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Validação, Qualificação e Verificação de Instrumentos

7 de Novembro de 2006

e parte da aula de 3 de Novembro de 2006

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Âmbito da Validação ou Qualificação de Equipamentos

• A Validação Instrumental é um tema muito vasto pois há muitos tipos de ensaios utilizados em laboratórios de controlo de qualidade e podem considerar-se equipamentos diversos para a realização de cada tipo de ensaio.

• Assim a discussão destes assuntos será encaminhada para alguns equipamentos mais correntes mas que permitem ilustrar o que se pretende que seja feito no laboratório em termos de validação ou qualificação de equipamentos e as preocupações que devem orientar estes trabalhos.

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Terminologia de Qualificação de Equipamentos (1de3)

• Está mais ou menos consagrada uma terminologia de qualificação de equipamentos:– Qualificação de Projecto (DQ “Design

Qualification”): refere-se à correspondência que deve existir entre os requisitos do utilizador e as especificações (funcionais e operacionais) dos equipamentos. Relativamente às Qualificações do Fornecedor, além da competência para construção dos equipamentos, pode-se incluir as competências para instalação e assistência técnica aos equipamentos instalados.

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Terminologia de Qualificação de Equipamentos (2de3)

– A Qualificação de Instalação (IQ ”Installation Qualification”) atesta a instalação correcta dos equipamentos e tem que ser realizada no local em que é instalado o equipamento e onde vai ficar a funcionar em rotina. Muitas vezes, este trabalho é requisitado ao fornecedor juntamente com o passo seguinte.

– Depois da Instalação é necessário assegurar que o equipamento funciona de modo adequado. Nesta Qualificação Operacional (OQ “Operational Qualification”), terão que ser feitos ensaios destinados a verificar se o equipamento está a trabalhar de acordo com as especificações.

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Terminologia de Qualificação de Equipamentos (3de3)

– A sigla IQ/OQ designa “Installation Qualification / Operational Qualification” e, no caso de ser requisitada, tem que ser feita por técnico(s) especialmente qualificado(s) e diferente(s) daquele(s) que fez (fizeram) a instalação do equipamento.

– Qualificação de Desempenho (PQ “performance qualification”): já em rotina devem ser feitos regularmente ensaios destinados a verificar se o equipamento se mantém em boas condições de utilização para o(s) ensaio(s) em que é utilizado.

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Trabalhos de Validação Instrumental

• Admitindo que os equipamentos existentes no Laboratório são adequados (adequabilidade será mais uma palavra a considerar para equipamentos e métodos), deverão existir procedimentos escritos para verificar se estes equipamentos estão ou não a trabalhar de acordo com as especificações necessárias aos trabalhos a executar o que corresponde à Qualificação de Desempenho referida anteriormente.

• Por vezes, estes ensaios de validação vão ser executados pelo pessoal do laboratório. De qualquer modo, tem que haver confiança nos resultados dos ensaios de validação executados e que têm que ficar devidamente documentados e guardados em arquivo.

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Verificação e Calibração de Aparelhos de Medida

• Mediante ensaio simples com padrões, será possível fazer a verificação de aparelhos de medida: verifica-se se o valor medido para o padrão está (ou não) de acordo com o(s) valor(es) conhecido(s) do padrão (ou padrões) e poderá concluir-se se o aparelho está ou não a apresentar desvios inaceitáveis.

• Por outro lado, há procedimentos mais complicados e que envolvem a utilização de padrões adequados para fazer calibração desses aparelhos de medida. Nestes casos, é indispensável indicar a rastreabilidade e incerteza dos valores de calibração. Se for necessário, essa calibração permite corrigir os valores medidos com o aparelho calibrado.

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Cadernos e Registos de Laboratório Sistemas de Aquisição de Dados

• Tradicionalmente e ainda hoje em muitos casos, os valores lidos em ensaios eram registados em cadernos de laboratório que tinham que ser devidamente preenchidos.

• Tem-se observado tendência crescente para facilitar e automatizar essas tarefas: os valores medidos no equipamento experimental são transferidos (na forma analógica ou digital) para o sistema de dados (aquisição, registo e tratamento) onde são guardados.

• Estes sistemas facilitam os trabalhos de laboratório mas também deverão ser validados.

• Para facilitar a discussão considera-se este assunto relacionado com o uso de computadores que estão cada vez mais a ser utilizados para este fim.

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Computadores e “Software”

• Geralmente os computadores fazem parte dos sistemas de aquisição de dados o que facilita o registo dos dados em bruto bem como tratamento desses dados e podem ser ligados ao sistema geral de informação do laboratório.

• A validação de “hardwares” e de “softwares” de computadores para laboratório é difícil mas tornou-se indispensável até porque, em caso de erro, não se pode responsabilizar por isso o computador ou o software que está a ser usado.

