Avances en el Programa Interlaboratorios de Control de Calidad de Sílice cristalina (PICC-Sil)

Introducción

En España, como en otros países, la determinación de sílice cristalina en el ámbito de la Higiene Industrial se lleva a cabo utilizando dos técnicas analíticas, mayoritariamente espectrofotometría de infrarrojo (IR) y, en menor medida, difracción de rayos X (DRX) [1,2]. En este ámbito, el INSHT viene realizando, en los últimos años, estudios para obtener determinaciones fiables de la cantidad de cuarzo recogida en filtros de policloruro de vinilo (PVC), cuyos resultados se han empleado en la elaboración de métodos analíticos, normas técnicas y han permitido establecer un programa de ensayo de aptitud de sílice cristalina, integrado en el Programa Interlaboratorios de Control de Calidad (PICC) desarrollado por el INSHT en el campo de la Higiene Industrial [1,3-5].

Las bases del Programa Interlaboratorios de Control de Calidad de sílice cristalina, PICC-Sil, se establecieron a partir de una prueba de intercomparación, en la que participaron 13 laboratorios españoles, 8 de ellos utilizando IR y 5 DRX [6]. Las conclusiones de esta prueba indicaron que la diferencia entre laboratorios es la principal fuente de error entre los resultados obtenidos y que, a su vez, se puede considerar despreciable la contribución asociada a las réplicas analíticas de cada muestra. Evaluando los resultados como valores normalizados en función del valor medio obtenido en el grupo IR se pudo establecer una desviación típica relativa del 10 % y obtener un porcentaje de resultados dentro de límites ± 2s superior al 70 %. Por otra parte, la dispersión de los resultados del grupo DRX impidió determinar unos parámetros de control específicos para esta técnica y, ante esta situación, la evaluación de los resultados de cada laboratorio del grupo DRX se realizó utilizando los criterios recogidos en la norma UNE-EN 482 [7] donde se establece una incertidumbre expandida máxima del 30 % para los métodos de toma de muestra y análisis en el intervalo comprendido entre 0,5 y 2 veces el Valor Límite Ambiental - Exposición Diaria (VLA-ED) [8].

Con estos parámetros de control iniciales, el programa PICC-Sil se pone en marcha en el año 2007 con una participación de 14 laboratorios españoles. Los resultados obtenidos son tratados siguiendo los criterios y recomendaciones incluidos en las Normas ISO 13528, ISO 17043 y el protocolo armonizado de la IUPAC para programas de intercomparación [9-11]. Tras la evaluación de más de 450 datos recogidos hasta 2010, se estableció como nuevo valor asignado a cada muestra el valor de consenso (valor medio, excluidos anómalos) de todos los resultados obtenidos, IR y DRX, y como límites de control los correspondientes a una desviación estándar relativa del 10 %, representativa de ambos grupos [12]. Estos parámetros, aplicados en el PICC-Sil desde 2010, se mantienen vigentes para cantidades de sílice cristalina en filtro comprendidas entre 40 µg y 160 µg [5].

En 2014, se encuentran inscritos en el programa un total de 27 laboratorios y, como en los inicios del programa, los laboratorios siguen empleando mayoritariamente IR, alcanzando el 78 % de los participantes. Es de destacar que el PICC-Sil, además de un incremento progresivo del número inscritos, mantiene una regularidad en la participación que le ha permitido disponer de un grupo homogéneo de laboratorios y, con ello, consolidarse como una buena herramienta de contraste entre laboratorios para mejorar su capacidad y competencia técnica.

Actualmente, el programa está ampliando su ámbito de actuación para incorporar, a las muestras de control del PICC-Sil, filtros con cantidades inferiores a 40 µg de cuarzo. Así mismo, se está evaluando la variabilidad asociada a las determinaciones de cristobalita en filtro, variedad de sílice cristalina con VLA-ED inferior al cuarzo y que es necesario tener en cuenta para evaluar las exposiciones laborales a sílice cristalina. Desgraciadamente, las recientes y no adecuadamente controladas exposiciones laborales a estos contaminantes han producido un rebrote importante de casos de silicosis entre trabajadores en activo y con pocos años de exposición [13].

