81
DESARROLLO DE UN MÉTODO DE TOMA
AUTOMÁTICA DE MUESTRAS
DE AGUAS RESIDUALES UTILIZANDO UN
MUESTREADOR ROBÓTICO PORTÁTIL
DEVELOPMENT OF AN AUTOMATED WASTEWATER SAMPLING
METHOD USING AN AUTOMATIC PORTABLE ROBOTIC SAMPLER
Lucía P. Rivadeneira
1
& Wendy J. Heredia Rojas
2
Palabras Clave: Toma de muestra, Métodos automáticos, pH,
Temperatura
Keywords: Sampling, Automated methods, pH, Temperature
RESUMEN
En este trabajo se ha desarrollado y validado un método de toma automática
de muestras de aguas residuales, con el fin de optimizar el proceso de toma de
muestra con un monitoreo continuo de pH y temperatura.
La validación fue realizada por comparación con un método manual validado
y acreditado. Se tomaron muestras simultáneas tanto con el muestreador portátil
Teledyne Isco 6712 como de manera manual y se realizaron monitoreos de
pH y temperatura con ambos métodos.
En base a los resultados obtenidos, se concluye que el método automático de -
sarrollado cumple con los criterios de validación establecidos, permite optimi-
zar el proceso de toma de muestra y garantiza confiabilidad en los resultados
obtenidos.
1 Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Centro de Estudios Ambientales y Químicos (CESAQ),
Quito Ecuador (luciapatriciarivadeneira@gmail.com)
2 Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Escuela de Ciencias Químicas, Quito Ecuador
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 81
infoANALÍTICA
Noviembre 2014
82
ABSTRACT
For the purposes of this study, an automated wastewater sampling method has
been developed and validated in order to optimize the sampling procedure, in-
cluding constant monitoring of pH and temperature.
This validation was undertaken by comparison with an accredited and validated
manual method. Samples were taken simultaneously with the Teledyne Isco
6712 and manually pH and temperature were monitored in both an automated
and manual manner.
Based on the obtained results, this study concludes that the automated method
developed satisfies the established validation criteria, optimizing on this way
the sampling procedure and ensuring the reliability of the results.
El objetivo de la toma de muestra es
conocer y controlar las características
físicas, químicas y biológicas del
agua que puede ser utilizada por el
ser humano para diversas finalidades
o que pueda afectar negativamente
los diversos cuerpos de aguas natura-
les o artificiales. (Mulki et al., 1998)
Existe una diferencia entre toma de
muestra y muestreo, y es necesario
establecerla.
Según la Entidad de Acreditación
Nacional (ENAC), la toma de mues-
tra es el proceso de obtención de la
muestra a ensayar con el objetivo de
asegurar la validez del resultado evi-
tando errores debido a contamina-
ción, degradación, etc. de las mues-
tras a ensayar. La toma de muestras
por sí misma no permite extrapolar
los resultados de la muestra al ítem
muestreado (aquél del que se han to-
mado las muestras).
El muestreo es el proceso de obten-
ción de la muestra a ensayar que per-
mite garantizar su representatividad
con respecto al ítem muestreado.
La actividad de muestreo requiere de
un plan de muestreo en el que se
identifican el tipo, número y locali-
zación de las muestras a tomar, una
toma de muestras y, generalmente,
de unos criterios de inferencia que
permitan asignar valores al ítem
INTRODUCCIÓN
infoANALÍTICA
Noviembre 2014
8282
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 82
83
DESARROLLO DE UN MÉTODO DE TOMA AUTOMÁTICA DE MUESTRAS
DE AGUAS RESIDUALES UTILIZANDO UN MUESTREADOR ROBÓTICO PORTÁTIL
muestreado a partir de los resultados
de las muestras. (ENAC, 2008)
En el Ecuador se utiliza la toma de
muestra, ya que el muestreo aún no
se encuentra regulado por ninguna
legislación.
Con el fin de asegurar la confiabili-
dad de los resultados obtenidos en
los análisis, es importante cerciorarse
de que la toma de muestra haya sido
realizada de la mejor manera, evi-
tando cualquier fuente de error du-
rante su realización.
