La resistividad permite comparar de forma objetiva la cantidad de iones disueltos en el agua: cuanto mayor es la resistividad, menor es la concentración iónica. El agua Milli-Q de tipo I alcanza normalmente una resistividad de 18,2 MΩ·cm a 25 °C, mientras que el agua destilada puede presentar una resistividad elevada, pero no debe considerarse automáticamente equivalente al agua ultrapura Milli-Q.
La diferencia principal está en el método de obtención y en el control de contaminantes. El agua destilada se obtiene mediante evaporación y condensación, mientras que el agua Milli-Q combina prefiltración, ósmosis inversa, desionización, radiación ultravioleta, oxidación fotoquímica, filtración final y controles en línea de resistividad, temperatura y carbono orgánico total.
Qué significa la resistividad del agua
La conductividad y la resistencia miden exactamente lo mismo, pero desde direcciones opuestas: la cantidad de iones disueltos en el agua. La resistividad es el recíproco de la conductividad y se mide en mega - ohmios - centímetros (MΩ·cm).
El agua ultrapura suele tener una resistividad de 18,2 MΩ·cm a 25°C, lo que indica una concentración muy baja de iones. A 25 °C, el agua pura tiene una resistencia máxima teórica de 18 MΩ·cm, y los sistemas ultrapuros bien mantenidos superan regularmente este valor en la práctica.
Este límite no es un valor comercial, sino que viene determinado por el propio equilibrio de disociación del agua, lo que significa que ningún sistema puede superarlo en condiciones normales. Por eso, la resistividad es un indicador tan fiable de pureza en las industrias reguladas.
Comparación directa entre agua Milli-Q y agua destilada
| Característica | Agua Milli-Q | Agua destilada |
|---|---|---|
| Proceso principal | Ósmosis inversa, carbón activado, desionización, radiación ultravioleta, oxidación y filtración final | Evaporación y posterior condensación del vapor |
| Resistividad habitual de referencia | 18,2 MΩ·cm a 25 °C | Variable; depende del equipo, el almacenamiento y la contaminación posterior |
| Conductividad | 0,055 S·cm-1 | Muy baja, pero no necesariamente equivalente a la del agua tipo I |
| Carbono orgánico total | 1-5 ppb en el agua ultrapura producida | Puede contener compuestos orgánicos volátiles o gases disueltos |
| Uso habitual | Aplicaciones científicas, analíticas, biológicas, cromatográficas y de ultratrazas | Aplicaciones generales de laboratorio, equipos y procesos domésticos o industriales |
Qué es el agua Milli-Q
Milli-Q es como se conoce a una tecnología desarrollada por el grupo de biotecnología alemán Merck. Se trata, en concreto, de un sistema para la purificación de agua de última generación.
El nombre del agua Milli-Q proviene del tratamiento comercial patentado por la firma alemana de biotecnología Merck. Dicha patente implica un sistema de purificación de agua de última generación.
El agua Milli Q es ultrapura y de alta calidad. Se obtiene por medio de la combinación de las técnicas de purificación ósmosis inversa, filtrado con carbón activado y deionización.
Gracias a sus características, este tipo de sistema sirve para eliminar todas las impurezas y contaminantes del agua potable del grifo o de otras fuentes. El agua ultrapura proporcionada por el servicio, resulta idónea para las aplicaciones críticas de laboratorio donde deben satisfacer una serie de características comunes tales como niveles bajos de resistividad y COT (carbono orgánico total).
Resistividad del agua Milli-Q
La resistividad de referencia del agua Milli-Q tipo I es de 18,2 MΩ·cm a 25 °C. Esta cifra corresponde al nivel de agua ultrapura utilizado cuando se requiere una concentración iónica extremadamente baja.
Las especificaciones del agua producida por el servicio de agua ultrapura de los Servicios Centrales de Investigación de la Universidad de Almería, obedece a las siguientes características: Resistividad (MΩ.cm) a 25 °C 18.2.
El sistema puede producir agua purificada tipo II con una resistividad superior a 5 M·cm, mientras que la calidad de agua ultrapura tipo I alcanza una resistividad de 18,2 M.cm. La conductividad indicada para esta calidad es de 0,055 S·cm-1.
