspectos importantes relativos à escolha de sistemas de purificação de água, o CLSI adoptou uma abordagem diferente no manual revisto. Passou das designações de Tipo I, II e III para a importância da garantia de que a água seja adequada para a sua utilização. A compatibilidade da água do produto em relação à especificação de uma aplicação terá de ser confirmada para cada procedimento laboratorial em será utilizada. O sistema que produz água purificada também deverá corresponder à especificação exigida pelo utilizador. Será necessário efectuar uma monitorização regular, verificar a tendência e documentar parâmetros apropriados para confirmar se os sistemas e tecnologias de purificação da água estão a funcionar eficazmente. Terão que ser estabelecidos procedimentos relativos à manutenção do sistema, de forma a manter o sistema em conformidade com as especificações de pureza da água. Apenas o grau de Água Reagente para Laboratório Clínico (CLRW) é definido em detalhe. Pode ser utilizado para substituir o Tipo de água ou Tipo II do anterior manual. Os outros graus, abaixo mencionados, são descritos em relação à sua aplicação e detalhes de definição pelo utilizador: Água de grau de reagente especial (SRW) Água de alimentação para instrumentos Água fornecida para utilização como diluente ou reagente Água engarrafada pré-embalada Aplicações em autoclave e água de lavagem Tipo I Tipo II Tipo III Máx. bactérias (CFU/ml) NE ph NE NE 5,0-8,0 Mín. resistividade 25 C) ,1 Máx. SiO 2 mg/l 0,05 0,1 1 Componentes de Partículas Filtro de 0,2 μm NE NE Contaminantes orgânicos Carvão activado, destilação ou osmose inversa NE NE A água reagente para laboratório clínico (CLRW) deverá ir de encontro às exigências da maioria dos ensaios de rotina de laboratórios clínicos. Os limites especificados para os parâmetros deverão ser determinados à saída do sistema de purificação para armazenamento ou utilização. As especificações têm por objectivo a monitorização de parâmetros críticos para garantir o fornecimeto de água purificada adequada aos procedimentos específicos de ensaios clínicos laboratoriais. É obrigatório que a água produzida cumpra as especificações para as impurezas, e que os parâmetros sejam monitorizados regularmente para verificar tendências, que poderão indicar deterioração no processo de purificação de água. As linhas de orientação do CLSI destacam um importante aspecto relativo às normas. Salientam o facto de que as normas prescritas só poderem ser indicadoras do que poderá ser considerado como grau aceitável de água pura. É da responsabilidade do fabricante analisador garantir que um grau ou especificação de água em particular é adequado para a aplicação química. Uma vez que a química, etc. pode ser alterada, ou novos parâmetros introduzidos, a única opção "segura" é fornecer água da melhor qualidade para todas as aplicações. Mesmo assim, para alguns químicos, as impurezas específicas têm que estar destacadas se for provado que afectaram os resultados. Água Reagente Especial (SRW) Necessária para ensaios laboratoriais clínicos especiais, a água reagente especial é água pura com especificações de pureza diferentes, normalmente, mais elevadas, da água reagente para laboratório clínico (CLRW). A especificação deverá incluir os mesmos parâmetros, tal como é necessário com os parâmetros adicionais de água reagente para laboratório clínico (CLRW). Poderá ser necessário que um laboratório possua o mesmo número de diferentes águas reagente especial (SRW). Na maioria dos casos, a água reagente especial (SRW) qualifica-se como adequada ao objectivo de uma aplicação pelo teste durante o desenvolvimento do ensaio, utilizando técnicas como resposta em branco de amostra, resposta em branco de reagente, acréscimos de normas e interferências no ensaio. Quando considerada qualificada, o laboratório terá que definir as especificações e validação do ensaio para garantir que a água corresponde aos requisitos do ensaio clínico especializado. As especificações comuns para