Para reducir estos riesgos, es necesa-
rio contar con un plan de toma de
muestra. Este plan consiste en seis
factores a tomar en cuenta para su
rea lización:
• Formulación de objetivos
• Toma de muestras representativas
• Adecuado manejo y preservación
de las muestras
• Trazabilidad de las muestras
• Aseguramiento de la calidad de la
toma de muestra
• Análisis in situ apropiado (City of
Greeley Industrial Pretreatment
Program, s/f)
3
El realizar este plan y atenerse a él
garantizará resultados precisos en los
análisis.
El objetivo de esta investigación fue
la validación de un método de toma
automática de muestra y también la
validación de un método de monito-
reo automático de pH y temperatura.
Para validar este método se realizó
una comparación, confrontando los
valores obtenidos con el método au-
tomático y los valores obtenidos con
el método manual, siendo este úl-
timo, el método de referencia para la
validación.
La medición de la temperatura es uti-
lizada para cálculos de alcalinidad,
en estudios de saturación y estabili-
dad con respecto al carbonato de
calcio, en el cálculo de salinidad, y
en otras operaciones de laboratorio.
La medición del pH es una de las
pruebas más utilizadas en el control
de procesos de aguas residuales. Para
esta medición se utiliza el método po-
tenciométrico utilizando un electrodo
estándar de vidrio y un electrodo de
referencia. (Baird et al., 2012)
El acelerado incremento de la indus-
tria y la explotación desmedida de los
3 http://greeleygov.com/water/documents/proper-
sampling.pdf
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 83
infoANALÍTICA
Noviembre 2014
84
Para la realización de este trabajo se
utilizaron los siguientes equipos:
• Equipo Muestreador Portátil Te-
ledyne Isco 6712
• Sonda SDI 12 para pH y tempera-
tura
• phmetro con termocupla
Antes de introducir un nuevo método
para ser usado en el laboratorio, debe
confirmarse que éste es apto para
cumplir con el fin previsto. (Rosas &
Cortés, 2009)
5
Los parámetros de validación fueron
seleccionados según la norma ISO
17025. Los objetivos establecidos
para este trabajo fueron:
• Precisión de repetibilidad: Obtener
un coeficiente de variación (CV)
en condiciones de repetibilidad
menor o igual a 10%
• Precisión de reproducibilidad: Ob-
tener un coeficiente de variación
en condiciones de reproducibili-
dad menor o igual a 10%
• Exactitud: Determinar la correla-
ción lineal entre el valor del mé-
todo y el valor de referencia con un
coeficiente de correlación igual o
mayor a 0,90. Obtener un porcen-
taje de error menor o igual al 10%
• Robustez: Obtener un error menor
o igual a 10%.
recursos naturales, hacen que cada
día los problemas ambientales sean
más complejos y requieran la bús-
queda de soluciones eficaces e inme-
diatas. Una de las áreas que más
apoya al análisis ambiental en el mo-
nitoreo de procesos de sistemas am-
bientales, es la instrumentación me-
diante sistemas electrónicos y compu-
tarizados, la cual permite monitorear
y controlar las variables involucradas
en estos procesos. (Hernández &
Gómez, s/f)
La utilización de técnicas automati-
zadas de toma de muestra es cada
vez mayor debido a sus múltiples
ventajas, como son versatilidad y
confiabilidad, facilidad para realizar
toma de muestras con mayor frecuen-
cia, reducción de errores humanos
que ocurren en la toma manual de
muestra, entre otras. (Environmental
Protection Agency, 1982)
4
MATERIALES Y MÉTODOS
4 http://nepis.epa.gov
5 http://www.ema.org.mx/descargas/ema_se
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 84
85
La validación del método fue desa -
rrollada en tres empresas, las cuales
tenían como principal función el fae-
namiento de aves y elaboración de
productos comestibles. Su principal
descarga en las aguas residuales era
materia orgánica.
La toma de muestras fue realizada
cerca de los vertederos. En las tres
empresas se realizaron tomas de
muestras cada hora durante la jor-
nada de ocho horas de funciona-
miento de las plantas por tres días en
cada una.
Se realizaron tomas automáticas y
manuales de 500 ml cada alícuota
cada hora. A la vez se realizaron mo-
nitoreos de pH y temperatura. Los
monitoreos automáticos fueron reali-
zados cada diez minutos y los ma-
nuales; cada hora, tal como está acre-
ditado y validado el método manual.