El agua ultrapura es considerada como ultrapura pero, ¿tiene alguna diferencia con el agua destilada? La principal diferencia entre ambos tipos de agua radica en la forma en la que se obtienen.
Qué es el agua destilada
El agua destilada es agua que ha sido purificada mediante el proceso de destilación. Este método implica hervir el agua hasta convertirla en vapor y luego condensar ese vapor de nuevo en forma líquida en un recipiente separado.
Las impurezas no volátiles, como minerales, sales, metales pesados y la mayoría de los microorganismos, quedan atrás en el recipiente original. Durante el paso de estado líquido a vapor, se produce una separación entre el agua y los minerales e impurezas presentes, logrando así un agua libre de todos estos contaminantes anteriormente presentes.
Proceso de destilación
El agua "cruda" (agua del grifo u otra fuente) se calienta en una cámara de ebullición hasta que alcanza su punto de ebullición y se convierte en vapor. Durante esta fase, las impurezas disueltas que tienen puntos de ebullición más altos que el agua o que no son volátiles (minerales, sales, la mayoría de los microorganismos y algunos compuestos orgánicos e inorgánicos) no se evaporan y permanecen en la cámara de ebullición.
El vapor de agua puro se eleva y se canaliza hacia una cámara de condensación (un condensador). En esta cámara, el vapor se enfría (a menudo con la ayuda de un serpentín de enfriamiento o ventiladores), lo que hace que se condense y vuelva a su estado líquido.
Las gotas de agua condensada, ahora purificada, se recogen en un recipiente limpio. En algunos sistemas, el agua destilada puede pasar por un proceso de filtración adicional para eliminar cualquier partícula residual o para mejorar aún más la pureza.
Destilación y agua hervida no son lo mismo
Es importante destacar que el agua destilada no es lo mismo que el agua hervida. El agua hervida solo se calienta hasta su punto de ebullición para matar la mayoría de bacterias y virus, pero aún contiene minerales y otras impurezas disueltas.
La destilación va un paso más allá al separar físicamente el agua de estas impurezas no volátiles. El resultado de la destilación es un agua de muy alta pureza, con una conductividad eléctrica muy baja (lo que indica la ausencia de iones disueltos) y un pH cercano a la neutralidad (alrededor de 7).
Por qué la resistividad del agua destilada puede ser distinta
La destilación elimina eficazmente muchos minerales, sales y otras impurezas no volátiles, pero no garantiza por sí sola que el agua alcance y mantenga la especificación de 18,2 MΩ·cm propia del agua ultrapura tipo I.
Aunque eficaz para eliminar minerales y sales, la destilación no es tan eficiente para eliminar gases disueltos (como CO2, que puede hacer que el agua se vuelva ligeramente ácida), y algunos compuestos orgánicos volátiles (COVs) que tienen puntos de ebullición similares o más bajos que el agua.
Una vez producida, el agua destilada es susceptible a la re-contaminación si no se almacena en recipientes adecuados y limpios. El CO2 del aire puede disolverse en el agua, y las lixiviaciones de los recipientes de plástico pueden introducir impurezas.
Por esta razón, la resistividad del agua destilada depende no solo de la eficacia del destilador, sino también de la calidad del agua de alimentación, el diseño del equipo, el recipiente de almacenamiento, el tiempo de exposición al aire y las condiciones de manipulación.
Principales diferencias en la purificación
Ósmosis inversa
RO es un paso de purificación clave que utiliza una membrana semipermeable para eliminar sales disueltas, moléculas orgánicas y microorganismos. La membrana RO permite el paso de las moléculas de agua mientras rechaza la mayoría de los contaminantes.
Los sistemas de RO normalmente pueden eliminar hasta el 95 - 99 % de los sólidos disueltos, lo que reduce la conductividad del agua. Las membranas de ósmosis inversa eliminan la mayor parte de las sales disueltas antes de que el agua llegue a la etapa final de purificación.
