Equipamento De Purificação De Água Laboratorial

Por Carla Legner
Edição Nº 93 - Julho/Agosto de 2018 - Ano 17

A água, mesmo potável, contém vários contaminantes como bactérias, metais, íons e compostos orgânicos que podem causar problemas e distorções nos resultados das análises e procedimentos laboratoriais. Para que a água esteja dentro dos padrões necessários é preciso realizar técnicas e procedimentos para retirada de compostos indesejáveis. Um desses processos é a purificação.
Os equipamentos e suas técnicas de purificação visam à eliminação de impurezas. Em função de cada técnica empregada ou da associação de diferentes técnicas é possível obter níveis diferentes de qualidade da água. Essas impurezas podem ser classificadas como partículas em suspensão (areia, silite, detritos trabalho e colóides); compostos inorgânicos dissolvidos por cálcio, compostos de ferro, sais de sódio, fosfatos e nitratos; compostos orgânicos dissolvidos principalmente de origem biológica (resíduos de pesticidas, gorduras, óleos e detergentes); microrganismos (bactérias) e gases dissolvidos (oxigênio e dióxido de carbono).
A água purificada é necessária e utilizada em diversos segmentos como farmacêutico, meio ambiente, análise de resíduos, produtos químicos etc. Para cada aplicação, há exigências a serem cumpridas e é importante usar a qualidade de água correta. De acordo com a norma ASTM D1193-99 existem 3 tipos de água. A do tipo 1 (ultrapura) é recomendada para aplicações críticas como brancos. Água tipo 2 é usada para ensaios gerais, como ensaios físico-químicos. Por fim o tipo 3 é utilizada para exangue.
"A água como solvente universal é empregada em vários procedimentos de preparo de amostras ou utilizada para alimentar alguns equipamentos laboratoriais. Sendo assim, existe uma grande preocupação quanto ao uso de água de boa qualidade adequada às exigências de especificações dos fabricantes ou no atendimento de normas específicas de determinadas áreas de aplicação. Para isso existe no mercado uma série de equipamentos que visam produzir água dentro das qualidades exigidas" – explica Carlos Scarton, gerente de produto da Sartorius.
Os purificadores de água, para obterem tipos ou graus de água para laboratório, em determinada aplicação ou atividade geral, fazem uso das tecnologias de osmose reversa, destilação, troca iônica, eletrodeionização, UV, microfiltração, carvão ativo e/ou ultrafiltração. Joel Moniva, representante da Merck, explica que definir a qualidade de água a ser usada em cada aplicação é fundamental, pois isso vai garantir que um parâmetro mínimo de qualidade de água, se o excesso de contaminantes não vai interferir diretamente na análise ou se um excesso de pureza na água pode ser custoso para uma atividade mais simples.
Para Natália Correia da Silva, especialista de produtos da Hexis, esse procedimento deve ser utilizado em todos os laboratórios que necessitem de qualquer tipo de água purificada para alimentação de instrumentos, enxaguamento ou formulação de reagente. Ela destaca que ASTM tipo 1, 2 e 3 abrangem todas as aplicações de purificação de água para laboratório. "A água comum pode conter uma contaminação considerável que irá interferir com os resultados para todas e quaisquer aplicações" – ressalta.

Os processos

A osmose reversa é um processo de separação em que um solvente é separado de um soluto de baixa massa molecular por uma membrana permeável ao solvente e impermeável ao soluto. Isso ocorre quando se aplica uma grande pressão sobre este meio aquoso, o que contraria o fluxo natural da osmose. As membranas funcionam como filtros separando os sólidos da água por tamanho e carga elétrica. A água é pressurizada, passa pelas membranas e já está tratada.

As resinas atuam como um meio de sorção utilizando a atração iônica como mecanismo de separação. Assim como nas membranas, a água é pressurizada e então passa pelas resinas. A osmose reversa é utilizada para a remoção parcial de sais da água, também serve como barreira para microrganismos e toxinas.

No caso da destilação, a água é aquecida até o ponto de vapor, esse vapor sobe e é então resfriado e condensado. Quando a água é vaporizada muitos contaminantes são deixados para trás, pois alguns têm um ponto de ebulição maior. É considerada a tecnologia mais antiga e tradicional para análises laboratoriais. Durante séculos era a única disponível, considerada ainda hoje, a única tecnologia 100% eficiente.

"Estes equipamentos têm como vantagens um baixo custo de investimento e instalação, mas com grandes desvantagens com relação ao consumo exagerado de água na proporção de se gastar 15 litros de alimentação para obtenção de 1 litro de água purificada e um consumo de energia de aproximadamente 0,8KW por litro" – destaca Scarton.

Para muitos especialistas e fabricantes, o ideal é combinar etapas que sejam eficientes naquilo que se propõem, por exemplo: um filtro para reter as partículas, carvão ativado para os orgânicos, resinas iônicas para os minerais e lâmpada UV para matar bactérias. Essa combinação deve prover não só a eficiência de cada etapa, mas também para proteger o passo seguinte e se complementar em sinergia.

No uso do carvão ativo, sua eficácia está na remoção de orgânicos, cloro livre e outros contaminantes, decorrente de suas propriedades de absorção, baseadas no seu tamanho de poro e grande área superficial. Os materiais usados para produzir carvão ativado influem nas propriedades adsorvidas do material produzido.

A troca iônica, por sua vez, é utilizada para produzir água de qualidade deionizada (DI) por meio da remoção de íons. Frequentemente os dois processos são combinados para a produção de água ultrapura. Trata-se uma troca de íons entre dois eletrólitos ou entre um eletrólito na forma de solução e um complexo. Os processos são chamados de deionização ou desmineralização.