En este trabajo se presenta el estudio realizado, a partir de resultados de IR recogidos en el PICC-Sil, para estimar la variabilidad esperable en este tipo de determinaciones cuando en una muestra están presentes cantidades de cuarzo inferiores a 40 mg y establecer unos parámetros de control iniciales que puedan aplicarse en el programa a cantidades de cuarzo comprendidas entre 10 µg y 40 mg, aproximadamente, y que amplíe los correspondientes al intervalo 40 µg a 160 µg.

Metodología

El Programa Interlaboratorios de Control de Calidad de Sílice Cristalina, PICC-Sil, utiliza como muestras de control filtros de PVC de 37 mm de diámetro y 5 µm de tamaño de poro con depósitos de cuarzo entre los 40 µg y los 160 µg. El material de referencia utilizado para la preparación de las muestras, BCR nº 66, se encuentra certificado en tamaño de partícula. La periodicidad de envío de muestras a los participantes es semestral incluyendo por cada ronda, junto a un blanco, cuatro muestras de control cargadas con distintas cantidades de sílice cristalina [5].

La evaluación de los resultados, x, se realiza mediante la transformación de los mismos en valores z, de acuerdo con la ecuación , donde Vd es el valor asignado a la muestra de control y σ_p es la desviación estándar aplicable en la evaluación de la aptitud. Los resultados se consideran: aceptables, cuando la puntuación, o valor z, se encuentra entre ± 2; dudosos, los comprendidos entre 2 < ІVzІ ≤ 3 y se clasifican no aceptables en el resto de los casos, ІVzІ > 3 [5].

Desde el 2010, junto con los envíos de las muestras de control del PICC-Sil, se han incluido muestras de baja concentración consistentes en filtros de PVC con depósitos de cuarzo inferiores a 40 mg y superiores a 10 µg. En total, se han preparado y distribuido a los laboratorios participantes 300 filtros cargados con cuarzo en el intervalo indicado. Estos filtros pertenecen a 15 muestras diferentes, considerando muestra el conjunto homogéneo de filtros cargados con la misma cantidad de cuarzo.

Del conjunto de datos recogidos, se han seleccionado, para estimar la variabilidad de estas determinaciones, los resultados procedentes de laboratorios con demostrada experiencia en las determinaciones de sílice por espectrofotometría infrarroja, que han participado en, al menos, seis de las 14 rondas realizadas en el PICC-Sil y con más del 75 % de sus resultados clasificados como aceptables (|Vz| ≤ 2). Este grupo de referencia está formado por 10 laboratorios inscritos en el grupo de IR [9,14]. Los resultados del grupo de DRX se excluyen de esta parte del estudio debido al número reducido de laboratorios inscritos y a su comportamiento heterogéneo en el intervalo analizado.

Resultados y Discusión

Para cada muestra, se ha calculado la media y la desviación estándar de los resultados del grupo de laboratorios seleccionados, excluidos los anómalos según el test de Grubbs. Los resultados de una selección aleatoria de muestras, tanto dentro del intervalo evaluable del PICC-Sil como en el estudio complementario con muestras de baja concentración, se recogen en la figura 1. Los resultados se representan como valores normalizados con respecto a la media para su mejor visualización.

Figura 1. Resultados normalizados respecto a la media de una selección aleatoria de muestras.