Desionización
Después de la OI, se utiliza la desionización para eliminar aún más los iones restantes del agua. Los sistemas DI utilizan resinas de intercambio iónico para intercambiar cationes (como sodio, calcio y magnesio) y aniones (como cloruro, sulfato y carbonato) con iones de hidrógeno e hidróxido, respectivamente.
Este proceso produce agua con una concentración de iones muy baja y alta resistividad. El módulo de electrodesionización (EDI) y las resinas de intercambio iónico de lecho mixto son los elementos que más influyen en la obtención de una resistencia de nivel megaohmio.
Radiación ultravioleta y oxidación
La luz ultravioleta (UV) se utiliza para inactivar los microorganismos en el agua. Las lámparas ultravioleta emiten luz a una longitud de onda de 254 nm, que daña el ADN de bacterias, virus y otros patógenos, impidiéndoles reproducirse.
La esterilización UV es un método de desinfección sin productos químicos y, a menudo, se utiliza en combinación con otros pasos de purificación. La cámara de foto-oxidación ultravioleta (UV) vertical utiliza una lámpara de más de 30 cm con emisión a 185/254 nm para la eliminación de orgánicos en agua ultrapura.
Ultrafiltración y filtración final
La UF se utiliza para eliminar moléculas más grandes, como proteínas, virus y endotoxinas. Las membranas de UF tienen poros que son lo suficientemente pequeños como para retener estos contaminantes y al mismo tiempo permitir el paso del agua y los pequeños solutos.
El filtro final Millipack proporciona agua sin bacterias y sin partículas. El filtro final LC-Pak™ se utiliza para HPLC-MS.
Especificaciones habituales del agua Milli-Q
| Parámetro | Agua ultrapura tipo I |
|---|---|
| Resistividad | 18,2 MΩ·cm |
| Conductividad | 0,055 S·cm-1 |
| COT | 1-5 ppb |
| Contenido bacteriano | < 1 ufc/ml |
| Partículas de 0,22 m | < 1 por ml |
| Reducción de pirógenos | < 0,001 Eu/ml |
| Reducción de RNasas | < 0,01 ng/ml |
| Reducción de DNasas | < 4 pg/ml |
| Trazas metálicas | ppt´s |
El agua purificada tipo II producida presenta una resistividad superior a 5 M·cm, materia orgánica (COT) inferior a 30 ppb y un recuento bacteriano inferior a 1 ufc/ml.
El caudal máximo indicado es de 5litros/hora, independientemente de la temperatura y ampliable hasta 15 l/h. La recuperación es superior al 25%.
Normas y grados de pureza relacionados con la resistividad
Distintas organizaciones han fijado estándares de calidad para el Agua Purificada en función del uso al que se destina. Entre ellas, destacan las siguientes: ASTM D1193 2011 (American Society for Testing and Materials), ISO 3696 (International Organization for Standardization), CLSI NCCLS (Clinical and Laboratory Standards Institute), EP y USP (Pharmacopea Europea y Pharmacopea Americana).
| Parámetro | Tipo I | Tipo II | Tipo III | Tipo IV |
|---|---|---|---|---|
| Conductividad eléctrica máxima (µS/cm @ 25ºC) | 0,056 | 1,0 | 4,0 | 5,0 |
| Resistividad eléctrica mínima (MΩ-cm @ 25ºC) | 18,2 | 1,0 | 0,25 | 0,2 |
| TOC máx. (µg/L) | 10 | 50 | 200 | Sin límite |
| Sodio máx. (µg/L) | 1 | 5 | 10 | 50 |
| Sílice max. (µg/L) | 3 | 3 | 500 | Sin límite |
| Cloro max. (µg/L) | 1 | 5 | 10 | 50 |
Clasificación ISO 3696
| Parámetro | Grado 1 | Grado 2 | Grado 3 |
|---|---|---|---|
| Conductividad eléctrica (µS/cm @25ºC) | 0,1 | 1,0 | 5,0 |
| Materia oxidable | N/A | 0,08 | 0,4 |
| Absorbancia a 254 nm | 0,001 | 0,01 | No especificado |
| Residuos tras la evaporación a 110ºC | N/A | 1 | 2 |
| Contenido de sílice (SiO2) | 0,01 | 0,02 | No especificado |
En el ámbito de la investigación y experimentación de laboratorio, la calidad del agua utilizada puede afectar significativamente la precisión y confiabilidad de los resultados. Los parámetros más comunes utilizados para medir la calidad del agua en un laboratorio incluyen resistividad, conductividad, carbono orgánico total (TOC) y recuento microbiano.