Se realizaron análisis de DQO y
aceites y grasas de una de las tres
empresas para determinar si existió
contaminación cruzada en las mues-
tras tomadas por el equipo. Para este
fin las muestras fueron homogeniza-
das al cabo de las ocho horas y se to-
maron 250 mL de muestra en un
frasco de vidrio ámbar, esta fue pre-
DESARROLLO DE UN MÉTODO DE TOMA AUTOMÁTICA DE MUESTRAS
DE AGUAS RESIDUALES UTILIZANDO UN MUESTREADOR ROBÓTICO PORTÁTIL
6 http://www.isco.com/pcfiles/PartPDF/SL00000
4/UP0014YE.pdf#page=3&zoom=auto,0,509
a
. Panel de control
b. Bomba peristáltica
c. Detector de líquidos
d. Filtro
e. Línea de Succión
f. Acople de acero inoxidable
g. La manguera de la bomba
h. Divisor
i. Manguera de descarga
j. Brazo distribuidor
Fuente: Manual de Operación de Automuestreador
P
ortátil Teledyne Isco 6712
6
Figura 1
Diagrama del Automuestreador
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 85
infoANALÍTICA
Noviembre 2014
86
servada con H2SO4 y enviada al la-
boratorio para posterior análisis.
Para el análisis estadístico se evaluó
la exactitud de los resultados me-
diante la comparación de los valores
obtenidos por el equipo con los va-
lores de referencia (método manual).
Se realizó la prueba t de student para
comprobar si existían diferencias
entre las medias de ambos métodos.
Se calculó también el porcentaje de
error.
El porcentaje de recuperación se cal-
cula mediante la ecuación:
%Recuperación = x 100
donde,
Xobtenido es el resultado obtenido
Xesperado es el valor teórico del
mismo
Si %Recuperación > 100 entonces,
%Error = %Recuperación – 100
Si %Recuperación < 100 entonces,
%Error = 100 - %Recuperación
El porcentaje de repetibilidad expre-
sado como coeficiente de variación
fue calculado y también el porcen-
taje de reproducibilidad.
Donde S es la desviación estándar y
X, la media de los datos.
Se obtuvo la correlación lineal entre
los valores del equipo y los valores
manuales de las dos variables, me-
diante la ecuación:
Donde,
r coeficiente de correlación lineal
x
i
valor individual de referencia
x la media de valores de referencia
y
i
valor individual obtenido con el
método
y la media de los valores del mé-
todo
Se observó la robustez del equipo
mediante el cálculo del error de los
resultados obtenidos en análisis de
DQO y aceites y grasas.
Xobtenido
Xesperado
C.V.(%)= x 100
S
X
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 86
87
DESARROLLO DE UN MÉTODO DE TOMA AUTOMÁTICA DE MUESTRAS
DE AGUAS RESIDUALES UTILIZANDO UN MUESTREADOR ROBÓTICO PORTÁTIL
Se leyeron aproximadamente 44
datos por día de pH y temperatura
durante los tres días en cada em-
presa.
La reproducibilidad y la repetibilidad
representan la precisión del método.
Para la obtención de los valores de
CV se realizó el cálculo de la media
aritmética de los valores de pH y
temperatura obtenidos por el auto-
muestreador durante las ocho horas
de cada día. Como valor de referen-
cia se tomaron las medias aritméticas
de los valores de pH y temperatura
obtenidos de manera manual.
En la Tabla 1 se presenta el resumen
de los resultados obtenidos de repe-
tibilidad y reproducibilidad y por-
centaje de recuperación de las tres
empresas para la medición de pH. La
precisión de repetibilidad del mé-
todo es el valor mayor de CV del
grupo igual que el porcentaje de re-
producibilidad. El porcentaje de re-
cuperación es la media de los tres
valores.
RESULTADOS
Tabla 1. Repetibilidad y Reproducibilidad
del método para la determinación de pH
Se observa que los valores de los pa-
rámetros son menores al 10% que ha
sido el objetivo establecido.
La Figura 2 es la correlación lineal
que permite observar la concordan-
cia entre los resultados del monitoreo
automático y el monitoreo manual
para el monitoreo de pH.
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 87
infoANALÍTICA
Noviembre 2014
88
El valor para r como objetivo fijado
es mayor a 0,90, por tanto se en-
cuentra dentro del límite establecido.
