La próxima generación de estándares

Martha S. Laurie

En la reunión de enero del Subcomité D19.06 de ASTM sobre orgánicos en el agua, se discutió el estándar D 3695 de ASTM International, Métodos de análisis para alcoholes volátiles en el agua por cromatografía directa de gas por inyección acuosa. Este es uno de varios estándares “huérfanos”, llamados así porque ninguno de los miembros activos del subcomité utilizan este estándar. Uno de los miembros se había ofrecido para revisar el estándar y se estaba reportando al subcomité. Consecuentemente hubo una discusión sobre este reporte en la cual el subcomité se percató que el estándar refleja tecnología de análisis anticuada y fuera de uso. Nos pusimos de acuerdo para someter la retirada del estándar a votación.

Esta discusión ocasionó un torrente de recuerdos de hace una generación sobre la tecnología que apenas estaba naciendo cuando yo era estudiante y en mis primeros años de trabajo a finales de los 60 y a principios de los 70.

Desarrollos en el análisis

Durante muchos años después del nacimiento de la química orgánica en el siglo XIX, la separación y el análisis de compuestos orgánicos se había llevado a cabo mediante técnicas clásicas. (Visualice un laboratorio repleto de cristalería sujetada con abrazaderas a un armazón de acero y algunos de los matraces con líquidos hirviendo que se están destilando. Grandes embudos de separación contienen solventes. El trabajo barato de estudiantes y técnicos mantienen las operaciones en función.)

Huelga decir que las técnicas clásicas llevaban mucho más tiempo que las técnicas instrumentales de hace una generación. La cromatografía de capa fina, la técnica de cromatografía más antigua, se realizaba a mano mediante láminas de vidrio preparadas (de nuevo, a mano) con un compuesto acuoso de gel de sílice aplicado uniformemente al vidrio y secado. Las columnas de cromatografía de gas estaban hechas (por estudiantes o preparadas comercialmente) de tubería delgada de cobre, desenrollada y estirada en línea, montadas en el hueco de las escaleras si fuese necesario, empacadas a mano, tratadas y enrolladas de nuevo. (La producción comercial de las columnas ha ahorrado mucho tiempo). Los componentes separados por el instrumento eran recogidos por el operador que observaba los picos en la grabadora producidos por el detector.

Es posible que éstos fuesen analizados mediante espectroscopia infrarroja o quizás llevados al laboratorio de espectroscopia de masa, donde un profesional dedicado confirmaba un análisis estructural definitivo de los componentes en cuestión. Las separaciones de cromatografía líquida con alta resolución requerían verter un solvente en un depósito en la cúspide de una larga columna de vidrio que se había llenado con el material de separación. Muestras del solvente que pasaba por la columna se recogían y analizaban para determinar el componente en cuestión.

Yo recuerdo subiendo por una escalera de mano para pararme en la terraza del laboratorio para poder alcanzar la cúspide de una columna alta. ¡Qué emoción cuando mi consejero me mostró un artículo que describía un instrumento de mesa llamado un HPLC para realizar cromatrografías líquidas de alto rendimiento. Se basaba en un concepto similar al GC, con la excepción que el solvente o una mezcla solvente se forzaba por una columna de metal enrollada. La separación de los componentes orgánicos en la mezcla mejoró dramáticamente y el detector estaba incorporado.

Un nuevo día para el análisis del agua

La época de análisis instrumental nos había llegado y su promesa se cumplió con métodos de análisis estándar que redujeron los límites de detección, mejoraron la precisión y exactitud, disminuyeron el tiempo del análisis y le ahorraron tiempo al operador. Fue una bendición que la tecnología se desarrolló lo suficiente como para respaldar las necesidades analíticas del campo de la química medioambiental que estaba en desarrollo.

Figura 1: El técnico en ciencias marinas Duane Wilson de USCG ajusta el flujo de nitrógeno para preparar muestras de petróleo para análisis en el Laboratorio de Seguridad Marítima de los USCG.

El Subcomité D19.06 de ASTM se convirtió en -y sigue siendo- un sitio donde los químicos analíticos de la industria interaccionan con colegas de agencias gubernamentales para alcanzar un consenso sobre los aspectos técnicos de los anteproyectos de métodos estándares y entonces colaborar en el análisis de rendimiento entre laboratorios que se requiere para evaluar los métodos. Los requisitos rigurosos del estándar D 2777, la Práctica para determinar la precisión y parcialidad de métodos de análisis aplicables del Comité D19 sobre agua, actualmente especifica por lo menos seis laboratorios y tres niveles de concentración para cada componente químico de interés, con pares de muestras a cada nivel.

