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Impacto de la Metrología Química en el Cuidado de la salud y el Medio Ambiente y en el Comercio. Q.F. Elizabeth Ferreira Definición Metrología en química es el campo del conocimiento relativo a las mediciones químicas. A partir de la Reunión realizada en Río de Janeiro en noviembre de 1997, la Metrología Química fue incorporada a las actividades del SIM (Sistema Interamericano de Metrología). OBJETIVO Establecer la trazabilidad de las mediciones químicas a las unidades SI cuando sea necesario y posible. Esto se logra mediante: Desarrollo de patrones de medición nacionales (internacionales) como puntos de referencia para las mediciones químicas, ligados al SI por métodos primarios (si existen). Establecimiento de cadenas de trazabilidad que permitan realizar mediciones con incertidumbres confiables que puedan ser determinadas en los laboratorios de trabajo. La mayoría de los patrones de medición son la realización de las unidades del SI y están resguardados como los patrones nacionales de medición en cada país, en el IMN respectivo. El enlace entre la realización del patrón y el SI se establece generalmente a través de métodos primarios de medición es decir métodos únicos que no necesitan ninguna referencia a otro patrón de la misma magnitud. A nivel internacional la uniformidad de las mediciones se establece a través de comparaciones entre institutos de metrología nacionales TRAZABILIDAD “Propiedad del resultado de una medición o del valor de un patrón por la cual pueda ser relacionado a referencias determinadas, generalmente patrones nacionales o internacionales, por medio de una cadena ininterrumpida de comparaciones teniendo todas, incertidumbres determinadas” BIPM/VIM: 1993, 6.10 CENAM: / CNM-MMM-PT-001 (1996) Trazabilidad e incertidumbre BIPM PATRONES NACIONALES DE OTROS PAÍSES INCERTIDUMBRE LATU Patrón Primario LAB. SECUNDARIO Patrón de Transferencia LAB. INTERNO Patrón de Referencia TRAZABILIDAD EXTERNA TRAZABILIDAD INTERNA LA INCERTIDUMBRE ES EL INDICADOR MÁS IMPORTANTE DE LA CALIDAD DE UNA MEDICIÓN INSTRUM. Y CONTROL Patrón de Trabajo PROCESO-LINEA DE PRODUCCIÓN instrumentos de Medición TOLERANCIA DEL PROCESO MATERIALES DE REFERENCIA Material de Referencia (MR) “ Material o substancia para el cual el valor de una (o de varias) de sus propiedades es lo suficientemente homogéneo y bien establecido como para ser utilizado como referencia en la calibración de un instrumento, en la evaluación de un método de medición o para asignar valores a las propiedades de otros materiales. Material de Referencia Certificado (MRC) “ Material de referencia, acompañado de un certificado, para el cual el valor de una (o de varias) de sus propiedades se ha certificado por medio de un procedimiento que establece su trazabilidad a una realización exacta de la unidad en que se expresan los valores de la propiedad y en el que cada valor certificado se acompaña de una incertidumbre con un nivel de confianza declarado. BIPM-VIM: 1993, 6.13, 6.14 Necesidad de mediciones comparables: realización de pruebas de aptitud El establecer la comparabilidad de los resultados, y de ese modo eliminar dudas sobre la veracidad de datos realizados por una organización, es cada vez más necesario debido al aumento de la demanda de datos químicos confiables por parte del comercio, sector industrial, entes reguladores y fiscalizadores. Debido al creciente incremento de subcontratación de análisis, debido a presiones comerciales, es que se debe exigir una comprobación objetiva a quien es subcontratado de que sus mediciones son comparables, además de contar con un sistema de calidad. Una prueba de la aptitud de un laboratorio es una demostración fehaciente de ésta a través de la realización de una medición, calibración o ensayo, cuyo resultado es comparado con una referencia aceptada y es una herramienta externa de evaluación. Los términos prueba de aptitud y comparación se usan para designar ejercicios similares, aunque la primera generalmente implica un requisito que los laboratorios deben superar para ser aprobados, mientras que la segunda puede ser un ejercicio de control o estudio. La demostración de la aptitud de un laboratorio, comparando