uma água reagente especial (SRW) incluem: Análises de vestígios orgânicos que podem exigir um TOC mais baixo ou uma especificação de absorvância espectrofotométrica de UV Ensaios de ADN e ARN que exigem especificações típicas para níveis de actividade de protéases, ADN e ARN Análise de vestígios de metais que necessitam de uma resposta negaiva do branco para cada metal a ser medido Poderá ser necessária água com níveis baixos de endotoxinas (0,25 UE/ml ou inferior) para aplicações biológicas moleculares sensíveis, como cultura de células, ensaio de órgãos e detecção fluorescente de anticorpos de microrganismos Poderá ser necessária água com CO 2 baixo para preparar tampões padrão para a calibragem do ph 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:29

36 Normas de água purificada Perspectiva geral da purificação de água Água de alimentação para instrumentos A água de alimentação para analisadores automáticos foi concebida para funções internas de lavagem, diluição e banho. A utilização de água reagente para laboratório clínico (CLRW) para esta aplicação terá que ser confirmada com o fabricante do analisador específico e terá que ser utilizada a água com esta especificação. O CLSI (Clinical and Laboratory Standards Institute) salienta a importância de garantir que a água de laboratório é adequada para a sua utilização. A água terá de ser considerada adequada para cada procedimento laboratorial no qual será utilizada. O sistema que produz água purificada também terá de ser considerado adequado. Será necessário efectuar uma monitorização regular, verificar a tendência e documentar os parâmetros apropriados para confirmar se os sistemas e tecnologias de purificação da água estão a funcionar eficazmente. Terão que ser estabelecidos procedimentos relativos à manutenção do sistema. Apenas o grau de Água Reagente para Laboratório Clínico (CLRW) é definido em detalhe. Outros graus são descritos em relação à sua aplicação e definidos pelo utilizador em detalhe. Grau 2 Contaminantes inorgânicos, orgânicos ou coloidais muito baixos e adequados a determinações analíticas sensíveis, incluindo a espectrofotometria de absorção atómica (AAS) e a determinação de constituintes em quantidades detectáveis. Pode ser produzido por destilação múltipla, permuta iónica ou osmose inversa seguida de destilação. Grau 3 Adequado para grande parte do trabalho de laboratório químico por via húmida e preparação de soluções reagentes. Pode ser produzido por destilação única, permuta iónica ou osmose inversa. Deverá ser utilizado para trabalho analítico comum, excepto nos casos determinados em contrário. Parâmetro Grau 1 Grau 2 Grau 3 Gama do valor do ph a 25 ºC (inclusive) N/A N/A 5,0 a 7,5 Especificações para água reagente para laboratório clínico (CLRW) Impurezas Iónicas Resistividade de 10 MΩ-cm Impurezas Orgânicas TOC < 500 ppb Impurezas microbiológicas contagem total de heterotróficos em placa < 10 CFU/ml* Teor de Partículas Filtro em linha de 0,2 µm ou mais fino próximo do nível de saída *os ensaios de epifluorescência e endotoxinas são opcionais, fornecendo informações adicionais Condutividade eléctrica µs/cm 25 ºC, máx. Teor de oxigénio (O 2 ) de matéria oxidável mg/l, máx. Absorvância a 254 nm e 1cm de comprimento do trajecto óptico, unidades de absorvância, máx. Resíduo após evaporação com aquecimento a 110 ºC mg/kg, máx. 0,1 1,0 5,0 N/A 0,08 0,4 0,001 0,01 Não especificado N/A 1 2 Teor de sílica (O 2 ) mg/l, máx. 0,01 0,02 Não especificado Especificação da Organização Internacional de Normalização relativa à água para uso laboratorial ISO 3696: 1987 Esta norma abrange três graus de água conforme a seguir especificados: Grau 1 Essencialmente isenta de contaminantes iónicos e orgânicos dissolvidos ou coloidais. Adequada aos requisitos analíticos mais rigorosos, incluindo os requisitos de cromatografia líquida de alta pressão (HPLC). Deve ser produzida por tratamento adicional de água de grau 2, por exemplo, por osmose inversa ou permuta iónica, seguida de filtragem através de um filtro de membrana de 0,2 µm de para remoção de matéria de partículas ou bidestilação por um aparelho de sílica fundida _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:30