Figura 2: Kristy Juarie, química en el Laboratorio de Seguridad Marítima de los USCG, compara los cromatogramas de gas para dos muestras de petróleo como parte de una investigación de contaminación de los Guardacostas.

Los llamados “instrumentos con guión”, tales como cromatografías de gas combinadas con espectrometría de masa, se han hecho los suficientemente pequeños como para caber encima de un banco de laboratorio. La alta resolución de un instrumento tal separa los componente lo suficiente como para analizar potencialmente miles de componentes dentro de la misma muestra. El reto para los desarrolladores de métodos es la tarea de realizar estudios entre laboratorios con muchos componentes de interés potencial. La dificultad de preparar estándares de referencia y muestras no identificadas para estudios entre laboratorios ha sido sobrepasada sólo por la complejidad del análisis de los datos. Un aspecto alentador de este desarrollo ha sido que las computadoras personales se han hecho lo suficientemente rápidas como para automatizar y controlar el instrumento así como recoger los datos y lo suficientemente económicas como para estar dedicadas a un instrumento.

El Subcomité D19.06 mantiene estándares en muchas áreas. He aquí un resumen general.

Identificación de derrames de petróleo

Cuando la Ley de Agua Limpia de 1972 le asignó a los Guardacostas de los EE. UU. la responsabilidad de determinar el origen de derrames de petróleo no conocidos, los Guardacostas recurrieron al Subcomité D19.06 donde un grupo de representantes de compañías petroleras estaban trabajando con métodos que compararían las características químicas de derrames de petróleo con sus petróleos de origen. La actividad se expandió y otro subcomité se estableció para este propósito. Desde los estándares iniciales para la cromatografía de capa fina, la espectroscopia fluorescente e infrarroja y la cromatografía de gas con columnas empacadas, más tarde se añadió un estándar de cromatografía líquida de alto rendimiento, el estándar de la cromatografía de gas se revisó para utilizar nuevas columnas capilares y el estándar de cromatografía de capa fina se retiró. La adopción de un estándar para la cromatografía de gas y la espectrometría de masa llevó los estándares de la identificación de petróleo a su madurez y ese nuevo subcomité volvió a unirse a D19.06. La revisión, la re-aprobación y la modificación de los estándares de identificación del petróleo siguen siendo una actividad perpetua dentro de D19.06.

Cuantificación del petróleo y la grasa en el agua

La medición del petróleo y de la grasa en el agua había parecido sencillo por muchos años: el tetracloruro de carbón se utilizaba para extraer la muestra y la solución se analizaba con espectroscopia infrarroja. Se trataba de un solvente maravilloso que era transparente para el infrarrojo. Cuando se encontró el que el tetracloruro de carbón era altamente carcinógeno, se desarrolló un nuevo estándar utilizando freón. El freón se prohibió por razones medioambientales y el subcomité empezó una larga búsqueda en pos de un solvente sintético sustituto y su evaluación.

En 2004, se aprobó D 7066, Método de prueba para el dímero y trímero de clorotrifluoroetileno (S-316) de petróleo y grasa recuperables y material no polar mediante determinación infrarroja. Mientras que este estándar, por razones teóricas, no es tan bueno como su predecesor, no esperamos que lo fuese, y el mismo representa lo mejor que puede hacerse por el momento. Se ha propuesto un estándar de cromatografía de gas para desarrollo, pero sabemos que actuaría de forma diferente. Cuando se encuentre algo mejor, el desarrollo de los estándares empezará de nuevo.

Carbón completamente orgánico

Aunque los estándares de ASTM están disponibles y se usan ampliamente para el carbón completamente orgánico, un nuevo grupo de trabajo ha empezado a funcionar para la propuesta de un estándar para carbón completamente orgánico en el agua mediante la detección infrarroja de combustión a alta temperatura.

Este método de análisis se utilizará para niveles más altos de carbón completamente orgánico que requiere diluirse mediante métodos más sensitivos. También es de provecho para muestras que contienen especies orgánicas refractarias o especies de carbón suspendido que no se recuperan completamente mediante la oxidación química.

El brazo robótico de un selector automático posiciona una ampolla de muestra para inyectarla al GC-MS para el análisis como parte de una investigación de derrame de petróleo en el Laboratorio de Seguridad Marítima de los USCG.