sus resultados con los de una referencia aceptada, depende precisamente de la confiabilidad de dicha referencia. Bajo el modelo establecido, y aceptado internacionalmente, el puente que permite establecer la comparabilidad y trazabilidad de las medidas a nivel nacional e internacional son el uso adecuado de materiales de referencias y la participación en pruebas de aptitud de los laboratorios de ensayo, sumado a acuerdos de reconocimiento mutuo. Importancia y Complejidad de las mediciones químicas Las mediciones quimicas son multidimensionales un gran numero de especies químicas (>105) en un amplio rango de matrices (10?) y están en fracciones de masa en un rango de <10-12 to 1 fm atr 10 ? ices #o (ej., requiere confirmacion de identidad tanto como cantidad). mass fraction <10-12 to 1 Para la M.Q el objetivo es determinar la cantidad de una entidad química específica en una matriz dada y no simplemente la “cantidad de sustancia" # of compounds measured >105 ... un ejemplo de su complejidad Clases de químicos regulados en alimentos (hay multiples mensurandos dentro de cada clase) Nominal Concentrations of Measurands in Foods 1 g/g proximates dietary fiber minerals 1 mg/g 1 µg/g GMOs trans fatty acids caffeine nitrates 1 ng/g vitamins allergens toxic elements (lead, mercury) pesticides 1 pg/g marine biotoxins (okadaic acid, yessotoxins) veterinary drug residues mycotoxins (aflatoxin, ochratoxin) PAHs dioxins and dioxin-like PCBs All of these measurements are impacted by legislation. Áreas de desarrollo de la Metrología Química: Intercomparaciones clave del CCQM Salud Diagnó Diagnóstico clí clínico: colesterol, glucosa, creatina, trazas de hormonas electrolitos (Na,K,Ca) Pb en sangre Esteroides anabó anabólicos en orina Alimentos residuos de pesticidas Antibió Antibióticos en carne hormonas de crecimiento en carne vitaminas y minerales agua potable Medio Ambiente aire suelos tejidos bioló biológicos agua contaminada Materiales de avanzada semiconductores aleaciones metálicas polímeros y plásticos Forensicos drogas de abuso residuos explosivos detectores de alcohol perfiles de DNA Otros emisiones azufre en combustibles fósiles gas natural sacarosa cementos Proceso de Metrología Química- LATU Objetivo general: Dotar al país de un Centro de Referencia en Metrología Química que brinde al sector productivo y la sociedad las herramientas para establecer trazabilidad para las mediciones que se necesiten realizar, estableciendo patrones nacionales de medición, desarrollando materiales de referencia, implementando las normativas internacionales de aseguramiento de calidad pertinentes, de modo de poder incrementar la confiabilidad de las mediciones del país y contribuir a su competitividad y desarrollo y a mejorar la calidad de vida de la población. IMPACTO DE LA METROLOGÍA QUÍMICA EN EL DÍA A DÍA Combustibles fósiles • gasolina • carbón • natural gas Aguas potables • Medida de caudal • calidad Calibracion de altímetros Alimentos y Nutrición • etiquetado • calidad Termometría • cuidado de la salud • Control de proceso Refrigerantes El Comercio Internacional requiere Trazabilidad y Comparabilidad trazabilidad IMNa comparabilidad IMNb Mediciones Mediciones Especificaciones Requerimientos Vendedor negocio IMN: Instituto Metrológico Nacional Comprador Barreras al Comercio relacionadas a mediciones químicas El acero de los gasoductos de Alaska Mercurio en pescado Encefalopatía Bovina Espongiforme (BSE) Cianuros en uvas Organismos Geneticamente Modificados (GMOs) LA METROLOGÍA QUÍMICA EN EL COMERCIO DE ALIMENTOS CONTROL DE CALIDAD Frescos (crudos) Ej. Lácteos Carnes Procesados, (proceso o producto terminado) Enlatados Congelados Deshidratados Embutidos • Garantizar contenido nutrimental • Garantizar sabor • Envase • Presentación • Higiene e inocuidad • Control de procesos o empaque Calidad nutrimental de los alimentos Que y cuanto proporcionan Componentes básicos para la vida Proteínas Hormonas Enzimas Biometrología Ácidos nucleicos (ADN y ARN) Carbohidratos Lípidos (Grasas y aceites) Metrología química Vitaminas en Minerales alimentos Agua Proteínas Hormonas Enzimas Inocuidad de los alimentos Que y cuanto proporcionan Componentes tóxicos para la vida