• Continua a ser tema actual e uma discussão pormenorizada deste assunto vai merecer um tratamento separado.

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Ensaios Simples e Águas de Laboratório

• Há medições que são feitas em rotina e que se tornam tão familiares que passam despercebidas e até pode parecer que é trivial fazer a sua verificação. Por exemplo:– Tempo e intervalos de tempo.– Temperatura que tanto pode dizer respeito a condições para ensaio

químico, como conservação de amostras em frigorífico ou até condições ambiente em laboratório.

– Outras medições relacionadas com as condições ambiente como, humidade e pressão atmosférica.

• Também vale a pena ter em atenção a água no laboratório que tem utilizações diversas e importantes para além das usuais para a água de rede.

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Medição de Massas, Volumes e pH

• Na maioria dos laboratórios, as pesagens, medições de volumes e preparação de soluções são trabalhos correntes.

• A medição de pH também é uma operação de rotina e por vezes faz-se com rigor acima daquilo que é necessário como, por exemplo, quando nos basta ter uma indicação do valor de pH 1. De qualquer modo, interessa discutir este tema duma maneira geral até porque há ensaios em que a medição rigorosa é indispensável.

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Espectrofotómetros e Afins

• As técnicas espectroscópicas são muito usadas directamente como, por exemplo, a espectrofotometria de absorção molecular e/ou de infravermelhos aplicada na análise de compostos ou a espectrofotometria de absorção atómica usada na análise de elementos.

• Por outro lado, pode haver acoplamento com outras técnicas como, por exemplo, os espectrofotómetros de absorção molecular e de fluorescência que são usados como detectores em cromatógrafos de fase líquida ou em electroforese capilar.

• O espectrofotómetros de UV-Vis foi apresentado como exemplou-se para ilustrar métodos de verificação.

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Espectrofotómetros (UV-visível)

• Verificações:– Escala de comprimentos de onda– Escala de absorvências (ou absorvâncias)– Luz parasita (“stray light”).

• No caso de se terem observado desvios no ensaio de padrões, as calibrações dos espectrofotómetros podem eventualmente ser feitas com os padrões. Deve notar-se que nos espectrofotómetros correntes, os ajustes internos a introduzir no funcionamento do espectrofotómetro têm que ser feitas por pessoal técnico especializado.

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Verificações da Escala de Comprimentos de Onda (1de2)

• Comparação com espectros de arquivo. Estes espectros poderão eventualmente corresponder aos da solução que está a ser usada em análise de rotina para calibração do método de análise.

• Espectro de emissão da lâmpada de deutério que equipa a maioria dos espectrofotómetros (e que tem emissões características a 486,0 e 656,1nm).

• Utilização de soluções de hólmio ou de didímio (mistura de neodímio e praseodímio) que têm espectros de absorção característicos e que podem ser preparadas no laboratório de acordo com procedimentos adequados ou então adquiridas em fornecedor qualificado (nesse caso, vêm acompanhadas de certificado).

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Verificações da Escala de Comprimentos de Onda (2de2)

• A maneira mais prática de fazer a calibração da escala de comprimentos de onda consiste na utilização de filtros de hólmio ou de didímio (mistura de neodímio e praseodímio). Trata-se de placas de vidros especiais contendo óxidos daqueles metais e que estão montadas em suportes que se fixam facilmente nos porta-células dos espectrofotómetros.

• Estes filtros podem adquirir-se facilmente com os respectivos certificados. “Infelizmente” há prazos de validade para estes certificados.

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Espectro do Filtro de Hólmio

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Verificações da Escala de Absorvâncias

• Só interessa fazer estes ensaios depois da verificação da escala de comprimentos de onda.– A escala de absorvância pode ser verificada usando

soluções de dicromato de potássio (20, 40, 60, 80, 100 mg/L) em meio ácido (0,4 mL de ácido sulfúrico concentrado por L de solução ou em ácido perclórico 0,001M): há valores de absorvâncias tabelados para estas soluções.

– Um método alternativo consiste em utilizar placas de vidro produzidas para este efeito e que são usadas de modo semelhante ao descrito para os filtros de hólmio e didímio. São necessários vários filtros (por exemplo 8) que se adquirem com os respectivos certificados.

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Teste da Escala de Absorvância Usando Filtro (Certificado)

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Verificações da Luz Parasita

• A luz parasita resulta de radiação que atinge o sensor do espectrofotómetro embora tal não devesse acontecer. Pode aumentar com o desgaste e envelhecimento do espectrofotómetro.– A luz parasita (“stray light”) pode ser verificada

recorrendo a soluções aquosas (KCl 12g/L, NaI 10g/L ou NaNO2 50g/L).

– Um método alternativo consiste em utilizar um filtro adequado que pode ser adquirido (também com o respectivo certificado). Trata-se de um vidro especial que se introduz no porta-células do espectrofotómetro.