37 Normas de água purificada Perspectiva geral da purificação de água Especificação da Norma D para Água de Grau Reagente da Associação Americana para Ensaios e Materiais (ASTM) Esta especificação abrange os requisitos relativos à água adequada para a utilização em métodos de análise química e ensaio físico, sendo a selecção de um dos diversos graus determinada pelo método ou pelo investigador. Máx. condutividade eléctrica 25 ºC) Mín. resistividade eléctrica 25 ºC) Tipo I* Tipo II** Tipo III*** Tipo IV 0,056 1,0 0,25 5,0 18,0 1,0 4,0 0,2 25 ºC ,0-8,0 Máx. TOC (µg/l) Sem limite Máx. sódio (µg/l) Máx. sílica (µg/l) Sem limite Máx. cloreto (µg/l) Legenda: *Requer o uso de um filtro com membrana de 0,2 µm **Preparado por destilação ***Requer o uso de um filtro com membrana de 0,45 µm Quando houver necessidade de controlar os níveis bacterianos, os tipos de grau reagente devem ser ainda classificados como: Contagem máx. bacteriana total CFU/100 ml Tipo A Tipo B Tipo C Máx. endotoxinas UE/ml 0,03 0,25 - Normas farmacopeias Determinadas autoridades elaboram farmacopeias distintas, nomeadamente nos EUA, Europa e Japão. Cada uma especifica materiais, incluindo água, a serem utilizados no trabalho médico. O nível de pureza geral da água especificado é semelhante em cada caso, mas difere em detalhe. São estabelecidos critérios extra quanto à água a ser utilizada em aplicações estéreis. As normas relativas à água purificada na Farmacopeia Europeia (EP) e na Farmacopeia Norte-Americana (USP) são resumidas abaixo. A água para injecção em humanos ou noutros animais possui exigentes critérios bacterianos/pirogénicos e são especificados os métodos de preparação. Requisitos de farmacopeia para "água purificada" Propriedades EP USP Condutividade <4,3 µs/cm a 20 C <1,3 µs/cm a 25 C TOC <500 µg/l C <500 µg/l C Bactérias (directriz) <100 CFU/ml <100 CFU/ml Nitratos ppm - Metais pesados <0,1 ppm - Norma Europeia EN285 A norma europeia EN285:2006+A1:2008 especifica os requisitos e os ensaios relevantes para os grandes esterilizadores a vapor tendo um volume de câmara de pelo menos 60 L. Estes são primeiramente utilizados em serviços de saúde para a esterilização de aparelhos médicos e dos seus acessórios e também durante a produção comercial de aparelhos médicos. Sugere os valores máximos para contaminantes na alimentação de água dessas unidades. Valores mínimos sugeridos para contaminantes na alimentação de grandes esterilizadores a vapor(en285) Água de alimentação Resíduos na evaporação Silicato (SiO 2 ) Ferro Cádmio Chumbo Restantes metais pesados excepto ferro, cádmio e chumbo Cloreto (Cl) Fosfato (P 2 O 5 ) Condutividade (a 25 C) < 10 mg/l < 1 mg/l < 0,2 mg/l < 0,005 mg/l < 0,05 mg/l < 0,1 mg/l < 2 mg/l < 0,5 mg/l < 5 µs/cm valor do ph (grau de acidez) 5 a 7,5 Aspecto Dureza ( iões alcalino-terrosos) Límpido incolor sem sedimentos < 0,02 mmol/l NOTA: A conformidade deverá ser testada de acordo com métodos analíticos reconhecidos: 90390_Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:30

38 73-74 Glossário Glossário Absorção Um processo através do qual uma substância é química ou fisicamente recolhida em volume por um material (absorvente) e mantida em poros ou interstícios no interior. Adsorção Aderência de moléculas, átomos e espécies ionizadas de gás ou líquido na superfície de outra substância (sólida ou líquida), como resultado de uma variedade de atracções diluídas. Água de alimentação A água introduzida num processo de purificação. Azeótropo Uma mistura de dois ou mais componentes com composições de fase de vapor em equilíbrio e fase líquida idênticas a uma determinada temperatura e pressão. Bactericida Um agente químico ou físico que destrói bactérias. Biocida Um agente químico ou físico que destrói microrganismos. Biofilme Uma camada de microrganismos