Aplicaciones del agua Milli-Q
Al contrario que el agua destilada, que tiene usos en el hogar, el agua Milli-Q se emplea en entornos científicos, con fines puramente profesionales. Por ejemplo, este tipo de agua ultrapura puede usarse para preparar tampones y reactivos, además de medios microbiológicos y para el enjuagado de material en el laboratorio.
Dichos procedimientos o usos que se le dan al agua MIlli Q se relacionan con el medio científico con fines profesionales y de investigación. Algunos ejemplos son los siguientes: investigación biológica, como pruebas de PCR (reacción en cadena de la polimerasa), secuenciación de ADN o cultivo de células de mamíferos.
- Preparación de medios de cultivo microbiológico.
- Pigmentación de muestras biológicas.
- Separación de moléculas de ADN, ARN o proteínas.
- Detección y conteo de sustancias en una solución.
- Ensayos de disolución.
- Espectroscopia ultravioleta-visible.
- Valoraciones.
- Cromatografía.
- Técnicas de determinación de metales traza (ICP, AAS, etc.).
- Genética y Bioquímica.
- Preparación de muestras.
- Laboratorio General.
Por otra parte, la presencia de contaminantes orgánicos en el agua empleada en separaciones cromatográficas rutinarias (preparación de la fase móvil, preparación y dilución de las muestras, disoluciones de extracción, preparación de patrones, etc.) incide negativamente en los resultados obtenidos, por lo que la utilización de agua ultra pura con las máximas garantías de calidad es inexcusable.
Así, por ejemplo, mientras que la contaminación con 100 ng/L de boro no afecta al análisis orgánico en un laboratorio de control de calidad, puede echar por tierra el análisis básico realizado por un equipo de ICP acoplado a espectrometría de masas.
Aplicaciones del agua destilada
El agua destilada es un pilar en el laboratorio debido a su pureza. Sus usos en el laboratorio son variados y sus ventajas la hacen indispensable para la precisión de la medición y la integridad de las muestras.
Preparación de soluciones y reactivos
Es el solvente base preferido para preparar la mayoría de soluciones, tampones, diluciones y reactivos sensibles. La ausencia de iones extraños asegura que no haya reacciones secundarias inesperadas ni interferencias que alteren la concentración o la estabilidad de las soluciones.
Limpieza del material
Se utiliza para el enjuague final de la cristalería (ej., vasos de precipitados, matraces, pipetas) y otros equipos sensibles. Al no dejar residuos minerales ni manchas, previene la contaminación cruzada y asegura la limpieza de los instrumentos para experimentos posteriores.
Equipos sensibles
Previene la acumulación de sarro y corrosión en las cámaras de los autoclaves y en los elementos calefactores de los baños de agua, prolongando la vida útil del equipo y asegurando una esterilización eficiente.
Evita la formación de depósitos minerales que pueden obstruir o dañar componentes internos de máquinas de hielo, humidificadores y analizadores clínicos.
Aplicaciones analíticas
- Utilizada para enjuagar buretas y matraces antes de las titulaciones para asegurar la precisión.
- Sirve como blanco para calibrar equipos de espectrofotometría, asegurando que la absorbancia se deba solo a la muestra y no a impurezas en el agua.
- Se usa en la preparación de geles y soluciones de corrida en electroforesis donde la conductividad debe ser mínima.
Aunque en estas áreas a menudo se requiere agua ultrapura (ej., libre de nucleasas), el agua destilada puede ser un punto de partida o usarse para aplicaciones menos críticas donde la pureza de iones es suficiente.
Limitaciones del agua destilada frente al agua Milli-Q
Aunque el agua destilada es un pilar de la pureza en el laboratorio, no está exenta de ciertas desventajas y, en muchas aplicaciones modernas, existen alternativas que ofrecen niveles de pureza aún mayores o que son más eficientes de producir.
