UD4 Toma de muestras

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UD4 Toma de muestras

  1. 1. Unidad Didáctica 4: Toma de muestras
  2. 2. UD4: Toma de muestras Módulo 1: Muestreo y Preparación de la Muestra Ciclo: Laboratorio de Análisis y Control de Calidad. LA3GUIÓN –ÍNDICE1. METODOLOGÍA DE LA TOMA DE MUESTRAS2. MÉTODOS Y EQUIPOS PARA LA TOMA DE MUESTRA2.1. Toma de muestras sólidas2.2. Toma de muestras líquidas2.3. Toma de muestras gaseosas2.4. Toma de muestras especiales3. ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD DE LA TOMA DE MUESTRA3.1. Manipulación, conservación, transporte y almacenamiento de la muestra3.2. Registro, etiquetado y marcado de las muestrasCurso 2009-2010 2
  3. 3. UD4: Toma de muestras Módulo 1: Muestreo y Preparación de la Muestra Ciclo: Laboratorio de Análisis y Control de Calidad. LA31. METODOLOGÍA DE LA TOMA DE MUESTRASUn plan de toma de Muestra debe asegurar que la muestra obtenida reflejeadecuadamente las propiedades que interesan del lote del que proviene, es decir lamuestra final debe ser: • Tan similar como sea posible a la población global a analizar • Poseer sus características esenciales • Ser reproduciblePara conseguir todo esto es necesario seleccionar subareas y métodos de toma demuestra en base a criterios estadísticos y/o la experiencia previa.Básicamente hay cuatro formas de tomar las muestras, de las que tres están basadasen métodos estadísticos o criterios probabilísticos, el muestreo aleatorio, la toma demuestras sistemática y la toma de muestras estratificada, siendo la cuarta a criterio deltécnico, un método de toma de muestra arbitrario (no probabilístico) basado en laexperiencia y que puede servir para una estimación inicial, por ejemplo, en la medidade la contaminación, determinar los puntos de toma de muestra en base a las zonasque se estiman más afectadas.Toma de muestras aleatoriaSe suele emplear cuando se tiene poca información del lote a muestrear. Se divide ellote en zonas y se toman muestras de las zonas seleccionadas empleando tablas oprogramas generadores de números aleatorios. Para minimizar la posibilidad de quelos números aleatorios seleccionen porciones de una sola zona del lote (figura.1), estemétodo se suele complementar con la estratificación del lote. Esta estrategia obliga atomar mayor número de muestras que las otras. Figura 1Toma de muestras sistemáticaCuando se trata de tomar muestras en grandes áreas, se establecen sobre ellapatrones de toma de muestra en forma de W, X ó S, útiles para lotes homogéneos opara una primera prospección (a), (b).Curso 2009-2010 3
  4. 4. UD4: Toma de muestras Módulo 1: Muestreo y Preparación de la Muestra Ciclo: Laboratorio de Análisis y Control de Calidad. LA3 a) b)También pueden ser mallas regulares donde los puntos de toma de muestra puedendistribuirse regularmente (c), (d), agruparse (e) o distribuirse, en un caso de estudio decontaminación, de forma radial alrededor de una fuente localizada del analito (f). c) d) e) f)en caso de zonas más irregulares puede trazarse un eje y desde él trazar perfilestransversales (g). g)Toma de muestras estratificadaSe divide a la población en estratos, cuando es posible de manera que cada estratosea homogéneo respecto en cuanto a propiedades de la muestra. Dentro de cadaestrato se procede a tomar las muestras siguiendo cualquiera de los procedimientosvistos anteriormente, generalmente probabilísticos y de manera que la cantidadresultante, en masa o volumen, de muestra de cada estrato este ponderada respectodel total del lote.Curso 2009-2010 4