En la Tabla 2 se muestran los resulta-
dos para la prueba t de student,
donde se observa que el t calculado
es menor que el t tabulado, por tanto
se acepta la hipótesis nula que dice
que las medias son estadísticamente
iguales.
Figura 2. Correlación entre los valores de pH
monitoreados con el método automático y manual
Tabla 2. Prueba t para medias de dos muestras
emparejadas para medidas de pH
Estándar Valor
Ref. método
Media 7,09 7,15
Observaciones 71 71
Diferencia
hipotética
de las medias 0
Grados
de libertad 70
Estadístico t
(calculado) 1,60
Valor Crítico de t
(tabulado) 1,99
La Tabla 3 resume las mediciones de
temperatura en las tres empresas en
las que se validó el método
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 88
89
DESARROLLO DE UN MÉTODO DE TOMA AUTOMÁTICA DE MUESTRAS
DE AGUAS RESIDUALES UTILIZANDO UN MUESTREADOR ROBÓTICO PORTÁTIL
Tabla 3. Repetibilidad y Reproducibilidad
del Método para la medición de temperatura
Se puede observar que la repetibili-
dad está dentro del valor fijado, por
el contrario, el valor de reproducibi-
lidad se encuentra fuera de los lími-
tes. Es importante observar que este
valor elevado se debe a las fluctua-
ciones de la temperatura del tercer
día de la tercera empresa. Los valores
de temperatura tienen una variación
muy grande por lo que la desviación
estándar es grande también, razón
por la cual el valor de CV aumenta.
Pero al ver el valor del porcentaje de
recuperación, se observa que es cer-
cano a 100%, y también las medias
de ambos métodos son similares, por
lo que podemos decir que este valor
elevado no se debe al método de me-
dición, sino a la variabilidad que
existió en los valores ese día.
Durante la puesta a punto del mé-
todo, se obtuvieron valores de tem-
peratura que al confrontar con el
método manual no presentaban una
gran concordancia, por lo cual se de-
cidió cambiar la manera de medir la
temperatura y los valores obtenidos
presentaron una mayor concordancia
entre sí. En la Fig. 3 se muestra la
baja correlación entre los dos méto-
dos.
La figura 4 muestra la mayor concor-
dancia que se consiguió con la me-
dición de temperatura durante la
validación.
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 89
infoANALÍTICA
Noviembre 2014
90
Figura 3. Correlación entre los valores de Temperatura
tomados de manera automática
y manual en la puesta a punto.
Figura 4. Correlación entre los valores de Temperatura
monitoreados con el método automático y manual
Se puede observar que se obtuvo una
mejor correlación lineal, que es
mayor a 0,90, valor del objetivo fi-
jado al inicio de este trabajo.
En la Tabla 4 se encuentra la prueba
de t de student para el método de
medición de temperatura. El resul-
tado es que las medias de los dos mé-
todos son estadísticamente iguales.
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 90
91
Tabla 4. Prueba t de student para medias de dos muestras
emparejadas para medidas de temperatura
Estándar Valor
Ref. método
Media 18,8 18,74
Observaciones 71 71
Diferencia
hipotética
de las medias 0
Grados
de libertad 70
Estadístico t
(calculado) 0,68
Valor Crítico de t
(tabulado) 1,99
DESARROLLO DE UN MÉTODO DE TOMA AUTOMÁTICA DE MUESTRAS
DE AGUAS RESIDUALES UTILIZANDO UN MUESTREADOR ROBÓTICO PORTÁTIL
Al quedar las botellas del automues-
treador abiertas durante todo el pro-
ceso de toma de muestra, a pesar de
que el lugar donde son almacenadas
permanece cerrado, existía la duda
de si al no cerrar herméticamente las
botellas, ni llenarlas completamente,
podría ocurrir un cambio en el valor
del DQO. Al comparar los valores de
los resultados tanto manuales como
automáticos, se encuentra que los va-
lores de error se encuentran bajo el
10%, es decir dentro de los límites
establecidos.
Tabla 5. Porcentaje de error en DQO
De la misma forma, se hicieron prue-
bas de aceites y grasas para probar si
existían interferencias en este pará-
metro, pero los resultados salieron
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 91
infoANALÍTICA
Noviembre 2014
92
por debajo del límite de detección,
por lo cual se puede decir que no hay
mayor interferencia.
