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El artículo argumenta como llegar al Tipo I de agua ultra pura

Agua ultra pura

Pascual Bolufer, Institut Químic de Sarrià (IQS)26/01/2011

26 de enero de 2011

El 26 de enero se ha celebrado en el Hotel Wellington de Madrid, la Asamblea General Constituyente de la Plataforma Tecnológica Española del Agua (PTEA), una muestra de los acuciantes problemas de abastecimiento de agua, para una población que en el último decenio ha aumentado en 13,5%. Pero también los laboratorios necesitan ahora mayores niveles de calidad. Y no solo los que analizan muestras biológicas. En astrofísica también es indispensable el agua ultra pura. Baste recordar el detector Cherenkov y el Observatorio Pierre Auger, para registro de rayos cósmicos en Mendoza, Argentina, con depósitos de 12.000 litros de agua ultra pura. Cualquier farmacéutico te dirá que sabe obtener agua ultra pura. Hay cuatro tipos, y llegar al Tipo I no es fácil. De eso nos ocuparemos aquí.

Material de partida

El agua común es una mezcla bien conocida de disolución –suspensión– concentración de iones compleja. Sus iones conducen la energía eléctrica, con baja resistencia, y tienen efectos negativos en el análisis inorgánico, además de impedir o retrasar el crecimiento de células y tejidos. Las partículas coloidales pueden ser inorgánicas u orgánicas, con tamaños entre 0,01-0,1 micras, con una carga eléctrica ligeramente negativa. Al contrario que las partículas en suspensión (arena), los coloides no se concentran en el fondo, sino que permanecen en el seno líquido. Pueden cegar los filtros y restar eficacia a la resinas de intercambio de iones.

El agua común también contiene proteínas, alcoholes, cloraminas, residuos de pesticidas y detergentes, que inutilizan las resinas de intercambio de iones y los análisis orgánicos, a base de HPLC y cromatografía de gas. También perjudican procesos como la electroforesis, que desplaza a los coloides por medio de las cargas eléctricas. La acción repulsiva de cargas eléctricas iguales impide que las partículas dispersas se reúnan, y se separen en forma de coágulos. Las cargas están localizadas en la superficie de las partículas.

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Foto: Denis Green.
El agua contiene normalmente gases. El exceso de CO2 puede disolverse para formar CO3H2, y en consecuencia disminuye el pH del agua. Los microorganismos vivos del agua son bacterias, hongos y algas. Son inadmisibles en aplicaciones que requieren esterilidad. En experimentos de crecimiento de células y tejidos no podemos permitir que el agua tenga pirógenos y virus. El agua no debe tener nucleasas, cuando necesitamos obtener copias de ADN y ARN.

El Tipo 1 de agua pura

En teoría, agua pura es la que no contiene contaminantes, pero el agua disuelve y mantiene en suspensión trazas orgánicas, partículas, bacterias, pirógenos, que inducen fiebre, y muy importante, las nucleasas, tan usadas en terapia molecular.

Las tecnologías de purificación se han refinado, hasta convertir el agua pura en algo accesible. Pero las técnicas de análisis son más y más sensibles, y muestran lo difícil que es reducir y aun eliminar el contaminante. Los profesionales se han visto obligados a establecer niveles de agua ultra pura. Sobresalen en EE.UU. American Society of Testing and Materials (ASTM) y Clinical and Laboratory Standards Institute-Clinical Laboratory Reagent Water (CLSI-CLRW).

Las tecnologías de purificación se han refinado, hasta convertir el agua pura en algo accesible
Han definido el agua muy pura en base a unos parámetros: conductancia, resistencia, presencia de coloides, número de bacterias, contenido orgánico, y pH. Existen 4 definiciones de agua pura para los cuatro tipos (ver Tabla 1).
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Tabla 1: Definiciones de agua pura para los cuatro tipos.
El Tipo IV representa el menor nivel de pureza, mientras el Tipo I, el de mayor nivel, es apto para aplicaciones muy sensibles, por ejemplo, medir el contenido de bacterias heterotróficas (CFU/ml) y endotoxinas (Unidades/ml). Como el nivel de pureza está asociado a un aumento de costes, se emplean seis tecnologías: filtración, adsorción, radiación ultravioleta, destilación, ósmosis inversa, y desionización.