Los resultados de las muestras de control del programa PICC-Sil, con depósitos de cuarzo entre 40 µg y 160 µg, presentan una desviación estándar relativa que se mantiene constante en el intervalo ensayado. El test de Levene de homogeneidad de varianzas no mostró diferencias significativas entre las dispersiones de los resultados normalizados (Sig. = 0,362, a = 0,05). La relación lineal entre la desviación estándar (s) y la media de los resultados () también se observa gráficamente en la figura 2. El mejor ajuste se obtiene mediante una regresión a través del origen, dado que la ordenada en el origen obtenida por mínimos cuadrados no es significativamente diferente de cero (Sig. = 0,351, a = 0,05) y los errores en la estimación son ligeramente inferiores en la regresión por el origen. La relación entre la desviación estándar y la media de los resultados para las muestras de control del PICC-Sil es s = 0,093 . Por tanto, es posible aplicar un único coeficiente de variación para definir la dispersión esperable en este tipo de análisis en el intervalo de 40 µg a 160 µg. Así, el coeficiente de variación promediado para las 44 muestras de control utilizadas hasta la fecha, 9,9 %, confirma que la desviación estándar relativa aplicada en el PICC-Sil para la evaluación de resultados, establecida en un 10 %, puede considerarse un valor robusto y estable en el tiempo.

En relación con los filtros de PVC adicionados con cantidades de cuarzo entre 10 µg y 40 µg, al igual que en el caso anterior, existe una relación lineal entre las desviaciones estándar de los resultados de cada muestra y su valor medio. Sin embargo, se observan diferencias en la dispersión de resultados entre este conjunto de muestras, con depósitos inferiores a 40 µg, y las muestras empleadas en el PICC-Sil, con depósitos de cuarzo entre 40 µg y 160 µg. En la figura 2 se puede apreciar que si se estableciera el mismo coeficiente de variación para las muestras de baja concentración que el establecido en el intervalo de trabajo actual del programa, se produciría una subestimación de la dispersión de los resultados, ya que la mayoría de las desviaciones estándar se encuentran por encima de la recta de ajuste. Por tanto, estas muestras requieren de un tratamiento diferenciado.

Figura 2. Dispersión de los resultados obtenidos frente al valor medio (una vez excluidos los resultados anómalos) para las muestras. El recuadro interior representa la ampliación de las muestras con valores asignados < 40 mg de cuarzo.

Para los resultados de las muestras adicionadas con menos de 40 mg de cuarzo, el mejor ajuste de la recta se obtiene por mínimos cuadrados y conduce a la ecuación s = 1,13 + 0,10  (véase recuadro interior de la figura 2). En este caso, la ordenada en el origen tampoco es significativamente diferente de cero (Sig. = 0,312), pero los errores residuales de la estimación son inferiores si se ajusta por mínimos cuadrados en lugar de a través del origen. La ecuación de la recta cuando se ajusta por regresión a través del origen es  s = 0, 14 . Estas ecuaciones pueden servir de orientación a los laboratorios para verificar su precisión a niveles más bajos de concentración.

El test de homogeneidad de varianzas para las muestras con depósitos inferiores a 40 µg mostró que no existen diferencias significativas entre las dispersiones de los valores normalizados (Sig. = 0,263, a = 0,05), por lo que se ha calculado el coeficiente de variación promediado, CV_p, a partir de los coeficientes de variación obtenidos para cada ronda y teniendo en cuenta el número de casos válidos considerados en cada muestra (véase tabla 1).

Tabla 1. Coeficientes de variación por ronda para las 15 muestras con cantidades de cuarzo menores de 40 microgramos. Cada muestra corresponde a un conjunto de filtros cargados con la misma cantidad de cuarzo.

La figura 3 representa gráficamente los coeficientes de variación obtenidos por muestra en función del valor medio de los resultados para cada una de ellas y su posición con respecto a los coeficientes de variación promediados. La zona sombreada de la figura corresponde a cantidades de cuarzo inferiores a 10 mg que, como se indicó en la metodología de actuación del programa, no son objeto de este estudio. Así mismo, se incluyen en la figura los límites superiores de confianza (LSC), con una probabilidad del 95 % y 9 grados de libertad, teniendo en cuenta las desviaciones típicas aplicables del 10 % y del 15 % para cantidades de cuarzo mayores o menores a 40 mg, respectivamente (LSC_{> 40}= 15 % y LSC_{< 40}= 25 %),.

