Aumente a produtividade e a lucratividade em análises ambientais com IC

16/03/2020

Artigo

Quase todo químico inicia sua trajetória sob a orientação de profissionais capacitados, aprendendo a forma correta de implementar o método científico e de se manusear com segurança no laboratório. Não sou diferente: obtive meu doutorado em Química Analítica e Ambiental há vários anos. No início dos anos 2000, atuei no setor de análises ambientais investigando a contaminação do solo por metais pesados e derramamentos de produtos químicos, medindo a qualidade da água e principalmente realizando estudos relacionados à química atmosférica. Durante esses anos, estive exposto a diversas tecnologias analíticas, laboratórios de tamanhos variados e diferentes procedimentos de preparação de amostras.

Um tema comum percorre esses diferentes lugares – a caça ao mais tempo e um orçamento maior. Porém, com as ferramentas certas à sua disposição, você também pode pegar seu bolo e comê-lo.

Análise química ambiental

O foco da análise ambiental reside nestes três setores principais:

Ar
Água
Solo

É do nosso interesse estudar estas áreas interligadas tão minuciosamente quanto possível, considerando como a nossa saúde e o futuro da nossa espécie se relacionam fortemente com elas e dependem delas.

Autoridades e regulamentos

Com isso em mente, as autoridades locais e governamentais desenvolveram e aplicaram vários regulamentos para o bem da saúde pública.

Uma das autoridades mais conhecidas no assunto são os Estados Unidos Agência de Proteção Ambiental (EPA). Debaixo de Lei do Ar Limpo (promulgado em 1970) e Lei da Água Limpa (1972), bem como a exigência de relatar o uso e descarte de substâncias químicas tóxicas (Relatórios TRI), diversas normas e padrões foram desenvolvidos ao longo dos anos seguintes para atender às diretrizes rigorosas apresentadas nesta e em outras regulamentações.

No mundo da análise de água, um dos métodos mais comuns sobre os quais você ouvirá falar é o Método EPA 300. Os métodos 300,0 e 300,1 fornecer instruções detalhadas aos analistas químicos sobre a medição de ânions comuns (Parte A) e subprodutos inorgânicos da desinfecção (Parte B) em água por meio de cromatografia iônica.

Interessado em Método EPA 300.1? Aproveite uma seleção gratuita de nossas notas de aplicação de IC relacionadas abaixo:

Subprodutos de desinfecção e ânions padrão de acordo com EPA 300.1 A e B

Bromato em água com detecção de condutividade: separação e LOQ otimizados

Determinação on-line de bromato e outros subprodutos de desinfecção em água potável e engarrafada com IC

Cargas de trabalho mais pesadas = menos tempo por amostra

Uma lista crescente de contaminantes aquosos e requisitos regulatórios cada vez mais rigorosos exigem que os laboratórios processem mais amostras em menos tempo, sem sacrificar a precisão.

A natureza das amostras medidas em laboratórios ambientais é tal que a preparação da amostra é necessária – isto sempre envolve filtragem as amostras e, em muitos casos, diluindo eles também. Este procedimento é a única maneira de evitar danos ao sistema de análise e de obter resultados precisos.

No entanto, a preparação da amostra é uma etapa dispendiosa, pois envolve uma quantidade significativa de trabalho, bem como consumíveis dispendiosos.

É hora de analisar os números!

Um estudo de 30 dias foi realizado em um sistema Metrohm IC com ultrafiltração e diluição automática por um laboratório de análise ambiental nos EUA. Este laboratório, como muitos outros, processa um grande volume de amostras, incluindo algumas com prazo de validade limitado. A fiabilidade é, portanto, um critério particularmente importante quando se trata de comprar um novo sistema.

As considerações económicas também desempenham um papel fundamental: um novo sistema deverá pagar-se a si próprio o mais rapidamente possível; precisa gerar um retorno sobre o investimento após um ano, no máximo.

Então, como foi nosso desempenho no estudo? Testamos vários parâmetros, incluindo:

Filtração
Supressão
Colunas de separação
Diluição
Robustez

(Clique para ir diretamente para a seção relevante)

A célula de ultrafiltração em linha Metrohm.

(Ultrafiltração

Todas as amostras ambientais aquosas devem ser filtradas antes da análise. Isto evita que partículas da amostra contaminem ou bloqueiem a coluna de separação, prolongando significativamente sua vida útil. O grande volume de amostras no laboratório envolvido neste estudo reduziu o custo do material para apenas US$ 1 por filtro de seringa. No entanto, como cada amostra individual requer um novo filtro, com 14.300 amostras por ano, isto ainda equivale a US$ 14.300 – apenas para materiais de filtração!

A ultrafiltração integrada no sistema de cromatografia de íons da Metrohm só precisa de uma troca de filtro por dia, economizando para este laboratório mais de US$ 12.000 por ano. Além disso, o processo de ultrafiltração é totalmente automatizado.

Em comparação com a filtração manual, isso economiza três minutos de tempo de trabalho por amostra. Com custos trabalhistas de US$ 18 por hora, isso novamente corresponde a uma economia de cerca de US$ 13.000 por ano.

Economia de custos anual estimada pela mudança da filtragem manual para a ultrafiltração automática em linha.