A microfiltração utiliza uma membrana como uma tela que exclui partículas maiores que o tamanho de poro. Os filtros em tela proporcionam filtração absoluta. A radiação ultravioleta (UV), no comprimento de onda de 254nm é efetiva para destruir bactérias. Em 185nm e 245nm reduz as impurezas orgânicas por meio da fotoxidação.

O processo de eletrodeionização é um aperfeiçoamento do uso de resinas de troca iônica isoladamente, onde essas resinas estão contidas em compartimentos separados por membranas permeáveis a cátions e a ânions. Utiliza-se uma corrente elétrica para regenerar continuamente as resinas de troca iônica, evitando a necessidade de sua regeneração e substituição.

Já a ultrafiltração é um processo operado por pressão, no qual a água e substâncias de baixo peso molecular podem permear uma membrana nas partículas, coloides e macromoléculas são retidos. Os ultrafiltros são constituídos de materiais como fibras de polisulfona ou poliamida. As membranas de UF com um corte de peso molecular "cut-off" <20000Daltons são suficientes para remover ribonucleases (RNases) e pirogênios.

Moniva destaca ainda, que os sistemas podem contar ainda com diversos acessórios como pré-filtros, reservatórios herméticos, módulos de sanificação UV, múltiplos dispensadores remotos, software de gestão remota. Existe também a possibilidade de filtros finais exclusivos e específicos para as aplicações que exigem sensibilidade ao nível.

"A purificação da água, o devido controle e/ou monitoração de sua qualidade está intimamente ligado a sua aplicação, pois visa garantir a confiabilidade de reprodução de resultados analíticos nas aplicações de controle de qualidade e pesquisa. Garante também que nenhuma contaminação química ou microbiológica interfira no andamento de uma análise, rota de síntese, crescimento celular de alguma pesquisa ou até aumenta a vida útil de algum equipamento que se utilize de água para trabalhar como exemplo de autoclaves, câmaras climáticas e caldeiras" – completa o gerente da Merck.

Natália explica algumas etapas do processo: a água da torneira entra em uma unidade de pré-filtração separada por um cartucho de partículas (1, 5 ou 10μ) e um cartucho de carbono prepara a água para a unidade principal que trata a água com osmose reversa de passagem dupla seguida de 4 litros completos de resina de desionização de semicondutor UV de comprimento de onda dupla para desinfecção e redução de TOC (Total Organic Carbon) para 1 ppb. Os filtros finais de grau orgânico de 0,2μ são utilizados em até três pistolas dispensadoras.

A água RO de passagem dupla pode ser usada para aplicações semi-críticas, como lavadoras de vidro, autoclaves, umidificações, banhos de água, etc. A água final ultrapura pode ser usada nas aplicações mais sensíveis e exigentes: ICP-Mass Specification, HPLC, PLC, AA, Invitro-Fertilização etc. "A tecnologia de tela de toque de última geração emparelhada com um software de controle intuitivo coloca volumes de distribuição programáveis de água ultrapura disponíveis para até mesmo as aplicações mais exigentes" – destaca a Natália.

Normas e principais novidades do mercado

A qualidade da água é denominada através da nomenclatura utilizada como tipo 1, tipo 2 ou tipo 3, considerando que 1 é o grau mais puro e 3 o de menor pureza. Esta classificação se baseia em parâmetros que podem ser controlados e monitorados de condutividade ou resistividade, TOC e contagem de microrganismos.

O especialista da Sartorius explica que as normas garantem que a qualidade da água correta seja usada para as aplicações em ciência e saúde. Ela cita algumas delas: American Society for Testing and Materials (ASTM), neste caso a norma utilizada é ASTM (D 1193 – 06); International Organisation for Standardisation (ISO); Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI), utilizada pelos laboratórios prestadores de serviços em análises clínicas.

Por fim, a International Pharmacopeia (Ex: USP, EP, JP), utilizada nas empresas e instituições farmacêuticas. "As especificações ASTM são as mais rigorosas, por isso os fabricantes de ultra purificadores se baseiam nesta norma para controlar e monitorar a qualidade da água obtida nestes equipamentos", completa Scarton.

As últimas tecnologias disponíveis no mercado visam promover a rastreabilidade de informações que podem ser obtidas através dos instrumentos de monitoração que os sistemas de purificação ou ultra purificação possuem, podendo gerar e monitorar informações quanto aos prazos envolvidos para substituição dos consumíveis destes sistemas. Informações como quando da coleta de água para uso, o volume dispensado e os valores de condutividade ou TOC podem ser enviados para um computador ou serem armazenados em um cartão de memória para posterior análise.

A principal inovação apresentada pela Sartorius é a tecnologia bagtank para armazenamento de água tipo 2 e tipo 3 geradas nos sistemas de ultra purificação. A tecnologia envolve o uso de bolsas descartáveis que além de dificultar a formação de biofilme dentro dos sistemas e elimina as etapas morosas quando da realização da limpeza programada dos tanques convencionais. Por ser uma bolsa é necessário apenas a substituição da mesma para se ter um novo tanque isento de qualquer tipo de contaminação residual.

Para Moniva, a conectividade de dados e a rastreabilidade como necessidade primordial na atualidade. A transferência de dados permite ter controle total do processo, quando coletou, a que qualidade coletou, quem fez a coleta, que eventos ocorre com seu sistema, dados retroativos a coleta, qual validade da calibração etc. Isso permite que o cliente possa ter total acesso a qualquer investigação para auditorias.

"Esses softwares precisam ser garantidos por regulamentações que garantam também sua inviolabilidade, de modo que os dados não sejam corrompidos. A calibração do sensor de qualidade, como o condutivímetro, TOC, faz garantir a rastreabilidade, assim em qualquer auditoria se garante a qualidade da água que se usa na análise" – destaca o especialista.