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Teste da Luz Parasita Usando Filtro

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Validação de Cromatógrafos e Métodos Cromatográficos

• A cromatografia é uma técnica que tem um grande número de aplicações e só por isso já mereceria destaque num módulo de validação de instrumentos e métodos de análise química.

• Para além disso, há uma grande diversidade de cromatógrafos e métodos cromatográficos que permitem exemplificar muitos aspectos da validação.

• Finalmente, este tratamento relativo à cromatografia pode ser adaptado sem grandes dificuldades para a instrumentação e métodos de electroforese capilar.

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Sistemas Modulares e Metodologias de Ensaios

• Os cromatógrafos podem ser encarados como sistemas modulares havendo diferentes metodologias de ensaio:

– Tal como é feito no controlo de qualidade da fábrica que produz os equipamentos, pode verificar-se o funcionamento de cada um dos módulos independentemente dos outros. Depois haveria que ligar os vários módulos e fazer um ensaio simples do conjunto.

– Nos procedimentos de ensaio que são realizados em rotina no laboratório, convém manter as montagens experimentais com os vários módulos ligados.

• Relativamente aos procedimentos de ensaio propriamente ditos pode ser sugerido um conjunto de padrões mas nada impede que se consigam fazer ensaios semelhantes com as soluções de padrão usadas nas rotinas do laboratório.

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Validação de Cromatógrafos de Fase Líquida

• Para facilitar a discussão deste tema serão consideradas as montagens mais correntes utilizadas em cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC).

• Não se discutirá o uso de reactores (pré- ou post-coluna cromatográfica) e o detector utilizado como exemplo será o detector de absorção no ultravioleta e visível.

• Outras opções relativamente a equipamentos para HPLC poderão ser discutidas como extensões das montagens mais simples.

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bomba injector coluna detectortratamento de dados

Esquema de Cromatógrafo de Fase Líquida

amostradorprogramadorde eluentes

eluentes

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Ensaios de Verificação Começando no Sistema de Dados• Sendo o cromatógrafo um sistema modular, uma

ordenação possível quanto à realização dos ensaios de verificação consistiria em começar pelo sistema de aquisição e tratamento de dados do cromatógrafo e que na prática pode ser feito com:– Registadores potenciométricos.

– Integradores.

– Computador com “hardware” e “software” para aquisição e tratamento de dados.

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Sistemas de Aquisição e Tratamento de Dados

• A verificação do sistemas de aquisição e tratamento de dados pode ser feita por:– Como a maior parte dos detectores tem duas saídas de

sinal pode fazer-se a comparação dos cromatogramas obtidos em dois sistemas diferentes de aquisição e tratamento de dados usados simultaneamente para o mesmo cromatógrafo na mesma análise.

– Utilização de um gerador de sinal eléctrico conhecido como é exemplificado no exemplo apresentado no diapositivo seguinte.

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Cromatograma “Artificial” Tratado pelo Sistema de Dados

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Utilização de Dispositivos de Simulação de Cromatogramas

• O exemplo anterior ilustra o caso de cromatógrafos que têm um modo de funcionamento em que é transmitido para o sistema de dados um cromatograma conhecido: No exemplo dado, tratava-se de um conjunto de 3 picos distanciados de 0,50min e com relação de áreas 100:10:1 que se pode repetir várias vezes para estudar a repetibilidade das medições.

• Na aula discutiu-se como uma possibilidade mais elaborada mas também de aplicação simples o uso de um dispositivo que se liga ao sistema de dados e que permite simular um cromatograma havendo versões comerciais destes dispositivos.

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Incertezas em Resultados de Calibrações, Verificações e Análises• Quando é feita a calibração dum equipamento é

obrigatório indicar a incerteza e rastreabilidade das medições feitas.

• Não se pretende transformar um laboratório de análises químicas para incluir uma extensa secção de metrologia mas convém ter uma ideia geral de como é que se pode fazer algumas calibrações. Isso torna mais fácil a redacção de relatórios ou o uso dos certificados de calibração e pode servir para inspirar possíveis métodos de verificação a realizar no laboratório.

• Em Análise Química, torna-se cada vez mais corrente a preocupação em que os resultados venham acompanhados das incertezas correspondentes.

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Considerações Finais

• Já se referiu a diversidade de equipamentos disponíveis para a realização de ensaios laboratoriais e o mesmo se poderia dizer relativamente a métodos de ensaio utilizáveis em controlo de qualidade.

• Assim, foram apresentados com mais pormenor alguns exemplos correntes em laboratórios de análises químicas. Se for necessário tratar da validação dum novo equipamento (ou método de ensaio), haverá a possibilidade de, sem grande dificuldade, adaptar algumas das metodologias discutidas.