Água Ultrapura – Equipamentos analíticos mais sensíveis geram demanda por água de melhor qualidade

Química e Derivados - Água Ultrapura
Água Ultrapura – Equipamentos Analíticos geram demanda por qualidade

Com a alta especialização dos laboratórios, sejam aqueles dedicados a necessidades industriais ou os estritamente científicos, a demanda por água ultrapura para medições da química quantitativa atingiu um nível de exigência tecnológica que fez o mercado se tornar bastante exclusivo.

A começar pela sofisticação do instrumental analítico hoje comum em boa parte dos laboratórios, com cromatógrafos e espectrômetros de extrema sensibilidade, e também por conta das demandas crescentes das chamadas ciências da vida, usuárias de técnicas de biologia molecular, a nova realidade fez com que os sistemas de preparo da água ultrapura acompanhassem o ritmo de evolução tecnológica e sua oferta ficasse cada vez mais nas mãos de grandes grupos internacionais.

“Não se preocupar com a qualidade da água ultrapura em um laboratório moderno é como abastecer com gasolina adulterada uma Ferrari”, explicou Humberto Bufalo, o gerente de desenvolvimento de negócios da francesa Veolia Water, proprietária da Elga Labwater, tradicional fornecedora de sistemas completos para água de laboratório.

Na sua opinião, as preocupações não se restringem às amostras necessárias para as análises nos equipamentos de alta sensibilidade, mas também abrangem as demandas mais “comezinhas” dos laboratórios, como as lavagens de materiais e vidrarias.

As máquinas de lavagem, com uma água de qualidade, além de lavarem melhor com menor risco de contaminações, também ficarão conservadas por mais tempo.

Química e Derivados, Humberto Bufalo, Veolia Water, demandas dos laboratórios
Bufalo: instrumental analítico exige água isenta de contaminantes

De forma geral, os sistemas de produção da chamada labwater precisam combater cinco contaminantes principais: partículas em suspensão, sais inorgânicos, compostos orgânicos dissolvidos, microrganismos (inclusive pirogêneos) e gases dissolvidos.

As diferenças nas demandas de ultrapureza vão ser resolvidas com combinações de tecnologias para preparar a água de acordo com o grau de exigência da aplicação. Logicamente que a água de lavagem não precisará ter a mesma pureza daquela utilizada em um espectrômetro de massa, por exemplo.

Como forma de qualificação da água, o mercado utiliza usualmente normas ISO, ASTM ou NCCLS (National Committee for Clinical Laboratory Standards), enquadrando-a em graus 1, 2 e 3, ou tipos 1, 2, 3 e 4. Pela bastante usada norma ISO 3696, a água grau 1 seria a de mais alta pureza, livre de coloides iônicos ou dissolvidos e de contaminantes orgânicos, apropriada para as técnicas analíticas mais sensíveis, incluindo aí cromatografia líquida, espectrometria de emissão por plasma (ICP-MS), cromatógrafo iônico, biologia molecular e eletroquímica.

Para se conseguir esse padrão ultrapuro, com condutividade máxima de 0,1 µS/cm a 25ºC e conteúdo máximo de sílica de 0,01 mg/l, uma das “rotas”, partindo de uma água de grau 2, é usar mais de um passo de membranas de osmose reversa ou de deionização por troca iônica ou eletrodiálise (EDI), seguida de uma filtração em membranas de 0,2 µm para remover particulados ou sílica do equipamento de destilação.

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Fluxo no processo de Purelab

A água de grau 2, também pela ISO, conta com níveis reduzidos de contaminantes orgânicos, inorgânicos e coloides, tornando-se indicada para métodos analíticos como a espectrofotometria de absorção atômica e a análise de traços. Uma múltipla destilação, a deionização ou a osmose reversa e a destilação podem produzir esse tipo de água de laboratório.

A condutividade máxima para o tipo 2 é de 1 µs/cm a 25ºC e sílica de 0,02 mg/l. Já a grau 3 tem uso em grande parte das aplicações laboratoriais na química úmida e no preparo de reagentes e soluções. Sua produção pode ser por destilação simples, osmose reversa ou deionização por troca iônica.

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Sistema de polimento da Veolia produz água tipo

Tipo 1+ – Mais recentemente, o desenvolvimento dos equipamentos analíticos gerou uma nova qualificação de água nos laboratórios: a tipo 1+, que estaria à frente ainda das exigências da água grau 1. Sua necessidade veio principalmente de especificações de alta sensibilidade de espectrômetros de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS), de técnicas de biologia molecular (DNAse e RNAse) e de análises de ultratraços. “São análises para níveis baixíssimos de detecção, em partes por bilhão (ppb) e partes por trilhão (ppt), com detectores de massa de alta sensibilidade. A água precisa ser praticamente isenta de contaminantes”, explicou o gerente Humberto Bufalo.

