El impacto de los metales en la Biología y el Medio Ambiente

Agilent Technologies y la Universidad de Cincinati anunciaron la apertura de un centro en el cual diversos equipos de investigadores del Continente Americano estudiarán el impacto de los metales en los sistemas biológicos. El Centro Metalonómico de América de la Universidad de Cincinati y Agilent Technologies investigará tanto las aplicaciones como el rol de los componentes metálicos como pronosticadores de daño profundo así como nuevos métodos de detección para agentes de guerras químicas.

El objetivo del centro es el de apoyar la investigación en todos los campos relacionados con el análisis de metales y especies de metales así como su interacción alrededor de sistemas biológicos y ecológicos. Las solicitudes incluyen investigación neurológica, metaloproteómica, etiquetas metálicas para niveles ultra rastreables en la determinación de componentes orgánicos así como monitoreo medioambiental, entre muchos otros, a través del uso de la cromatografía de líquidos (LC) a la par tanto de espectometría de masas acoplada a plasma inductivo (LC-ICP-MS) y la espectometría de masas (LC-MS).

“Estamos muy entusiasmados de anunciar esta colaboración internacional, la cual promete traer tecnología de punta a nuestros laboratorios de investigación, lo cual beneficiará tanto a nuestros estudiantes como a nuestra plantilla de profesores”, aseguró Nancy L. Zimpher, Rectora de la Universidad de Cincinati.

“Este importante Centro encaja de manera perfecta con nuestra visión estratégica, lo que nos posiciona como una universidad urbana de investigación que trabaja para poner a los estudiantes en el centro de todo lo que hacemos y para construir asociaciones académicas y comunitarias basadas en la excelencia de Agilent en investigación”.

Agilent ha trabajado con la Universidad de Cincinati desde los últimos 5 años proporcionándoles el equipo de espectometría de masas e instrumentos relacionados con el fin de que el campus pudiera empezar a orientarse a la investigación metalonómica”, agregó Chris Toney, Vicepresidente y Gerente General de sistemas de análisis químicos y espectometría de masas en Agilent. “La apertura de hoy marca un precedente clave en la investigación continua para ayudar en la orientación de enfermedades críticas así como en las diferentes preocupaciones medioambientales”.

El professor de Química y Director del Centro, Joe Caruso enfatizó, “El Centro Metalonómico de América es el primero en su tipo en el mundo. El establecimiento de este Centro presagia excelentes cosas para un amplio espectro de colegas en la universidad así como para muchos colaboradores del centro alrededor del continente”.

La lista de socios, la cual se espera se expanda globalmente en el futuro, actualmente incluye a:

• Comisión Argentina de Energía Atómica
• Universidad de Indiana (EU)
• Consejo Nacional para la investigación técnica y científica de Argentina
• Consejo Nacional de Investigación (Canadá)
• Centro de Investigación y desarrollo para la Industria de la Fermentación (Argentina)
• Laboratorio de servicios e investigación medioambiental (Argentina)
• Universidad de Guanajuato (México)
• Universidad de San Luis (Argentina)
• Centro de Energía nuclear de la Universidad de Sao Paulo (Brasil)

“Mi equipo ha estado colaborando con el Dr. Caruso desde 2001, con un énfasis en varios enfoques metalonómicos en una enorme variedad de materiales biológicos”, aseguró Kasia Wrobel, investigadora de la Universidad de Guanajuato. “Formar parte del Centro Metalonómico nos ayudará a ampliar nuestros recursos y conocimiento regionalmente para acelerar el camino del entendimiento y el descubrimiento científico”.

La Universidad de Cincinati ha tenido una larga historia así como una importante reputación a nivel mundial en investigación de metales iniciando en 1930 cuando el laboratorio Kettering (ahora el Departamento de Salud medioambiental) fue establecido para realizar investigaciones en el análisis del plomo. El establecimeinto del Centro Metalonómico de América ha sido liderado por Sandra Degen, vicepresidenta de investigación de la universidad y por el decano del Colegio de Artes y Ciencias McMicken , Karen Gould.

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El analizador de carbono orgánico total (TOC)

Los compuestos orgánicos están formados normalmente por combinaciones de carbono, hidrógeno y oxígeno, con la presencia, en determinados casos, de nitrógeno. También pueden estar presentes otros elementos como azufre, fósforo o hierro.