Nonilfenoles y bisfenol A en el agua

Uno de los nuevos estándares desarrollados por D19.06 es D 7065, Método de análisis para la determinación de nonilfenol, bisfenol A, p-tert-octilfenol, monoetoxilato de nonilfenol y dietoxilato de nonilfenol en aguas ambientales mediante GC-MS. El mismo constituyó una estrecha colaboración entre la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. y químicos de la industria.

¿Por qué era necesario este estándar? El mismo mes en que se aprobó este estándar, apareció un artículo en la prensa nacional acerca de la preocupación sobre bisfenol A. Aunque no se pensaba que era directamente cancerígeno, ahora se sabe que el mismo y otros componentes relacionados son desestabilizadores endocrinos. Se espera que el impacto para el medio ambiente y la salud humana sea el enfoque de preocupación en el futuro y ha de recordarse que el método de análisis que se utiliza para cuantificar estos componentes lo desarrollaron los miembros de ASTM International.

PAH en agua intersticial

Un nuevo estándar bajo desarrollo, WK10122, Método de prueba para hidrocarburos poliaromáticos (PAH) en el análisis de agua intersticial utilizando el método de microextracción de fase sólida, ha sido adelantado por el comité para ser aprobado con un estudio de validación limitado al cual le seguirá más tarde un estudio completo entre laboratorios que cumpla con los requisitos de D 2777.

¿Por qué hay interés en el agua intersticial dentro de sedimentos? Según se percataron los miembros del subcomité en un taller reciente, existe poca relación entre la concentración total de PAH en sedimento y la toxicidad de ese sedimento. Desafortunadamente, el marco de regulación actual no toma en consideración esta realidad. Existen retos para desarrollar tal método: la mayoría de los PAH alquilizados ocurren en grupos para los cuales no hay métodos de calibración, a pesar de que la EPA sólo enumera los componentes matriz. ¿Cómo se analizan los componentes que debido a su solubilidad variable ocurren sobre cinco, seis o hasta siete órdenes de magnitud en la concentración? El grupo de trabajo se está ocupando de estas preocupaciones y los resultados de un solo laboratorio se presentarán en la reunión de junio.

Cianuros

Para quienes no lo saben, los cianuros parecen sencillos: tres de los cuatro enlaces en un átomo de carbón están unidos a un átomo de nitrógeno, dejando a uno libre para unirse a otra cosa (-CN). Resulta que ha sido más complicado de lo que los primeros desarrolladores de métodos de ASTM sabían.

Uno de los estándares más antiguos de D19.06 que aún está en los libros, D 2036, Métodos de análisis para cianuros en el agua, se revisó recientemente. El mismo constituye una técnica colorimétrica clásica y era necesario traspasarla a la tecnología moderna. La base para este trabajo es el estándar de ASTM D 6696, Guía para comprender las especies de cianuro, la cual se terminó en el 2005.

Aun dentro del área del análisis de los cianuros, había habido mucha confusión en la terminología y la comprensión de los cianuros. El grupo de trabajo de ASTM llegó a un consenso sobre estos asuntos. En D 6696, el usuario encuentra explicaciones y discusiones sobre términos como “cianuro libre acuático”, “cianuro disponible” y “cianuro total”.

Sin esta guía, se hace imposible comprender el significado de estándares D 6888, Método de análisis para cianuro disponible con el desplazamiento de ligando y el análisis de inyección de flujo utilizando separación de difusión de gas y detección amperométrica (aprobado en el 2004); D 7237, Método de análisis para cianuro libre acuático con análisis de inyección de flujo (FIA, Flow Injection Analysis) utilizando separación de difusión de gas y detección amperométrica (aprobado en el 2006); y nuevos métodos de análisis bajo desarrollo para cianuro total en agua mediante midi- o microdestilación y la detección de cianuro total mediante inyección de flujo segmentada o digestión ultravioleta en línea y difusión de gas con detección amperométrica.

Los miembros del Subcomité D19.06 comparten una meta en común con aquéllos en otros comités de ASTM: reunir a personas con el conocimiento para alcanzar un consenso y validar métodos para el beneficio de todos, incluidos aquéllos que, al comprar estándares de ASTM, pueden llegar a determinaciones precisas. Las descripciones de los estándares recientemente desarrollados o bajo desarrollo parecen increíbles, tal vez abrumadoras, aun para aquéllos de nosotros en D19.06. A lo mejor este artículo servirá como hito para medir cuán lejos hemos llegado y para proveer un indicador al cual otra generación se referirá para comparar. ¿Qué pensarán ellos de nuestra tecnología y nuestros métodos de estándares?//