A Elga/Veolia lançou um sistema específico para atender à demanda da água tipo 1+. Trata-se do PureLAB Ultra, um módulo de ultrapurificação projetado para receber água grau 2 e 3; e assim produzir outra considerada “top” para necessidades laboratoriais, com pureza medida pela manutenção da resistividade elétrica em 18.2 MΩ-cm (megaohm/cm) a 25ºC. O equipamento funciona como um polimento com configurações variáveis entre três tecnologias: cartuchos duplos de deionização, lâmpada UV e uma membrana de ultrafiltração.

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Especificação de água para laboratório

A água pré-tratada entra na primeira bateria de cartuchos duplos de deionizadores por meio de uma válvula solenoide, passando logo após por sensor de qualidade para daí seguir para uma lâmpada UV, que emite radiação UV intensa com comprimentos de onda de 254 nm e 185 nm para controle contínuo das bactérias e a foto-oxidação de impurezas orgânicas.

Apesar de a primeira bateria remover a maior parte dos contaminantes, quaisquer impurezas iônicas e orgânicas restantes são removidas pelo segundo cartucho de purificação. Depois, o ultrafiltro remove pirogêneos e impurezas microbiais, bem como partículas.

A resistividade e a temperatura da água final são medidas antes da sua distribuição. Para manter a sua pureza, a água dentro da unidade é recirculada e, para evitar o acúmulo de calor, a recirculação se encontra sob uma taxa de fluxo reduzida e pode ser ajustada para intermitente (10 minutos por hora). De forma semelhante, a recirculação intermitente pode ser utilizada durante a noite no modo “sleep”.

Mais demandas – A Merck Millipore, outra competidora importante da área de água ultrapura para laboratório, também identifica os mesmos movimentos do mercado: alta especialização de instrumental analítico e ciências da vida puxam a demanda por condicionamento mais sofisticado de água.

De acordo com Cledson Lino Burlin, gerente de labwater da empresa, também colaboram com o mercado os desenvolvimentos de novos fármacos, o maior rigor para água ultrapura em cosméticos e os mercados de análises clínicas e até de polícia científica.

Empresa responsável pela criação da chamada água Milli-Q, que virou sinônimo de água purificada de laboratório, a Merck Millipore, na opinião de Burlin, tem percebido demanda alta nesses “novos” segmentos para o Brasil. Segundo ele, para começar, a indústria cosmética, por cada vez mais fabricar produtos com função terapêutica e em virtude de exigências da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa), tem se preocupado em trabalhar com água de melhor qualidade.

Química e Derivados, Cledson Lino Burlin, Merck Millipore, maior rigor para a água ultrapura
Burlin: a indústria cosmética também melhora padrão da água

“As empresas grandes da área sem dúvida estão preocupadas em ter sistemas de água ultrapura mais modernos, tanto nos laboratórios como na produção. Ao contrário das pequenas, infelizmente”, disse.

O segmento de análises clínicas também é outro com preocupação crescente em contar com bons sistemas de água ultrapura. Exames de sangue, explica o gerente, não podem sofrer alteração com água de diluição, sob o risco de apontar resultados falsos.

“Se houver cálcio na água, por exemplo, a alta sensibilidade dos exames pode confundir a amostra e apontar a existência de cálculo renal”, explicou Burlin.

Segundo ele, os parâmetros em várias aplicações agora chegam a ultratraços, em contaminantes com níveis de partes por bilhão (ppb) e partes por trilhão (ppt). “As exigências normativas e o grau de sensibilidade do instrumental analítico estão favorecendo a introdução de equipamentos de água ultrapura de alto desempenho”, afirmou. No caso da empresa, o destaque fica por conta do sistema Milli-Q Integral, que pode produzir em configurações diferentes água pura (tipo 2) ou ultrapura (tipo 1).

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Sistema Integral Milli-Q: água ultrapura proveniente da torneira

O sistema inclui pré-tratamento com três filtros para remover partículas, dureza e cloro (carvão ativado), módulo de osmose reversa para desmineralização, seguido de um eletrodeionizador (EDI), lâmpada UV e cartucho polidor com resinas de troca iônica mistas. Por fim, há a opção de incluir um filtro bacteriológico ou um ultrafiltro para remoção de endotoxinas, no caso de necessidades mais exigentes do mercado.

A eletrodeionização, que se utiliza da tecnologia de resinas de troca iônica dispostas em duas placas interligadas por fio, que provocam corrente elétrica para regenerar continuamente as resinas, tem sido bastante aplicada nos sistemas vendidos pela Millipore, empresa que, segundo seu gerente, detém 58% do mercado nacional, com cerca de 5.800 equipamentos instalados. “O EDI tem durabilidade muito maior, de 48 a 60 meses, do que a ultradeionização simples, que precisa ser trocada de uma a duas vezes por ano”, afirmou. A corrente elétrica mantém as resinas do EDI sempre regeneradas, ao contrário das resinas convencionais, cujos cartuchos precisam ser trocados ao se saturarem.