Las impurezas orgánicas en el agua se producen por la descomposición de la materia vegetal y de desechos agrícolas, industriales y domésticos. Estos desechos incluyen detergentes, grasas, aceites, disolventes y residuos de pesticidas y herbicidas. Esta fuente de agua, pasa a través de un tipo de tratamiento a nivel municipal, para obtener niveles de agua potable y estar disponible para uso doméstico. A partir de aquí se inicia el proceso de purificación del agua.

Un sistema de purificación de agua también puede ser una fuente de impurezas, por lo que no sólo debe estar diseñado para eliminar los contaminantes del agua de alimentación, sino también para evitar la recontaminación del propio sistema.

La cantidad de compuestos orgánicos disueltos se puede medir a través de la prueba de oxígeno absorbido con una solución de permanganato de potasio o a través de la prueba de demanda química de oxígeno. Sin embargo, cada vez más se utilizan los analizadores de carbono orgánico total por la facilidad en la interpretación de los resultados y por su sensibilidad en la detección de bajos niveles de compuestos orgánicos en las muestras de agua. El agua con un contenido muy bajo en carbono orgánico total (por debajo de 10 ppb) es de especial importancia para los usuarios de técnicas como cromatografía líquida de alto rendimiento, análisis de fluorescencia, cultivo de tejidos, aunque tal vez la industria más exigente es la de los semiconductores, puesto que lavan las bases de los chips y semiconductores con agua de calidad ultra pura.

El agua municipal y en algunos casos el agua de pozo, es purificada a través de diversos tratamientos, para convertirla en agua purificada o grado inyectable para uso farmacéutico. El agua de uso farmacéutico (purificada o inyectable), se denomina “agua purificada”, la cual tiene especificado como límite de aceptación un valor máximo de 500 ppb (partes por billón) de carbono proveniente de sustancias orgánicas que ya han sido oxidadas.

En la industria farmacéutica se requiere conocer con exactitud el contenido de TC (carbono total), IC (carbono inorgánico), TOC (carbono orgánico total), NPOC (carbono orgánico no purgable), y NPOC (carbono orgánico purgable) en el agua .

Por ello se han desarrollado equipos que permiten hacer estas mediciones avanzadas, de forma automática y con poco mantenimiento.

Por ejemplo, el analizador de laboratorio modelo Sievers 900 es uno de los analizadores de carbono orgánico total de la nueva serie 900, sucesora de la muy exitosa Sievers 800.

El modelo 900 brinda una productividad hasta ahora no superada, funciones automáticas avanzadas y gran facilidad de uso. Los procedimientos automáticos de calibración y validación, tiempo de análisis de 4 minutos, ajuste automático de reactivos, intervalos estables de calibración por 12 meses y mínimo mantenimiento (aproximadamente 2 horas por año) hacen este analizador la opción ideal de los laboratoristas profesionales y exigentes.

Los equipos de TOC Sievers modelo 900 tienen la capacidad de analizar con exactitud desde aguas “ultrapuras”, hasta aguas potables e inclusive aquellas que están previas al proceso de purificación para convertirlas en aguas potables (de río, pozo o riego). Su amplio rango lineal de lecturas desde 0.03 ppb hasta 50, 000 ppb, hace que todo este tipo de alternativas sea aplicable a los equipos Sievers.

Debido al amplio rango de lecturas, existe otra aplicación sumamente útil para que los equipos TOC de Sievers sean empleados en la industria farmacéutica: la validación de limpieza. Este concepto, que es una necesidad regulatoria indispensable para dicha industria, pide que se demuestre con alto grado de aseguramiento que los equipos y utensilios usados en la fabricación de medicamentos hayan quedado limpios una vez que se ha concluido su uso en un producto y/o lote, esto con el objeto de garantizar que no existe posibilidad alguna de contaminación cruzada con el siguiente producto/lote que va a ser producido en el mismo equipo.

De esta manera, se ha establecido  que la prueba de TOC es muy útil para determinar la cantidad de residuos orgánicos presentes en un equipo, una vez que este ha sido limpiado previo a su uso.

Para trabajos más exigentes, el analizador 900 puede usarse con el Autosampler 900 que ofrece una capacidad de muestreo hasta 156% mayor que la del modelo anterior (modelo 800). Además, para ofrecer mayor flexibilidad y comodidad, el Autosampler 900 cuenta con una prestación de capacidad de muestreo definida por el usuario.

El software Sievers DataPro 900, que permite operar el Autosampler con un analizador 900, ofrece nuevas funciones que aumentan la productividad permitiendo el almacenamiento versátil de datos de TOC.

El software opcional DataGuard asegura la conformidad con el código 21 CFR Parte 11 incluyendo una garantía de seguridad del sistema, capacidad de firma electrónica y la creación de un registro de auditoria automático y independiente.