  5. 5. UD4: Toma de muestras Módulo 1: Muestreo y Preparación de la Muestra Ciclo: Laboratorio de Análisis y Control de Calidad. LA32. MÉTODOS Y EQUIPOS PARA LA TOMA DE MUESTRAEs imposible sistematizar las técnicas e instrumental necesario para la toma demuestra; cada tipo de material necesita una tecnica e instrumental específico, quedepende del estado físico del mismo (sólido, líquido o gas), tamaño de partícula,propiedades físicas (dureza, densidad, viscosidad, etc...) y otros muchos factores.En la mayoría de los casos, los protocolos de toma de muestra se van a encontrarrecogidos en las normas ASTM, ISO, EPA, UNE o UNE-EN, que son de carácterinternacional, y en las que se encontrará protocolizado todo el proceso, desde la etapade toma de muestra, reducción, envasado, conservación y método o métodos deaplicación para efectuar la determinación de que se trate, en orden a asegurar lacalidad del proceso. De todas formas, vamos a ver a continuación algunosprocedimientos de toma de muestra dividiéndolos en función del estado físico de lamatriz.2.1. Toma de muestras sólidasEn general, la heterogeneidad de las muestras sólidas obliga a diseñar la toma demuestra de forma que la muestra final tenga la máxima representatividad con el mínimocoste económico.Además se deberán tener en cuenta otros factores adicionales tales como el estado deagregación, ya que pueden ser materiales particulados o compactados y si seencuentran estáticos o en movimiento. Veamos diferentes casos:Materia que tiene partículas y que se mueve El flujo de un material particulado tienecaracterísticas que dependen de su tamaño. Debido a ello, cada incremento tendrá queser amplio para poder tomar las partículas más grandes.Para minerales, carbón, granos (semillas) y similares que se mueven por cintastransportadoras, los incrementos se pueden completar por medio de submuestrasformadas por secciones transversales escogidas a mano.Materia particulada estática Ejemplos de este tipo pueden ser el suelo o el grano quese han apilado en camiones o en contenedores. El muestreo debe garantizar que setoman incrementos en todos los lugares donde ha estado esa muestra, paracompensar la variabilidad debida a esas localizaciones. Por ello, si no hay utensiliosadecuados, lo más adecuado sería movilizar la muestra, por medio de una cintatransportadora o semejante. De esta forma, estaríamos en la situación descritaanteriormente.Si la materia estuviese recogida en montones específicos, como sacos, recipientes etc.,el muestreo sería más fácil dado que se podrían tomar incrementos de esosrecipientes. Para ello, los utensilios que se utilizan suelen ser las bayonetas, tanto lasde un tubo único como las de tubo con agujeros (figura 2).Sólidos compactos Con este nombre se denominan una clase amplia de sólidos.Pueden ser rocas, piedras, arcilla, aleaciones, fibras, etc. Los instrumentos paramuestrear sólidos compactos tienen que ser capaces de romper, hacer agujeros ocortar. Debido a ello, los taladros, tornos, tijeras y utensilios semejantes serán los quese utilicen para su muestreo.Curso 2009-2010 5
  6. 6. UD4: Toma de muestras Módulo 1: Muestreo y Preparación de la Muestra Ciclo: Laboratorio de Análisis y Control de Calidad. LA3 Figura 2: Bayonetas para recoger muestras sólidas: i) de tubo unico ii) de tubo con agujeros • SubmuestreoCuando los tamaños de las partículas de una muestra sólida tienen mucha variabilidadel tamaño del lote resulta demasiado grande y entonces es necesario hacer unsubmuestreo. Aceptando que todos los incrementos que se utilicen compondrán unamuestra única, cuando el laboratorio no pueda recibir esa muestra tan grande esobligatorio dividir esa muestra.Esto, en general, conlleva los siguientes pasos: - La molienda de la muestra sólida hasta que se logre el tamaño de partícula adecuado - El tamizado: es el procedimiento para lograr un tamaño homogéneo de la materia particulada - La homogeneización por medio de un molino de bolas - La subdivisión por el procedimiento del cuarteo o por medio de aparatos especiales para dividir muestras (figura 3) (a) (b) Figura 3. (a) Cuarteo de la muestra; (b) Subdivisión de la muestraCurso 2009-2010 6
  7. 7. UD4: Toma de muestras Módulo 1: Muestreo y Preparación de la Muestra Ciclo: Laboratorio de Análisis y Control de Calidad. LA32.2. Toma de muestras líquidasUna regla general en el muestreo de líquidos es que la homogeneidad no debe sersupuesta.La toma de muestra se realiza de manera diferente según el líquido se halle en reposoen un solo recipiente o en varios, o que se trate de líquidos en movimiento.Cuando hay corrientes, la muestra se toma a contracorriente como es el caso de ríos,tuberías, etc.En líquidos homogéneos suele bastar con introducir varias veces una pipeta y tomarlas cantidades de líquido precisas para