inseridos numa matriz polissacarídea de glicoproteína, que aderem entre si e/ou a superfícies. Carbono Orgânico Total (TOC) Concentração total de carvão presente em compostos orgânicos. Cartucho Um recipiente descartável pré-embalado para alojar uma resina, meios ou membrana de purificação de água. Carvão Activado Uma forma de carvão altamente poroso utilizada para adsorção de componentes orgânicos e remoção de cloro e cloramina. Célula em Linha Um conjunto de eléctrodos inserido numa corrente de água através da qual se mede a condutividade ou resistividade. CFU/ml Unidades Formadoras de Colónias por mililitro. Uma medida de populações microbianas viáveis. Colóide Uma dispersão estável de partículas finas na água com uma dimensão típica inferior a 0,1 μm. São comuns na água natural e potável colóides que contêm ferro, alumínio, sílica e componentes orgânicos. Componente Finos partículas libertadas de um leito de material, como resinas de permuta iónica. Componentes Finos de Carvão Partículas de carvão muito pequenas que podem separar-se de um leito de carvão activado. Concentrado O líquido que contém matéria dissolvida e em suspensão que se concentra no lado de entrada de uma membrana e que sai no escoadouro. Condensador A etapa de um sistema de destilação que remove calor suficiente de um líquido vaporizado fazendo com que o vapor passe para uma fase líquida. Condutividade A condutividade é o inverso da resistividade. Relativamente aos sistemas de purificação de água, a condutividade é, normalmente, expressa em microsiemens por centímetro (μs/cm) a 25 C. Descalcificação Um processo de tratamento da água através do qual os catiões, nomeadamente os iões de cálcio e magnésio de formação de dureza, são permutados por sódio utilizando resinas de permuta catiónica sob a forma de sódio. Desgaseificação A remoção de O 2 e CO 2 da água, geralmente pela transferência através de uma membrana hidrofóbica. O CO 2 é removido para aumentar a capacidade de permuta iónica a jusante. Desionização (DI) Remoção de iões da água. Geralmente utilizada com referência à permuta iónica ver Permuta Iónica. Destilação Um processo de purificação que tira partido da mudança de fase de uma substância de líquido para vapor e novamente para líquido, normalmente à temperatura de ebulição da substância, de forma a separá-la de outras substâncias com pontos de ebulição mais ou menos elevados. Dureza A qualidade de formação de incrustações e inibição de espuma de alguns abastecimentos de água, causada por elevadas concentrações de cálcio e magnésio. A dureza temporária, causada pela presença de bicarbonato de cálcio ou magnésio, assim denominada, porque pode ser eliminada através da ebulição da água, convertendo os bicarbonatos em carbonatos insolúveis. Os sulfatos e cloretos de cálcio e de magnésio causam dureza permanente. Electrodesionização (EDI) Tecnologia que combina resinas de permuta iónica e membranas selectivas iónicas com corrente directa para remover espécies ionizadas com impurezas da água. Em linha Sistemas de monitorização na água, referentes a aparelhos de medição que estão directamente ligados à corrente da água. Endotoxinas Um componente lipopolissacarídeo termicamente estável da parede celular de microrganismos gram-negativos viáveis ou não viáveis. Podem funcionar como pirogénios. Epifluorescência Método de fluorescência microscópica que pode ser utilizado para detectar bactérias após filtragem e coloração. Esterilização Destruição ou remoção de todos os microrganismos vivos. Filtração Um processo de purificação através do qual a passagem de fluidos por um material poroso resulta na remoção de impurezas. Foto-oxidação Ver Oxidação (Fotoquímica) Ultravioleta. Gram-negativo refere-se às bactérias que não absorvem uma coloração violeta originalmente descrita por Gram _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:31