Proveedores de analizador de carbono orgánico total

A continuación le presentamos a T5DC, proveedor de analizadores de carbono orgánico total:

T5DC es una empresa que cuenta con amplia experiencia en el mercado farmacéutico, dedicados a la representación, comercialización y soporte técnico de tres líneas extranjeras:

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¿Qué son los Analizadores de Carbono total (TOC)?

Gran parte de los sólidos en suspensión y de los sólidos filtrables de las aguas residuales de concentración media son de naturaleza orgánica. Los compuestos orgánicos están formados normalmente por combinaciones de carbono, hidrógeno y oxígeno, con la presencia, en determinados casos, de nitrógeno. También pueden estar presentes otros elementos cono azufre, fósforo o hierro. Los principales grupos de sustancias orgánicas presentes en el agua residual son las proteínas (40-60%), hidratos de carbono (25-50%) y grasas y aceites ( 10%).

Es posible medir el contenido de materia orgánica en las aguas residuales, para determinar el tipo de tratamiento que requieren. Para aguas negras, que tienen una composición más o menos constante, se emplea la cantidad de carbono presente en las mismas, ya sea directamente, midiendo el carbono orgánico total, COT, o TOC en inglés, o indirectamente, midiendo la capacidad reductora del carbono existente en dichas aguas. Estas últimas son la Demanda Química de Oxígeno, DQO, y la Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO.

Estas técnicas permiten determinar la cantidad de materia orgánica presente en el agua contaminada.

La demanda de oxígeno de un agua residual es la cantidad de oxígeno que es consumido por las sustancias contaminantes que están en ese agua durante un cierto tiempo, ya sean sustancias contaminantes orgánicas o inorgánicas. Las técnicas basadas en el consumo de oxígeno son la demanda química de oxígeno, DQO, la demanda bioquímica del oxígeno (DBO) y el carbono orgánico total, COT o TOC.

La Demanda Química de Oxígeno, DQO, es la cantidad de oxígeno en mg/l consumido en la oxidación de las sustancias reductoras que están en el agua. Se emplean oxidantes químicos, como el dicromato potásico. El ensayo de la DQO se emplea para medir el contenido de materia orgánica tanto de las aguas naturales como de las residuales. En el ensayo, se emplea un agente químico fuertemente oxidante en medio ácido para la determinación del equivalente de oxígeno de la materia orgánica que puede oxidarse.

La Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO, es la cantidad de oxígeno en mg/l necesaria para descomponer la materia orgánica presente mediante acción de los microorganismos aerobios presentes en el agua. Normalmente se emplea la DBO 5 , que mide el oxígeno consumido por los microorganismos en cinco días. Resulta el parámetro de contaminación orgánica más ampliamente empleado. La determinación del mismo está relacionada con la medición del oxígeno disuelto que consumen los microorganismos en el proceso de oxidación bioquímica de la materia orgánica.

Para medir el TOC o COT, Carbono Orgánico Total, se emplean aparatos que usan la oxidación en fase gaseosa. Se inyecta una cantidad conocida de muestra en un horno de alta temperatura. En presencia de un catalizador, el carbono orgánico se oxida a anhídrido carbónico, la producción de la cual se mide cuantitativamente con un analizador de infrarrojos.

La aireación y la acidificación de la muestra antes del análisis elimina los posibles errores debidos a la presencia de carbono inorgánico.

Si se conoce la presencia de compuestos orgánicos volátiles en la muestra, se suprime la aireación para evitar su separación.

El ensayo puede realizarse en muy poco tiempo, y su uso se está extendiendo muy rápidamente. No obstante, algunos compuestos orgánicos presentes pueden no oxidarse, lo cual conducirá a valores medidos del COT ligeramente inferiores a las cantidades realmente presentes en la muestra.

Hay dos métodos de medición de TOC. Uno es el método diferencial y el otro es el método directo.

En el método diferencial se mide tanto el Carbono total (TC) como el Carbono Inorgánico (CI) de forma separada y el Carbono Orgánico total (TOC) se calcula restando al TC el CI. Este método es útil en muestras en que el CI es menor al TOC o al menos de tamaño similar.

En el método directo el CI es removido de la muestra purgando la muestra acidificada con un gas purificador y después el TOC se determina midiendo el TC e igualándolo al TOC. Este método también se conoce como NPOC (Non-purgeable Organic Carbon) dado que el POC (Purgeable Organic Carbon) como el benceno, tolueno, ciclohexano o cloroformo puede ser removido de la muestra.

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