La purificación es un proceso secuencial, que requiere la combinación de técnicas, con diversa capacidad para eliminar contaminantes específicos. En la industria hoy día es fácil conseguir el nivel 2 de agua pura. Se comienza con la ósmosis inversa, y se continúa con la desionización, o bien electrodesionización. En el comercio se denomina 'Elix Clinical'. Este sistema comienza con el agua del grifo, tratada con el cartucho Progard. Sigue la ósmosis inversa, para lograr agua tipo 3. Sigue el método final Elix, con resinas de intercambio de iones, para obtener agua tipo 2. Ya no hay necesidad de la destilación y la desionización convencional. El fabricante garantiza que se pueden obtener análisis de ppb (parte por mil millones). Con agua tipo 2 se podrá alimentar un sistema para obtener agua tipo 1. Ya es una realidad.

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La purificación es un proceso secuencial, que requiere la combinación de técnicas, con diversa capacidad para eliminar contaminantes específicos. Foto: Miguel Saavedra.

Hacia el agua Tipo 1

Para separar iones inorgánicos la destilación y desionización son excelentes, pero si pretendemos eliminar materia orgánica, bacterias, pirógenos y nucleasas el uso combinado de los ultravioleta y la ultrafiltración es más eficaz. El Tipo 1 es necesario para la cromatografía líquida de alta precisión y para la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Si hay en el agua nucleasas, dañarán el ADN, y la amplificación no ocurrirá, las copias.

Las nucleasas son pequeñas enzimas que encontramos en todo tipo de células. Soportan el calor, y son activas en un margen amplio de pH. Son enzimas hidrolasas que catalizan la ruptura de los enlaces fosfodiéster. Existen 5 clases, según el tipo de enlace que hidrolizan. Algunas son altamente específicas y modifican las proteínas. Hay nucleasas llamadas dedos de zinc, que cortan el material genético. En el material de laboratorio están presentes, y necesitamos disminuir sus efectos negativos.

El método tradicional para asegurar que el agua no contiene nucleasas usa una solución al 0,1% de dietil pirocarbonato (DEPC), el cual inactiva con eficacia las enzimas ribonucleasas en el agua. Pero el DEPC tiene inconvenientes, por lo cual hoy día se usa la combinación de los UV y la ultrafiltración.

El método tradicional para asegurar que el agua no contiene nucleasas usa una solución al 0,1% de dietil pirocarbonato (DEPC), el cual inactiva con eficacia las enzimas ribonucleasas en el agua
Los beneficios del ultravioleta están en que elimina trazas de compuestos orgánicos e inactiva microorganismos mediante una acción oxidante fotoquímica, que oxida compuestos orgánicos a base de producir CO2. La luz ultravioleta de 185 y 254 nm destruye casi todas las bacterias, y logra muy bajos niveles de carbono orgánico. La radiación de 254 nm tiene excelentes propiedades antibacterianas, por producir mutaciones de ADN. En cuanto a la luz de 185 nm, rompe las uniones orgánicas, y genera radicales libres, es decir, provoca la muerte de la célula. La combinación de ambos ultravioleta logra unos niveles de carbono inferiores a 5 ppb.
Por su parte, los beneficios de la ultrafiltración radican en que excluye partículas del tamaño de los pirógenos y nucleasas. Se captan con fibras huecas de polisulfona, de la membrana del filtro, y son expulsadas. Estos filtros se posicionan al final del sistema, para asegurar la eliminación de todas las nucleasas y pirógenos. La empresa Thermo Scientific Barnstead logra con este método niveles de <0,003 ng/ml (nucleasas) y <0,4 pg/ml (pirógenos). La combinación de oxidación con ultravioleta y la ultrafiltración es un método fácil y rápido para producir agua ultra pura.
Referencias bibliográficas

- AKANA, J. How pure is ultrapure. Chemistry & Industry 12 july 2010.

- AZOULAY, A. Comparison of the mineral content of Tap water and bottled waters.J.Gen.Intern.med. 16 – 2001.

- VOORS, W. Mineral in the municipal water and atherosclerotic hearth death. Am.Journal of Epidemiol. 93 – 1971.

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