La destilación es un proceso que consume mucha energía debido a la necesidad de hervir el agua. Además, la producción puede ser relativamente lenta, lo que limita la cantidad de agua que se puede obtener en un tiempo determinado.
Para ciertas aplicaciones de investigación de vanguardia (ej., biología molecular, cromatografía, espectrometría de masas), el nivel de pureza del agua destilada no es suficiente, ya que trazas de contaminantes orgánicos o iones pueden interferir significativamente.
La elección del tipo de agua purificada dependerá de la sensibilidad de la aplicación y el nivel de pureza requerido. Aunque el agua destilada sigue siendo valiosa, los laboratorios modernos a menudo combinan diferentes tecnologías para obtener el grado de pureza específico que necesitan para sus técnicas de laboratorio.
Por qué puede disminuir la resistividad del agua Milli-Q
Una lectura de resistividad que solía rondar los 18 MΩ·cm pero que ahora está disminuyendo es uno de los problemas más frecuentes y frustrantes para los responsables de laboratorios y operadores de plantas.
La razón no siempre es clara, ya que la caída puede producirse en cualquier punto del proceso, incluyendo las fuentes de suministro de agua, la etapa de purificación, el circuito de almacenamiento o incluso el instrumento que la mide.
1. Cambio en la calidad del agua de alimentación
El agua de origen no es estática. Los cambios estacionales, las fluctuaciones del agua de pozo o las modificaciones en el tratamiento municipal pueden aumentar la cantidad de sólidos disueltos totales (TDS) que ingresan al sistema.
Una etapa de pretratamiento diseñada para un perfil de agua específico puede tener dificultades cuando aumenta la carga de entrada, impulsando más iones aguas abajo de los que la etapa de pulido está diseñada para manejar.
2. Obstrucción o incrustación de la membrana de ósmosis inversa
Cuando las membranas se contaminan con materia orgánica o se obstruyen con minerales que causan dureza, la eficiencia de rechazo de sales disminuye y el rendimiento de permeado de la ósmosis inversa se reduce.
Dado que la mayoría de los sistemas ultrapuros utilizan la ósmosis inversa como primera etapa importante de purificación, una membrana obstruida genera una carga iónica adicional en todos los sistemas posteriores.
3. Agotamiento del módulo EDI o de la resina
Las resinas tienden a agotarse con el uso. Los módulos EDI son susceptibles a la obstrucción o al aumento de tamaño con el tiempo, especialmente cuando el rendimiento de la ósmosis inversa (RO) previa ya se ha deteriorado.
Dado que esta etapa realiza el pulido iónico final, su estado suele tener el mayor impacto en la lectura de resistividad.
4. Entrada de dióxido de carbono
Una vez que el agua ultrapura se expone al aire, comienza a absorber dióxido de carbono y a generar ácido carbónico, lo que reduce inmediatamente su resistencia. Las rejillas de ventilación y los puntos de muestreo no sellados son puntos de entrada comunes.
Las aguas de alta resistividad son naturalmente inestables en el espacio abierto; por eso, la mayoría de los sistemas ultrapuros miden la resistividad con una sonda en línea, en lugar de tomar muestras directamente.
5. Crecimiento microbiano
Las zonas de bajo caudal y los tramos estancados en los tanques de almacenamiento o las tuberías de distribución crean las condiciones ideales para la formación de biopelículas.
Además del riesgo de biocarga que esto supone para las aplicaciones reguladas, la actividad microbiana introduce subproductos iónicos y materia orgánica en el agua, los cuales se manifiestan como una disminución de la resistividad incluso si todos los componentes anteriores funcionan correctamente.
6. Fugas y contaminación cruzada
Una válvula de retención rota, una conexión dañada o un circuito mal diseñado podrían provocar que agua de menor pureza se mezcle con agua ultrapura.
Dado que estas fugas suelen ser muy pequeñas y poco frecuentes, se encuentran entre las causas más difíciles de identificar sin separar sistemáticamente las secciones que forman parte de la red de distribución para realizar pruebas.