No geral, o uso da ultrafiltração economiza mais de US$ 25.000 em despesas anuais – um retorno sobre o investimento (ROI) significativo.

Para obter ainda mais informações sobre essa economia de tempo, leia nossa postagem anterior no blog sobre como determinar quando é hora de trocar a membrana de ultrafiltração.

Quando devo trocar a membrana de filtração pela Ultrafiltração Inline?

A versão de alta capacidade do Módulo Supressor Metrohm (MSM).

Supressão

A supressão reduz a condutividade do eluente, resultando em uma detecção de condutividade mais sensível do analito. Isto permite atingir limites de detecção e quantificação particularmente baixos.

O instrumento utilizado anteriormente neste laboratório (de um fornecedor diferente) empregou supressores baseados em membrana. Esses supressores devem ser substituídos a cada tres meses, custando aproximadamente $ 1.200 cada vez. O Módulo Supressor Metrohm (MSM), por outro lado, é uma compra única porque utiliza partículas trocadoras de íons em um leito microcompactado robusto para supressão em vez de membranas. Os três cartuchos de supressão do MSM alternam entre supressão, enxágue e regeneração, garantindo supressão contínua em todos os momentos.

Os reagentes de regeneração são baratos, custando em média US$ 52 por 1.000 amostras, resultando em custos anuais totais de US$ 750 por 14.300 amostras. Isto é muito mais barato do que o custo de substituir um supressor de membrana várias vezes!

Economia de custos anual estimada pela mudança de supressores de membrana para MSM de leito compactado.

Quer aprender ainda mais sobre a supressão em cromatografia de ânions? Baixe nosso folheto gratuito aqui.

Supressão em cromatografia de ânions – Análise mais sensível de ânions e ácidos orgânicos

Seleção de colunas de separação Metrohm em vários comprimentos com chips inteligentes (parte superior) e colunas de proteção (parte inferior).

Colunas de separação

Com as colunas Metrohm, o laboratório ambiental deste estudo conseguiu uma melhor separação dos analitos e uma vida útil da coluna muito mais longa – em média, 7.000 injeções em comparação com 1.200 nas colunas anteriores. Parece haver dois fatores fundamentais para a redução do desgaste na coluna de separação:

O cromatógrafo de íons Metrohm fornece medindo sinais que são quatro a cinco vezes mais fortes. Isto permite reduzir o volume de injeção por um fator de cinco.
Além disso, a Ultrafiltração Inline Metrohm remove partículas com tamanho de até 0,2 μm, enquanto a filtração manual com filtros de seringa só pode remover partículas até 20 μm.

No geral, o uso de colunas de separação Metrohm economiza quase US$ 18.000 em um ano para um laboratório de análise ambiental de alto rendimento.

Economia de custos anual estimada ao deixar de usar colunas de separação Metrohm em comparação com a concorrência.

Procurando uma coluna específica para seus desafios de análise? Confira nosso Localizador de colunas aqui!

Localizador de coluna Metrohm

Diluição

Se a determinação indicar que a concentração do analito é muito alta, ou seja, fora da faixa de determinação permitida, a amostra deverá ser diluída e reanalisada.

Esta é a situação de cerca de 30% das amostras do laboratório envolvido neste estudo. A diluição manual leva pelo menos três minutos por amostra para a equipe do laboratório. Com custos de mão de obra de aproximadamente US$ 18 por hora, isso soma custos anuais de US$ 3.800.

2020/03/16/ic-environmental-analysis/_10

Economia de custos anual estimada pela mudança de práticas de diluição manual para diluição automática em linha da Metrohm.

A diluição automática em linha elimina essa despesa: o sistema de análise dilui as amostras relevantes de forma totalmente automática e depois as mede novamente. Isso faz com que o laboratório muito mais eficiente: o rendimento diário de amostras aumenta e as amostras com prazo de validade limitado são sempre analisadas em tempo útil.

Saiba mais sobre as diversas opções de preparação de amostras em linha da Metrohm disponíveis aqui:

Preparação de amostras em linha Metrohm

Robustez

A economia significativa de custos não foi o único benefício do sistema de análise Metrohm – o estudo comparativo de 30 dias também revelou uma série de outras vantagens. A empresa ficou impressionada com a robustez do instrumento e com a sua capacidade de medir toda a gama de amostras processadas no seu laboratório.

Sua calibração estável também permitiu reduzir a frequência de calibração: o novo sistema só precisa de calibração a cada duas a três semanas em vez de a cada dois ou três dias.

As características mais impressionantes, porém, foram a alta sensibilidade de medição e a grande faixa linear do detector. Graças a este último, apenas 2% das amostras permanecem fora da faixa de medição e precisam ser diluídas – em comparação com 30% no sistema antigo.

Resultados finais

O teste de 30 dias provou ao laboratório em questão que o Metrohm IC com as técnicas integradas de preparação automática de amostras em linha economiza custos de material e mão de obra. Além disso, também oferece uma série de melhorias em termos de desempenho de análise em comparação com os sistemas anteriormente utilizados no local.

As economias mais significativas são aquelas para custos de mão de obra e materiais resultantes da utilização da ultrafiltração, seguidas daquelas resultantes da vida útil mais longa da coluna de separação.

Para o cálculo final da economia ao longo de um ano inteiro, baixe abaixo nosso White Paper sobre o assunto.