completar el volumen de muestra requerida.Para muestrear botellas o pequeños contenedores se pueden utilizar jeringas.Si las características del líquidopermiten suponer la existencia de zonasde distintas composición, se procede aefectuar tomas a distintasprofundidades por medio de sondaspara líquidos.Los muestreadores de profundidadcontienen algún tipo de mecanismopara quitar el tapón del recipientecuando éste se encuentra a unadeterminada profundidad. Uno de estospuede ser una botella de 1 litro sujetacon una cuerda y un contrapeso paraque se hunda. El tapón va sujeto conuna cuerda para que en un momentodeterminado se abra la botella (figura4). Las cuerdas pueden sustituirse por Figura 4. Utensilio para el muestreo de líquidos enalambres o varillas metálicas en el caso sistemas abiertos.de muestreo de depósitos.Los muestreadores automáticos se abren cuando una varilla toca el fondo deldepósito o cuando una pesa mensajero se desliza sobre la guía actuando sobre unmecanismo que permite la entrada del líquido. El aire es expulsado a través de un tuboal exterior.La toma de líquidos en movimiento puede efectuarse de manera continua o intermitentemediante la colocación de una derivación en la tubería. Se pueden obtener muestrasen distintos puntos con llaves que a tal efecto se dispongan en las tuberías. Cuando ellíquido se bombea, pueden tomarse muestras de líquido a intervalos regulares detiempo.Cuando el líquido contiene materias insolubles en suspensión, pero es posible obtenerpor agitación una suspensión uniforme y estable por lo menos durante el tiemponecesario para tomar la muestra, se practica en ella la toma por uno de losprocedimientos anteriores.En mezclas de líquidos inmiscibles lo mejor es dejar separar las distintas capas yefectuar diversas tomas de los componentes de cada capa, mezclándolas después enlas proporciones adecuadas.Curso 2009-2010 7
  8. 8. UD4: Toma de muestras Módulo 1: Muestreo y Preparación de la Muestra Ciclo: Laboratorio de Análisis y Control de Calidad. LA32.3. Toma de muestras gaseosasEn el muestreo de gases se usan recipientes que “atrapan” el gas. Para ello se hacecircular el gas a través de una ampolla de vidrio (250-1000 ml de capacidad) que secierra por los dos extremos. A veces es necesario arrastrar el gas y esto se consiguecon un frasco de agua, que mediante desplazamiento consigue una depresión otambién con una jeringa y otro dispositivo mecánico que desplace el aire del tomamuestras. Figura 5. Muestreo de gasesEn el caso de muestreo de aire, se hace pasar una cantidad de aire a través de untren de muestreo que contiene: - Filtro: consta de una membrana (0,45 µm) que retiene las partículas sólidas. - Bomba de aspiración: es una bomba de vacío que hace que circule el aire a través de todo el sistema. - Medidor de flujo: pueden ser de dos tipos: • Los que miden velocidad: son pequeños y de bajo costo, pero tienen la desventaja de medir la velocidad puntualmente y deben vigilarse con frecuencia durante el periodo de muestreo. El más simple es el rotámetro que consta de un flotador esférico de acero inoxidable en el interior de un tubo en forma cónica con una escala. El flotador se eleva y desciende en proporción directa a la velocidad de flujo. • Los que miden volumen: registran el flujo total y son más útiles. Un ejemplo es el contador de gas y su mecanismo es un conjunto de fuelles de plástico que se llenan y se vacían alternativamente, haciendo que se muevan las agujas de las carátulas mediante un sistema de palancas. - Dispositivos de muestreo: el tercer componente del tren de muestreo es el colector, que puede ser de dos tipos dependiendo de los contaminantes: • Si los contaminantes están en forma de aerosol la muestra se recoge mediante un filtro de fibra de vidrio o vidrio fritado. Otro dispositivo colector para contaminantes en aerosol es el muestreador de impacto, que consiste en presentar superficies de choque en el recorrido del gas. • Si los contaminantes están en forma gaseosa, los gases pueden escogerse por absorción en un líquido, sólido, o llenado de un recipiente evacuado al vacío. Entre los dispositivos utilizados en la absorción están los frascosCurso 2009-2010 8