7. Deriva o ensuciamiento del sensor
La resistividad depende de la temperatura: las lecturas sin compensación pueden variar desde aproximadamente 86 MΩ·cm cerca de 0 °C hasta alrededor de 1.3 MΩ·cm cerca de 100 °C para agua idéntica, por lo que una sonda sin la compensación de temperatura adecuada puede registrar una disminución falsa.
La suciedad del sensor y la deriva de la calibración producen el mismo efecto. Antes de asumir que el agua se ha degradado, conviene confirmar que la lectura del instrumento indique que no.
Cómo comprobar una caída de resistividad
En lugar de reemplazar los componentes uno por uno, trabaje en el sistema siguiendo una secuencia lógica. Compruebe la calibración, la compensación de temperatura y la limpieza de la sonda; descartar un fallo en el medidor solo lleva unos minutos y evita cambios de piezas innecesarios.
Realice la toma de muestras directamente en el punto de uso, en lugar de antes del almacenamiento. Una discrepancia entre ambas suele indicar la entrada de CO2 o la presencia de biopelícula en el circuito de distribución.
Analice la calidad del permeado de ósmosis inversa y, a continuación, el TDS del agua de alimentación para comprobar si la carga iónica que entra en el sistema simplemente ha aumentado.
Si tanto el agua de alimentación como el rendimiento de la ósmosis inversa se encuentran dentro de los rangos normales, el módulo EDI o la resina son la causa más probable que aún se encuentre en el problema.
Control de la resistividad en los sistemas Milli-Q
Los sistemas modernos de purificación de agua de laboratorio están equipados con funciones avanzadas de monitoreo y control para garantizar la calidad y confiabilidad del agua purificada. Estas características incluyen sensores para medir parámetros como resistividad, conductividad, TOC y temperatura.
El sistema también se puede programar para ajustar automáticamente el proceso de purificación en función de los valores medidos. Por ejemplo, si la resistividad del agua cae por debajo de un cierto umbral, el sistema puede iniciar automáticamente un ciclo de regeneración para las resinas DI o aumentar la presión de RO para mejorar la eficiencia de la purificación.
Algunos sistemas también tienen alarmas integradas que notifican al usuario cuando hay un problema con la calidad del agua o el funcionamiento del sistema.
El sistema de purificación puede incluir medida de conductividad de agua de entrada y conductividad de permeado en ósmosis, indicando rechazo iónico. También puede incorporar dos sensores de resistividad/conductividad de tipo coaxial, constante de célula no superior a 0,01 cm-1 para agua purificada y ultrapura.
El medidor de TOC interno permite la cuantificación de compuestos orgánicos completa y en línea, capaz de oxidar materia orgánica en periodos sucesivos hasta tener la certeza total de su oxidación, controlado por el software del equipo y con medida simultánea de temperatura y resistividad.
El sistema puede realizar medidas entre 1-999 ppb, registrar automáticamente datos de fungibles, números de serie y días de funcionamiento, además de proteger los parámetros críticos por nombre de usuario y contraseña.
Qué agua elegir según la aplicación
El agua destilada es adecuada para muchas tareas generales, como el enjuague final de material, el funcionamiento de determinados equipos, la preparación de soluciones no críticas y procesos donde no se exige el control simultáneo de iones, materia orgánica, partículas y microorganismos.
El agua Milli-Q tipo I resulta preferible cuando una concentración mínima de iones, una resistividad de 18,2 MΩ·cm, un COT muy bajo y un control microbiológico estricto son necesarios para proteger la validez de los resultados.
En biología molecular y cultivo celular se necesita agua ultrapura con niveles extremadamente bajos de contaminantes como bacterias, virus, endotoxinas y sustancias orgánicas e inorgánicas. En cromatografía, espectrometría de masas, ICP, HPLC, PCR y secuenciación, una pequeña cantidad de contaminantes puede interferir significativamente en el análisis.
La pureza del agua es un factor determinante para la fiabilidad de los resultados en cualquier laboratorio. El nivel de resistividad debe interpretarse junto con la conductividad, el COT, la carga microbiana, las partículas, los contaminantes específicos y la forma en que el agua se almacena y se distribuye.
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