Tabla 6. Porcentaje de error en pruebas adicionales.
Aceites y Grasas
DISCUSIÓN
El método de toma automática de
muestras está siendo cada vez más
utilizado en el país y en el mundo de-
bido a las ventajas que presenta.
En el Municipio del Distrito Metropo-
litano de Quito, este automuestrea-
dor portátil es muy utilizado para
monitorear y tomar muestras de
aguas servidas y aguas de acequia
para control.
Existen estudios realizados en Chile
en los cuales mencionan ventajas
como:
• Reducción de los riesgos de fallas
humanas
• Monitoreo continuo de pH y tem-
peratura
• Obtención de muestras constante-
mente
• Mayor precisión en la toma de
muestra
• Optimización del proceso de toma
de muestra
• Uso mínimo de mano de obra
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 92
93
El método desarrollado para la toma
automática de muestras de aguas re-
siduales presenta ventajas sobre el
método manual, ya que con éste se
evitan errores humanos, optimiza el
tiempo de los técnicos de toma de
muestra y proporciona muestras re-
presentativas y confiables.
El método de monitoreo de pH y
temperatura demuestra que es un mé-
todo preciso, ya que los valores de re-
petibilidad y reproducibilidad se
encuentran por debajo del 10% que
es el límite que ha sido establecido.
Los valores de error del método de
monitoreo de pH y temperatura son
menores al 10%, es decir, están por
debajo del límite establecido. De la
misma forma, con la prueba t de stu-
dent se comprobó que las medias de
los resultados obtenidos son estadís-
ticamente iguales entre sí. Por otro
lado, la correlación lineal realizada
es mayor a 0,90, valor que se en-
cuentra dentro de los límites fijados.
En base al análisis de los resultados
obtenidos, se concluye que el mé-
todo es exacto.
Con fundamento en los criterios de
validación establecidos, se deduce
que es un método confiable para su
utilización.
DESARROLLO DE UN MÉTODO DE TOMA AUTOMÁTICA DE MUESTRAS
DE AGUAS RESIDUALES UTILIZANDO UN MUESTREADOR ROBÓTICO PORTÁTIL
CONCLUSIONES
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 93
94
Baird, R., Eaton, A., Clesceri, L, & Rice,
E., (2012), Standard Methods for
the Examination of Water and Was-
tewater, American Public Health
Association, 22 ed., Washington.
City of Greeley Industrial Pretreatment
Program. (s/f), Colorado, http://gre-
eleygov.com/water/documents/pro-
persampling.pdf
ENAC, (2008), Laboratorio de Ensayo:
Acreditación de muestreo y toma
de muestra.
Environmental Monitoring and Support
Laboratory, (1982) Environmental
Protection Agency, Handbook for
Sampling and Sample Preservation
for water and wastewater.
http://nepis.epa.gov
Hernández, C. y Gómez, V., (s/f), La Ins-
trumentación, una alternativa para
el monitoreo y control de la calidad
del agua y del aire, Centro de Inves-
tigación en Materiales Avanzados
S.C., Chihuahua.
Mulki, M., Yánez, O, Jaramillo, M., Já-
come, A., Leiva, E. & Jaramillo, P.,
(1998), Manual para muestreo de
aguas y sedimentos, Quito, s.n.
Norma Internacional ISO/TEC 17025,
(2005), Requisitos Generales para
la competencia de los laboratorios
de ensayo y de calibración, 2da
edición.
Rosas, E. y Cortés, R., (2009), Validación
con base en los criterios de aplica-
ción de la norma NMX-EC-17025-
IMNC-2006 en mediciones quí mi-
cas y físicas, http://www.ema.org.
mx/descargas/ema_semac09/11_ -
junio/12aplicacion17025_11junio.
pdf.
Teledyne Isco, (2001), 6712 Portable
Samplers, Installation and Opera-
tion guide, Teledyne Isco Inc,
http://www.isco.com/pcfiles/PartPD
F/SL000004/UP0014YE.pdf#page=
3&zoom=auto,0,509
LITERATURA CITADA
infoQUIMICA FINAL copia:Maquetación 1 19/11/14 11:29 Página 94