  9. 9. UD4: Toma de muestras Módulo 1: Muestreo y Preparación de la Muestra Ciclo: Laboratorio de Análisis y Control de Calidad. LA3 lavadores que pueden contener líquidos o sólidos que retengan el componente a analizar. El dispositivo de absorción más eficiente es el frasco lavador de vidrio fritado que permite una dispersión eficiente del gas.2.4. Toma de muestras especialesEn este apartado veremos algunos ejemplos de toma de muestra que requieren deespecial atención por la variabilidad en la composición que presenta el material objetodel muestreo, la posibilidad de alteración, etc. - Toma de muestra de planta: para conocer la composición química tenemos que especificar la zona de la planta que hemos elegido, lo mas utilizado es el análisis foliar (de las hojas). Hay que tener en cuenta que la composición química puede variar por muchos factores como el cambio de estación, del día a la noche, etc. - Toma de muestra de materiales higroscópicos y peligrosos: se utiliza la “caja seca”, una caja con atmósfera de nitrógeno de tal modo que no sea alterada la muestra por la humedad o el oxígeno atmosférico. Cualquier recipiente en el que eliminemos el oxígeno previamente, puede servir. - Toma de muestra de aleaciones: Hay que tener en cuenta que a medida que se enfría la aleación, los metales de punto de fusión más alto se irán solidificando primero. Por tanto, en la superficie que se enfría mucho antes habrá una mayor pureza del metal con un punto de fusión más alto y en el interior habrá mayor riqueza del material con un punto de fusión más bajo.3. ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD DE LA TOMA DE MUESTRAPrácticamente todos los conceptos y prácticas para asegurar la calidad de los datos yresultados analíticos pueden en un principio ser aplicados a la etapa de toma demuestra, aunque esto pueda conllevar un aumento de su coste. El aseguramiento de lacalidad de la toma de muestra se fundamentará en una planificación adecuada, en ladocumentación y en el control del proceso.Los métodos de toma de muestra, especialmente en análisis de rutina, deberán estarescritos y estandarizados en forma de procedimientos normalizados de trabajo. Éstosno han de corresponder únicamente a etapas específicas y detalladas de la toma demuestra, sino que también tienen que incluir un esquema de toma de decisionesasociadas a la estrategia general de la toma de muestra.Es obligatorio tener una documentación detallada y formalizada de todo el proceso,para posibilitar el reconocimiento y el control de los posibles errores.Dentro del control de calidad habrá que considerar también una serie de muestrasadicionales, blancos de muestra y replicados, para corregir posibles erroressistemáticos y poder estimar la variabilidad de la operación de la toma de muestra.3.1. Manipulación, conservación, transporte y almacenamiento de la muestraCuando el transporte de la muestra al laboratorio se realiza después de unas horas deser tomada generalmente es suficiente el mantenerlas a 4° pero para tiempos C;superiores, en especial para muestras biológicas, es aconsejable transportarlasdebidamente congeladas. El material de los contenedores debe ser cuidadosamenteseleccionado para evitar posible contaminación o pérdida de analitos (el polietilenoy el teflón son materiales por lo general bastante aconsejables). Debe tomarse lasCurso 2009-2010 9
  10. 10. UD4: Toma de muestras Módulo 1: Muestreo y Preparación de la Muestra Ciclo: Laboratorio de Análisis y Control de Calidad. LA3debidas precauciones para evitar la exposición de las muestras a humedadesextremas. En el transporte de sólidos debe evitarse que tengan lugar problemas desegregación, y si sucede, rehomogeneizar las muestra después del transporte.Una mención especial merece el transporte de fluidos biológicos tales como la sangre,en los que se aconseja rehomogeneizar las muestras después del transporte.La muestra debe conservarse de forma que se reduzca al mínimo los riesgos dealteraciones que ésta pueda experimentar antes del análisis, bien sea por adsorciónde H2O, de CO2, o por oxidaciones por contacto con la atmósfera. Como norma generalse recomienda evitar al máximo su exposición