Cómo transferir una valoración manual a una valoración automática

La valoración manual es un método de análisis común en muchos laboratorios. Sin embargo, presenta varios inconvenientes, como la detección subjetiva del punto final, el riesgo de errores manuales y la falta de integridad de los datos. En este artículo, aprenda los pasos más importantes a considerar al convertir la valoración manual en valoración automática, desde la elección del valorador hasta la optimización del método.

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• Desventajas de la valoración manual
• ¿Qué es la valoración automática?
• Elección del valorador
• Elección del sensor
• Optimizar el tamaño de la muestra y los volúmenes de la solución
• Seleccionar el modo correcto de la valoración
• Optimizar la configuración y el método de la valoración
• Validación del método

Desventajas de la valoración manual

La valoración manual consiste en añadir el valorante gota a gota desde una bureta a una solución de muestra. La detección del punto final se realiza generalmente de forma visual (a simple vista) mediante indicadores de color. Este método analítico sigue siendo muy utilizado porque solo requiere una bureta de vidrio y un matraz. Sin embargo, presenta varias desventajas importantes.

• Detección subjetiva del punto final: El reconocimiento visual del cambio de color depende de la percepción individual. Cada persona puede interpretar la intensidad del color de manera diferente, lo que genera resultados inconsistentes. Este problema se acentúa al trabajar con soluciones coloreadas o turbias.
• Precisión del tamaño de la gota: La precisión del análisis se ve influenciada por el tamaño de cada gota. Por ejemplo, si el tamaño de la gota es de 50 µL y el volumen total del valorante es de 5 mL, una sola gota puede causar una variación de aproximadamente el 1 %.
• Proceso laborioso: La valoración manual requiere mucho tiempo. Esto incluye no solo la valoración en sí, sino también la limpieza y el rellenado de la bureta y el cálculo manual de los resultados. Estos pasos limitan el número de muestras que se pueden procesar durante un turno.
• Riesgos de integridad de los datos: Al realizar valoraciones manuales, los resultados a menudo se registran a mano, se transfieren a hojas de cálculo y luego se introducen manualmente en un LIMS. Cada paso introduce la posibilidad de error humano y requiere controles de calidad exhaustivos. Este proceso es tedioso e ineficiente.

El uso de un valorador automático ayuda a los operadores a superar estas limitaciones.

Elección del valorador

Al elegir un valorador, debe tener en cuenta varios puntos clave.

• Cumplimiento de GLP/GMP: Los valoradores automáticos deben poder documentar los resultados. Esto incluye ofrecer opciones para la conexión a una impresora o el almacenamiento digital (p. ej., una unidad flash USB). Todos los valoradores Metrohm cumplen con los requisitos de GLP y GMP.
• Cumplimiento de la FDA: En entornos regulados, los valoradores deben cumplir con la normativa 21 CFR Parte 11 de la FDA.
• Opciones de control: Los valoradores se pueden controlar mediante software o una pantalla táctil integrada.
• Rendimiento de muestras: Si se analiza un gran número de muestras diariamente, un sistema automatizado puede mejorar significativamente la eficiencia del laboratorio. Obtenga más información sobre la automatización en el artículo «¿Por qué considerar la automatización, incluso para valoraciones sencillas?».
• Flexibilidad para diferentes valoraciones: Cambiar entre diferentes tipos de valoración, por ejemplo, de redox a ácido-base, requiere cambiar tanto el valorante como el electrodo. No todos los valoradores admiten esta función. La eficiencia mejora con sistemas de valoración que se pueden ampliar con buretas y electrodos adicionales.

Metrohm ofrece varios modelos de valoradores con diferentes capacidades. La Tabla 2 presenta una comparación de los puntos clave mencionados anteriormente para cada familia de valoradores.

Elección del sensor

El uso de un electrodo potenciométrico suele ser más sencillo, ya que no requiere una solución indicadora. Sin embargo, la selección del electrodo correcto depende de varios factores.

• Reacción química: La reacción química determina la elección del electrodo. Por ejemplo, las valoraciones ácido-base requieren un electrodo de pH, mientras que las valoraciones redox requieren un electrodo metálico.
• Matriz de la muestra: La matriz de la muestra puede afectar significativamente el rendimiento del electrodo. Por ejemplo, las muestras que contienen proteínas (como los productos lácteos) requieren un electrodo de pH con un diafragma insensible a las proteínas.
• Volumen de la muestra: Para volúmenes de muestra pequeños, se recomiendan microelectrodos especializados.

En el artículo encontrará más información sobre los diferentes electrodos para diversos tipos de valoración «Buenas prácticas para electrodos en valoración». 

El folleto «Electrodos para valoración» ofrece orientación para seleccionar el electrodo más adecuado. Alternativamente, el Buscador de electrodos permite filtrar por tipo de reacción, área de aplicación o detalles específicos, como la matriz de la muestra.