Organismos modificados Biometrología genéticamente? Hormonas Enzimas Bacterias Hongos Levaduras Parásitos Metales pesados y órgano-metales Antibióticos Anabólicos Invermectinas Nitritos y nitratos Fosfatasa residual Aflatoxina M1 N2 amoniacal Plaguicidas Hormonas Metrología química en alimentos CONTROL DE PROCESO Parámetros de proceso: Temperatura Presión Masa Tiempo Flujo Parámetros fisico-quimicos: Densidad Viscosidad pH Tamaño de partículas Calidad del producto: Valores nutrimentales Contenido de tóxicos EJEMPLO DE LA IMPORTANCIA ECONOMICA EN EL CONTROL DE PROCESO Leche semi-descremada con 1.6 % de grasa 1000,000 L/día Método analítico con sesgo negativo de 0.1% e incertidumbre de 0.5% Para 1.7% el analista reporta 1.6% Exceso adicionado de grasa 0.1% Grasa: $3.00 USD/kg Exceso de grasa: 1g/L Perdida: 1000 kg x 3 = 3000 USD/día ≈ 1,000 000 USD/año LA METROLOGÍA Y SU IMPACTO EN EL MEDIO AMBIENTE Mediciones ambientales Ambiente marino Aguas potables y residuales Fuentes de emisión estacionarias y móviles 1988-EPA Aagencia de protección ambiental de USA) Generadores de energía termoeléctricas (carbón) Reporte al Congreso Americano Emisión de Contaminantes Tóxicos a la atmósfera por instalaciones industriales emisión de 50 ton de Mercurio (Hg) Representa 1/3 de lo liberado al ambiente producidas antropogénicamente Hg se acumula como metilmercurio en ambientes acuáticos El NRC estima que cerca de 60 000 infantes pueden nacer cada año con defectos neurológicos por exposición al Hg inútero por consumo de productos del mar. El medio ambiente es vital para nuestro bienestar. La actividad humana lo afecta negativamente. Las mediciones sobre la calidad del ambiente son muy importantes para vigilar sus cambios. Mediciones confiables, comparables internacionalmente Vigilar sus cambios (graves, lentos, a largo plazo…) Efectos sobre los organismos vivos Agua, aire, suelo, cambio climático, vibraciones (ruido), radiaciones (ionizantes, UV, infrarrojo, etc.) Importancia de las substancias químicas Toda materia, tanto viviente como inanimada, está hecha de muchos elementos químicos papel fundamental en la vida sobre el planeta. La demanda de nuevos y mejores materiales provoca el desarrollo de nuevos compuestos químicos, más de mil, cada año. Los subproductos, intencionales o no, en procesos industriales, manufactura y combustión, pueden presentarse como contaminantes en productos, residuos sólidos y liberaciones al aire, agua y suelo. Grupos vulnerables a proteger de las sustancias peligrosas • Seres humanos • Especies de la biota acuática o terrestre más susceptibles o amenazadas de extinción • Organismos polinizadores… • Organismos predadores y últimos eslabones de la cadena alimentaria (que bioacumulan y biomagnifican las sustancias a las que se exponen) Sustancias peligrosas para el ambiente y la salud humana y demás organismos de la Biota Como las causantes del deterioro de la capa de ozono (clorofluorocarbonos para producir espumas sintéticas para empaques, aislantes, mobiliario y otros usos) La organización mundial de meteorología coordina un monitoreo mundial de los gases de efecto de invernadero (como el bióxido de carbono y el metano) Sustancias tóxicas persistentes El hombre ha descubierto productos químicos como los plaguicidas para controlar o eliminar plagas que causan enfermedades que interfieren con la producción agrícola. Se calcula que actualmente se usan más de 3500 plaguicidas orgánicos. Todos ellos pueden contaminar el medio ambiente. Mediciones y métodos necesarios para la evaluación del cambio climático Irradiance Measurements & Standards cooling warming Aerosol Data Greenhouse Gas Measurements & Standards For Cap-and-Trade Ozone Concentration Standards Reflectance Standards chemical physical Mediciones de las emisiones de gases con efecto invernadero La mitigación efectiva del calentamiento global inducido por estos gases requiere de mediciones precisas y comparables para: Determinar con exactitud los niveles de emisión y sus limites Monitoreo de los niveles de GHG sobre sus fuentes y sumideros Evaluar el impacto de las estrategias de mitigación Credit: R. Rohde © argot/Shutterstock Costo del daño ambiental • Producción de desechos peligrosos • Efectos adversos de la exposición a diversos tóxicos • Deforestación y degradación del suelo • Contaminación por fuentes fijas y fuentes móviles • Desastres naturales …………… METROLOGÍA QUÍMICA EN EL CUIDADO DE LA SALUD Tecnologías Médicas y de la Salud Costos relacionados con el cuidado de la salud en USA ~ se estima $1.5 trillion Prevencion Diagnostico Folic Acid Binding Protein Tratamiento/Terapia Troponina CSTL ha establecido 12 métodos definitivos para marcadores de estado de salud Calcip Cloruro Colesterol Creatinina Glucosa Litio Magnesio Potasio Sodio Trigliceridos Urea Acido Urico Cancer, coagulacion sanguinea Funcion renal Enfermedad cardíaca Funcion renal Diabetes Tratamiento antisicótico Enfermedad cardíaca Balance electrolítico Balance electrolítico Enfermedad cardíaca Funcion renal Gota PSA Nutricion 100% Fat + 1 ++ 3 2 + 5+ + + + ++ 4 + + + + + 6 7 + + 8 ++ 9 + 100% Protein MRC colesterol: Estudio de impacto económico Falsos Negativos Falsos Positivos 23.7% 1949 1969 18.5% 11.1% 1980 1986 Titulo: MRC para mediciones de Colesterol Productos: NIST MRC 911, 909, 1951,1952 Usuarios: • Fabricantes de reactivos e instrumentos • Redes de laboratorios • Laboratorios clínicos 1990 -1994 2000 Untreated Disease Fallecidos 6.4% 5.5 - 7.2%* 3% Unnecessary Treatments Gasto innecesario $$$ Correct Value *Data from GAO and CAP N u m b e r o f p a tie n ts 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 300 350 Cholesterol, mg/dL si el desvío de las mediciones es : Positivos (>240 mg/dL) por 1000 -10% bias -3% bias -1% bias 120 203 234 0% bias 249 +1% bias +3% bias +10% bias 263 300 446 Cambios esperados en “Positivos/1000” -129 -46 -15 +14 +51 +197 Proyecto: “Garantía de Resultados relativos al ambiente y a la salud y nutrición de la población a través de la Red Nacional de Trazabilidad de Mediciones de Cantidad de Sustancia". DATOS RELEVANTES: Fué presentado a la Agencia Nacional de Investigación e Innovación en agosto de 2008. El monto global del proyecto asciende a U$S 684166. La aprobación de este proyecto hace posible la adquisición de un ICP-SF-MS (espectrómetro de masas de sector magnético con plasma acoplado inductivamente) capaz de cuantificar desde ultratrazas hasta componentes mayoritarios de una matriz. En el se pueden identificar y eliminar las interferencias poliatomicas causadas por el argón y/o la matriz de la muestra, con el fin de mejorar la exactitud y la precisión de la cuantificación de multielementos a nivel de trazas. Dilución isotópica (ID-ICP-MS): Es la técnica utilizada por los IMN del mundo para establecer los patrones nacionales de cantidad de sustancia en análisis de trazas metálicas. Es considerada por el CCQM (Comité consultivo de cantidad de sustancia) como un método analítico primario para la determinación de trazas metálicas, lo que permite el desarrollo de patrones primarios de medición. OBJETIVO GENERAL Dotar al Instituto Nacional de Metrología (LATU) de las herramientas necesarias para establecer la trazabilidad de las mediciones de elementos metálicos mediante el establecimiento de patrones nacionales de medición y el desarrollo de materiales de referencia certificados, de modo de poder incrementar la confiabilidad de las mediciones del país, contribuyendo entonces a mejorar la calidad de vida de la población así como a su competitividad y desarrollo. RESULTADOS ESPERADOS Patrones nacionales de los metales incluidos en las normativas de agua potable (Dec. 315/994), agua natural (Dec. 253/79), efluentes (Dec. 253/79) y seguridad de juguetes (NM 300-3:2002). Patrones nacionales de calcio, sodio, potasio, magnesio, hierro, plomo, en leche en polvo RESULTADOS ESPERADOS MRC de metales en agua potable y efluentes. MRC de arsénico, plomo, cromo. Bario, selenio, mercurio, antimonio, cadmio en el lixiviado de juguetes. MRC de caldio, sodio,potasio, magnesio, hierro en leche en polvo. Metrología Química: una buena inversión Mediciones exactas y confiables: • Hacen posible nuevas tecnologías • Promueven la equidad en el comercio • Son soporte de la competitividad industrial • Facilitan la globalizacion • Impulsan el crecimiento economico y Mejoran la calidad de vida en todo el mundo ¡Muchas gracias por su atención!