al aire y a la luz y su manipulación.En condiciones normales la congelación constituye el método más adecuado paraconservar las muestras durante largos períodos de tiempo, pero para tiemposcortos suele ser suficiente el mantenerlas a temperaturas comprendidas entre 2-4° C.Un proceso importante a considerar antes de guardar la muestra es someterla alproceso de secado. La humedad que puede contener la muestra depende del tamañode las partículas que la constituyen, grado de humedad en el ambiente y, lo que es másimportante, de la naturaleza de la muestra. Un elevado exceso de humedad enmuestras sólidas puede dar lugar a reacciones irreversibles que alteren de formaimportante la composición de la muestra. Por todo ello, los sólidos debenconservarse secos, eliminando previamente su contenido en agua en una estufa a 90-11O° en desecador o en un lugar relativamente sec o. C,No obstante, por regla general, la conservación de muestras sólidas es menosproblemática que la de materiales biológicos, líquidos y gases. Para la conservación demateriales biológicos, alimentos, etc., durante largos períodos de tiempo, serecomienda el realizarlo: a) en bolsas de plástico congeladas a la temperatura delnitrógeno líquido y b) liofilizarlas y mantenerlas en un lugar convenientemente seco.El tipo de tratamiento para la conservación de muestras líquidas depende de losanálisis a realizar en las mismas. Por lo general, la estabilización de iones orgánicosse consigue por acidulación con ácido nítrico u otro ácido estabilizante. No obstante, sien la muestra se pretende realizar una especiación de metales, debe tenerse muy encuenta que los reactivos estabilizantes ácidos no produzcan cambios significativos enla forma original de los mismos (bien sea en el grado de oxidación en que se encuentrao en los compuestos a los que se encuentra unido). El tiempo que puede transcurrirhasta el análisis dependerá de la estabilidad de los analitos a determinar, hecho que enmuchas ocasiones no sólo depende de los estabilizantes sino también de la naturalezao componentes de la matriz. En muchas ocasiones es aconsejable utilizarrecipientes opacos, no transparentes a la radiación ultravioleta, y mantener lasmuestras en contacto con gas inerte.El almacenaje de las muestras es en numerosas ocasiones inestable, especialmentecuando éstas no se pueden analizar inmediatamente después de llegar al laboratorio.En numerosas ocasiones, es de sumo interés preparar un duplicado de la muestra, elcual se guarda, y puede utilizarse con el tiempo como de chequeo de los resultadosobtenidos en los análisis iniciales.Para la conservación de la muestra durante largo períodos de tiempo se recomiendaque el aire en el espacio libre del recipiente sea mínimo y que la naturaleza de éstesea hidrófoba, la superficie sea lisa y no porosa (teflón, polietileno). Elpreacondicionamiento de la superficie, especialmente del cuarzo y de los recipientes devidrio se lleva a cabo sumergiéndolo en un baño ácido (HNO3, HCl, HF diluido), o en unCurso 2009-2010 10
  11. 11. UD4: Toma de muestras Módulo 1: Muestreo y Preparación de la Muestra Ciclo: Laboratorio de Análisis y Control de Calidad. LA3reactivo quelante (EDTA), u oxidante (H2O2) seguido de sucesivos lavados con agua deelevada pureza.Los materiales que se utilizan, en orden decreciente de importancia son los siguientes:Polímeros: Polifluorohidroxicarbonos (teflón) Polietileno (se prefiere el preparado a elevada presión) Polipropileno Goma de silicona (riesgo de contaminación de Zn) Polimetilmetacrilato (plexiglás)Vidrios: Cuarzo sintético Borosilicato de vidrioMetales: Papel de aluminio de elevada pureza Platino Titanio de elevada purezaUna elección adecuada del tipo del material y de la forma del mismo puede prevenir denumerosos errores posibles en la conservación de la muestra.A pesar de todas las indicaciones observadas es siempre conveniente el determinar(si no se conoce con anterioridad) la estabilidad de la muestra en las condicionespreseleccionadas. Dicha evaluación puede llevarse a cabo mediante un simpleprocedimiento estadístico: se analizan por duplicado incrementos de la muestrarecién tomada y en intervalos prefijados de