O sistema Integral, usando o EDI Elix como retificador da osmose reversa no sistema Integral ou em outros disponíveis pela empresa, opera com água de torneira, sem necessidade de pré-tratamento. É indicado principalmente para águas com salinidade mais alta ou com mais contaminantes, pois facilitará a adequação aos requisitos do laboratório. “Até a osmose vai ser possível remover de 95% a 99% dos sais. Com o EDI, a água fica praticamente isenta, com condutividade bem baixa, de 0,0549 mS”, explicou.

Para livrar a água de contaminação orgânica, depois do EDI as lâmpadas de ultravioleta serão escolhidas conforme a necessidade maior da água: se a demanda for pela eliminação das bactérias, a de onda de comprimento de 254 nm é a mais indicada; caso seja pela redução apenas da carga de matéria orgânica, a opção recai sobre a de 185 nm. Isso sem falar que há disponível a lâmpada de duplo comprimento. Para complementar a ultrapureza, um ultrafiltro elimina as endotoxinas, gerando água apirogênea (livre de qualquer microrganismo).

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Especificação de água para laboratório

De acordo com Cledson Burlin, embora o mercado tenha começado o ano em baixa, há a expectativa de desengavetamento de muitos projetos do setor público. Seriam investimentos na área de saúde e de ciência e tecnologia em universidades. Se eles realmente vierem a sair, as concorrências públicas compensariam o arrefecimento dos negócios com o setor privado, que sofre com a queda nos investimentos da indústria.

No caso industrial, a queda veio depois de um período considerado bom, de cerca de cinco anos, com a entrada principalmente de novos grupos farmacêuticos indianos e europeus. Para Burlin, mesmo que ocorra uma retomada nessa área, haverá uma demora natural nos pedidos, tendo em vista que a indústria primeiro investe na produção e somente em novas unidades, e só em uma segunda etapa começa a investir no campo laboratorial.

Um mercado do qual o gerente ressente-se de não participar é o de farmácias de manipulação. Isso por um motivo comercial e com potencial de preocupação para a sociedade. Apesar de existirem em profusão no país, elas não são devidamente fiscalizadas e muitas vezes não seguem os padrões de pureza da água na produção de seus fármacos e cosméticos. Esse cenário faz com que haja o risco de contaminação iminente nas manipulações e na hora de limpeza de instrumentos e vidrarias utilizados. Não seria incomum, por exemplo, o uso até de água diretamente da torneira.

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Especificação de água para laboratório

O certo, nesses e em outros casos que envolvam o trabalho laboratorial, é seguir as normas e os padrões estabelecidos pelos laboratórios modernos. A Elga, por exemplo, como padrão interno, define quatro tipos de água: a grau primário, a deionizada, a grau uso geral para laboratório e a água ultrapura. A de grau primário tem o maior índice de impurezas, com condutividade elétrica entre 1 e 50 µS/cm, podendo ser produzida com um único deionizador de resina de troca iônica, fracamente básica, ou por uma osmose reversa. Esta seria indicada para enxágue de vidraria de uso comum, água de alimentação em lavadora e elaboração de diluições para reagente de uso geral.

A água deionizada tem condutividade da ordem de 1 a 0,1 µS/cm (resistividade de 1 a 10 MΩ-cm) e precisa ser gerada por leito misto de deionização com resinas fortemente básicas. Seu uso se direciona, por exemplo, para o preparo de padrões analíticos e reagentes, diluições de amostras, alimentação de analisadores bioquímicos e no preparo de soluções farmacêuticas.

A água grau laboratório tem alta pureza em termos iônicos, baixos níveis de compostos orgânicos e de microrganismos. A condutividade típica é = 1 µS/cm, carbono orgânico total (TOC) menor que 50 ppb e contagem de bactérias inferior = 1 CFU/ml. Essa água pode ser empregada em diluições de reagentes e de tampões, preparação de meio nutriente para cultivo de células e para estudos de microbiologia. Ela pode ser gerada por bidestilação ou por sistemas complexos de várias tecnologias (osmose, EDI, deionização, UV).

Já a água ultrapura é a que mais chega perto dos níveis teóricos de pureza em conteúdo orgânico, partículas, bactérias e resistividade. É ela a top do mercado, que pode ser mais ou menos preparada, empregada em instrumental analítico avançado e aplicações específicas. A ultrapura apirogênea seria o suprassumo, aplicada em fertilização in-vitro, bioquímica molecular e cultura de tecidos, por exemplo. Não seria necessária água tipo 1+ para farmácias de manipulação, por exemplo, o que poderia ser um desperdício. Mas controlar a água utilizada em laboratórios e fábricas é uma necessidade no Brasil.

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