39 75-76 Glossário Ião Qualquer partícula não agregada de dimensões inferiores às de um colóide que possua uma carga eléctrica positiva ou negativa. Índice de Colmatação também designado Índice de Sujidade (IS) é um teste utilizado para calcular o potencial da água para bloquear filtros, a partir da taxa de bloqueio de um filtro de 0,45 μm, sob condições padrão. Índice de Sujidade Ver Índice de Colmatação. Microrganismo Qualquer organismo demasiado pequeno para ser visto a olho nu, tal como bactérias, vírus, bolores, leveduras, protozoários e alguns fungos e algas. Off-line Sistemas de monitorização na água, referentes a aparelhos de medição que não estão directamente ligados à corrente da água. Osmose Inversa (OI) Um processo pelo qual a água é forçada, sob pressão, a atravessar uma membrana semipermeável, deixando para trás impurezas orgânicas e iónicas dissolvidas e impurezas em suspensão. Oxidação (Fotoquímica) Ultravioleta Um processo que utiliza luz de comprimento de onda curto para separar ou oxidar moléculas orgânicas. Partículas Quantidades discretas de matéria sólida dispersa na água. Permeado A solução purificada produzida pela passagem através de uma membrana de osmose inversa semi-permeável. Permuta Iónica (PI) O processo de purificação de água que remove os sais ionizados da solução, substituindo impurezas catiónicas por iões de hidrogénio e impurezas aniónicas por iões de hidróxilo. ph A medida de acidez ou alcalinidade de uma solução igual a log [H + ]. Pirogénio Uma categoria de substâncias, incluindo endotoxinas bacterianas, que podem provocar febre quando injectadas ou em infusão. Plantónico Utilizado para descrever microrganismos aquáticos flutuantes. Polimento A(s) etapa(s) final(is) de tratamento de um sistema de purificação de água. Ponto de Uso Um ponto de distribuição de um sistema de purificação de água onde a água pode ser recolhida. PPB Partes por bilião; é uma unidade igual a um micrograma por quilo de água. Numericamente, ppb equivale a microgramas por litro em soluções aquosas diluídas. PPM Partes por milhão; é uma unidade igual a um miligrama por quilo de água. Numericamente, ppm equivale a miligramas por litro em soluções aquosas diluídas. PPT Partes por trilião; é uma unidade igual a um nanograma por quilo de água. Numericamente, ppt equivale a nanogramas por litro em soluções aquosas diluídas. Regeneração O método pelo qual as resinas de permuta iónica exaustas são reactivadas por tratamento com um ácido ou um álcali forte. Reservatório Trata-se de um recipiente com quantidade de água purificada, nos sistemas de purificação de água. Resina de Permuta Aniónica Uma resina de permuta iónica com grupos permutáveis imobilizados com carga positiva, que se podem ligar a espécies ionizadas com carga negativa, aniões. Resina de Permuta Catiónica Uma resina de permuta iónica com grupos permutáveis imobilizados com carga negativa, que se pode ligar a espécies ionizadas com carga positiva (catiões). Resistividade A resistência eléctrica entre as faces opostas de um cubo de um centímetro de um determinado material a uma temperatura específica. A resistividade é o inverso da condutividade. Relativamente às análises da água, a resistividade é, normalmente, expressa em mega ohm-cm (MΩ-cm) e corrigida para o valor a25 C. Todos os valores de resistividade mencionados neste manual estão a 25 C, salvo menção em contrário. Sanitização Processos químicos e/ou físicos utilizados para destruir microrganismos e reduzir a contaminação de microrganismos. Total de Sólidos Dissolvidos (TSD) A medida do total de sais orgânicos e inorgânicos dissolvidos na água, obtida secando os resíduos a 180 ºC. Turvação O grau de opacidade da água causado pela presença de partículas em suspensão ou colóides. A turvação reduz a transmissão de luz e é medida em Unidades de Turvação Nefelométricas (NTU). Ultrafiltragem Um processo pelo qual a água é filtrada através de uma membrana polimérica com uma estrutura de poros muito finos. Unidades de Endotoxinas (UI/ml ou UE/ml) Uma quantificação dos níveis de endotoxinas relativamente a uma quantidade específica de endotoxinas de referência. 1 UE/ml é aproximadamente equivalente a 0,1 ng/ml. Validação Confirmação, através de provas concretas, de que os requisitos para uma utilização ou aplicação específica pretendida foram cumpridos _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:31