tiempo. La diferencia de los resultados delas réplicas permite estimar la desviación estándar de las medidas. Para obtener eltiempo que puede considerarse estable una muestra, se representa gráficamente laconcentración del determinado en función del tiempo, y de la recta obtenida se estimael máximo tiempo por el valor de la abscisa que corresponde a la concentración inicialde la muestra menos tres veces la desviación estándar.Si el tiempo de estabilidad de la muestra es demasiado corto deben variarse lascondiciones de conservación y determinarlo de nuevo.3.2. Registro, etiquetado y marcado de las muestrasToda la información necesaria para llevar a cabo la etapa de muestreo, de losmétodos seguidos en la actualidad, debe ser de fácil acceso a los muestradores yanalistas. Otros métodos seguidos en épocas anteriores deben conservarse en librosespeciales para posibles estudios de trazabilidad.Tan pronto como ha sido tomada la muestra, debe pegarse al recipiente una etiqueta,conteniendo toda la información posible, que sea inalterable con el tiempo eindestructible por la muestra (nunca debe adherirse a la tapa del recipiente, por laposibilidad de intercambio con las de otros recipientes).La mínima información que debe incluirse en la etiqueta es la siguiente: - Numeración de la muestraCurso 2009-2010 11
  12. 12. UD4: Toma de muestras Módulo 1: Muestreo y Preparación de la Muestra Ciclo: Laboratorio de Análisis y Control de Calidad. LA3 - Descripción del tipo de material - Lugar de muestreo - Hora, día, mes y año en que se ha realizado el muestreo - Muestreador y método de muestreo llevado a cabo - Información adicional tal como la temperatura, pH, etc., puede incluirse si resulta de utilidad a la hora de interpretar los resultados.Toda esta información y otra adicional debe incluirse en los registros del laboratoriorecién llega la muestra: símbolo inambiguo de la muestra, nombre de la persona oentidad que ha solicitado los análisis, nombre del muestreador, método de muestreo,naturaleza de la muestra, análisis requeridos, lugar y condiciones de conservación dela muestra.ACTIVIDADES: a) Indicar qué método de toma de muestra sería el más apropiado para analizar el suelo de un terreno para cultivo de 4 hectáreas. b) Sí se tuviese que determinar la extensión de terreno contaminado en un campo que ha sufrido la detonación de un artefacto. c) Se pretende determinar el contenido de un determinado herbicida en una fruta cultivada en una misma zona agrícola, que produce un total de 10.000 kg de fruta, incluyendo naranjas (2.000 kg), manzanas (5.000 kg) y peras (3.000 kg). Si por razones de costes se pretende analizar sólo el 1% de la producción agrícola, indicar la mejor estrategia (metodología) de toma de muestra para estimar el contenido medio del herbicida procedente de la zona agrícola. d) ¿Qué cantidad de muestra habría que tomar? ¿Y como se seleccionarían los puntos de muestreo? e) En una empresa de elaboración de helados se ha recibido un lote de azúcar envasada en sacos, suponiendo que dicha partida ha de ser sometida a control antes de pasar al almacén para su posterior uso, ¿cómo supones que se realizará la toma de muestra?, ¿qué instrumentos toma muestras serían los más apropiado?. f) Si se trata de embalajes (sacos) de un lote, una regla aproximada para determinar el nº de x embalajes (Y) a muestrear, es aplicar la siguiente fórmula Y = , donde x es el nº de 2 embalajes del lote. Y la fórmula N=x/Y nos daría el espaciamiento entre embalajes. Según esto ¿cuántos sacos serán objeto de muestreo en el caso anterior?, ¿cada cuantos sacos habría que coger una muestra? g) ¿Cómo se obtendría muestra para análisis de un líquido con gran cantidad de suspensión sólida de un bidón de 140 litros? h) ¿Cómo se muestrean los líquidos cuya agitación es difícil? i) Cuáles son los principales componentes de un tren de muestreo de gases? j) ¿Porqué las muestras sólidas deben conservarse secas? k) ¿Con qué fin deben conservarse blancos y replicados de muestra? l) ¿Porqué no debe adherirse la etiqueta identificativa de la muestra a la tapa del contenedor de la misma?Curso 2009-2010 12

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