Optimización del tamaño de la muestra y los volúmenes de la solución

Al realizar valoraciones manuales, alcanzar el punto final suele requerir 30 mL o incluso 40 mL de valorante. Los valoradores automáticos, que ofrecen una mayor precisión de dosificación, suelen estar equipados con buretas de 10 mL o 20 mL. Dado que rellenar la bureta durante la valoración provoca errores, el volumen de la muestra debe ajustarse para las valoraciones automáticas.

Para los valoradores automáticos, generalmente se recomienda que el punto de equivalencia (o volumen final esperado) se encuentre entre el 10 % y el 90 % del volumen total de la bureta. Por lo tanto, un paso fundamental al pasar de la valoración manual a la automática es la optimización del volumen de la muestra. El menor consumo de valorante también puede suponer un ahorro de costes.

Por ejemplo, en el ensayo de hidróxido de calcio, el volumen de la muestra puede reducirse de 1,5 g a 0,375 g. Este ajuste disminuye el consumo de valorante en 30 mL por valoración [1]. Con un estimado de 10 valoraciones por día, esto se traduce en un ahorro anual de aproximadamente 4700 € solo en valorante. Consulte la Tabla 3 para ver un ejemplo de cálculo detallado.

Selección del modo de valoración correcto

Algunas reacciones de valoración son reversibles, como las valoraciones ácido-base, mientras que otras son irreversibles, como las valoraciones redox. La velocidad de la reacción de valoración también puede variar. Por lo tanto, los valoradores automáticos están equipados con diferentes modos de valoración.

Existen tres modos de valoración de uso común:

1. Valoración de punto final: Se añade valorante hasta alcanzar un punto final predefinido. Este modo se utiliza habitualmente con un valor de pH específico como punto final.
2. Valoración monotónica: Se añade un volumen constante de valorante en cada paso de dosificación.
3. Valoración dinámica: El volumen de valorante añadido varía en función de la proximidad al punto de equivalencia. Se añaden volúmenes menores de valorante de forma incremental alrededor del punto de equivalencia.

Optimización del montaje y el método de valoración

La optimización del montaje y el método de valoración ayuda a mejorar la precisión, acelerar la valoración y reducir el consumo de valorante.

Volumen inicial para acelerar la valoración

Para acelerar las valoraciones, especialmente las monotónicas, se puede utilizar un volumen inicial. Este método se asemeja a la dosificación previa del valorante en la valoración manual. Tras añadir el volumen inicial, se debe hacer una pausa para que el valorante reaccione con el analito antes de que comience la valoración.

Volumen de parada para ahorrar valorante

Aplicar un criterio de parada ayuda a reducir el consumo de valorante y a minimizar el desperdicio. La opción más sencilla es un volumen de parada fijo. Esto resulta eficaz cuando el punto de equivalencia se produce de forma consistente alrededor del mismo volumen.

Para muestras con concentraciones variables de analito, se requiere una solución más flexible. En estos casos, se utiliza el número máximo de puntos de equivalencia como criterio de parada. Además, se debe añadir posteriormente un volumen definido.

En ambos casos, se recomienda un volumen de parada de aproximadamente 1 mL después del punto de equivalencia.

Validación del método

El paso final para convertir la valoración manual en valoración automática es la validación del método, especialmente importante en entornos regulados. La validación de un método de valoración incluye la estandarización del valorante, así como la determinación de la exactitud, la precisión, la linealidad y la especificidad. Para obtener más información sobre la validación de métodos de valoración, consulte nuestra entrada del blog «Validación de métodos de valoración».

Conclusión

Al pasar de la valoración manual a la valoración automática, los laboratorios deben tener en cuenta varios factores clave. Al mismo tiempo, este cambio ofrece la oportunidad de optimizar el proceso de valoración y reducir los residuos. La infografía de la Figura 5 resume los pasos esenciales implicados en la transferencia del método:

Referencia

[1] Marques, M. R. C.; Pappa, H.; Chang, M.; Spafford, L.; Klein, M.; Meier, L. Recommendations for Converting a Manual Titration Procedure into an Automated Titration Procedure; White Paper WP-063; Metrohm: Herisau, 2021.

Recursos adicionales

Monografía: Aspectos prácticos de la valoración moderna

Entrada de blog: Reconocimiento de puntos finales (PE)

Entrada de blog: Cómo evitar errores de valoración en el laboratorio

Entrada de blog: ¿Por qué considerar la automatización, incluso para valoraciones sencillas?

Entrada de blog: Validación de métodos de valoración

Entrada de blog: El laboratorio del futuro: análisis robótico automatizado de productos petrolíferos

Seminario web bajo demanda: Cómo pasar de valoraciones manuales a valoraciones automáticas