40 77-78 Contactos Literatura aconselhada Não existem obras em inglês com um destaque específico em água pura para laboratórios. O Ultra pure Water Journal (Tall Oaks Publishing) contém artigos de interesse, assim como duas obras de T.H. Melltzer da mesma editora: "High Purity Water Preparation for the Semiconductor, Pharmaceutical and Power Industries" (1993) e "Pharmaceutical Water Systems" (1996). E também, o "Handbook of Water Purification", editado por Walter Lorch, publicado pela McGraw Hill. "Water Treatment Handbook Degrémont", publicado pela Lavoisier. Muitas das normas ASTM são relevantes para a água purificada ( Podem ser encontradas informações sobre o tratamento de água em e Nota de direitos de autor O texto escrito, a informação técnica e as ilustrações contidos neste documento são propriedade da ELGA LabWater, uma divisão da Veolia Water Systems Ltd e estão protegidos pelas leis de direitos de autor. A informação é fornecida sem responsabilidade por erros ou omissões. Nenhuma parte do Guia Pure LabWater pode ser copiada, reproduzida ou transmitida sob qualquer forma ou meio, electrónico, mecânico, magnético ou manual, inclusive fotocópia, gravação ou armazenagem de informação e sistemas de recuperação ou informação a terceiros, bem como utilização com qualquer objectivo que não a utilização pessoal do leitor, sem uma expressa autorização escrita ter sido primeiramente obtida da ELGA LabWater. A ELGA LabWater reserva-se o direito de alterar sem aviso prévio o texto, a informação técnica e as ilustrações contidas neste guia.01/06/2005 Contacte-nos hoje para mais informações. Contacte o seu representante ELGA LabWater mais próximo em: Aceda ao nosso website em Envie-nos um para info@elgalabwater.com 2008 ELGA LabWater/VWS (UK) Ltd. Todos os direitos reservados. Se encontrar algum erro, omissão ou se tiver alguma sugestão adicional ao conteúdo, contacte-nos através do +44 (0) ou, em alternativa, através do nosso website: _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd /7/09 17:29:31

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43 Contacte-nos: Os escritórios e distribuidores ELGA estão localizados em mais de 60 países e têm formação total em todos os sistemas ELGA. Para encontrar o nosso representante ELGA mais próximo, aceda a e escolha o país para dados de contacto. A ELGA é a marca mundial de água para laboratório da Veolia Water. PureSure é uma tecnologia e uma marca registada da ELGA LabWater. Copyright 2008 ELGA LabWater/VWS UK Ltd. Todos os direitos reservados. E&OE Centro de Operações Global da ELGA Tel.: Fax: info@elgalabwater.com Web: Os Especialistas LabWater laboratórios garante que pode concentrar-se na obtenção de resultados precisos para as suas aplicações de ensaio e pesquisa. ELGA é uma parte integrante da Veolia, a empresa líder mundial em serviços de água e ambiente. A Veolia Water possui uma equipa mundial de colaboradores e é reconhecida pelas suas capacidades de soluções de qualquer dimensão no fornecimento de água para clientes em todo o ciclo hídrico. A equipa da ELGA concentra-se exclusivamente na água e no seu tratamento, contribuindo continuamente para uma especialização única em últimos 50 que surgem durante o desenvolvimento, instalação e ponto de uso único, assim como em grandes projectos que envolvem a consulta de arquitectos, consultores e clientes. Compromisso com a cidadania global A Veolia Environment Foundation apoia projectos por todo o mundo contribuindo para um desenvolvimento sustentável, com especial destaque para a solidariedade, a inserção Desde 2004, com um orçamento anual de 5 milhões de euros, a Fundação apoiou mais de 450 projectos. (consulte para obter mais informações) LITR _Pure_Labwater_Guide_84pp_PT.indd 84 8/7/09 17:29:34