El porcentaje de muestras cuyos coeficientes de variación están por debajo de los LSC suponen más del 99 % de los evaluados hasta la fecha por lo que estos coeficientes de variación pueden ser utilizados como desviaciones estándar relativas aplicables para la evaluación de resultados. Estos resultados son indicativos de la homogeneidad alcanzada en el programa tanto entre las muestras de control empleadas como entre los laboratorios de referencia.

Figura 3. Límites de control aplicados y propuestos en el PICC-Sil para muestras de control comprendidas entre 10 µg y 160 µg de cuarzo. La región sombreada corresponde a cantidades de sílice no incluidas en el programa.

Así mismo, teniendo en cuenta que el coeficiente de variación de las muestras de control del PICC-Sil se ha mantenido constante a lo largo de los años, se puede asumir que la dispersión de los resultados en los laboratorios también es constante con el tiempo y considerar, por tanto, la desviación estándar de los valores normalizados como representativa de la dispersión de cada laboratorio. La tabla 2 recoge los coeficientes de variación obtenidos por los 10 laboratorios seleccionados. El test de homogeneidad de varianzas de Cochran mostró, para a = 0,05, que no existen diferencias significativas entre la dispersión de los resultados normalizados de los laboratorios. El análisis de varianza de los valores normalizados de los laboratorios (ANOVA de un factor) ha permitido estimar la variabilidad intralaboratorio (CV_intra) e interlaboratorios (CV_inter). Las diferencias observadas entre los laboratorios, aunque siguen siendo significativas, se han reducido si se comparan con las obtenidas en la prueba de intercomparación realizada para establecer las bases del PICC-Sil [6], lo cual es indicativo de la mejora de la calidad y competencia técnica que han adquirido los participantes en el PICC-Sil.

Tabla 2. Media y coeficiente de variación de los resultados normalizados (Vn) frente a la media sin anómalos por laboratorios participantes en el PICC-Sil, en función del intervalo de carga de los filtros de PVC.

Por otra parte, los cambios en los parámetros de control o la propuesta de unos nuevos en un programa de ensayo de aptitud pueden afectar a la clasificación de los resultados. En este sentido, se ha estudiado el efecto que los nuevos límites de control propuestos para muestras cargadas con cantidades inferiores a 40 µg pueden producir en las evaluaciones del PICC-Sil. En la tabla 3 se recoge la clasificación que obtendrían los resultados de los participantes aplicando el nuevo parámetro de control junto con los que se obtienen con los ya utilizados en las últimas rondas.

Tabla 3. Clasificación de los resultados de los laboratorios por grupo de participación en el PICC-Sil, como número y porcentaje de valores z (Vz), aplicando los límites de control propuestos.

Es de destacar que más del 85 % de los resultados pertenecientes al grupo IR son clasificados como aceptables, ІVzІ ≤ 2, tanto en el intervalo de carga actual como en el propuesto, porcentaje que asciende por encima del 90 % para ІVzІ ≤ 3 (177 resultados de 195 para < 40 mg de cuarzo y 517 de 560 para el intervalo 40 – 160 mg de cuarzo).

Con respecto al grupo de DRX, la aplicación del coeficiente de variación obtenido en IR para muestras con depósitos inferiores a 40 µg conduce a resultados de clasificación similares a los obtenidos para este grupo DRX a lo largo del desarrollo del PICC-Sil. Así, más del 75 % de los resultados alcanzan una clasificación de aceptable y el número de resultados con un Vz entre -3 y +3 es superior al 86 %. Estos porcentajes están en buen acuerdo con los obtenidos en otros programas de ensayos de aptitud de similares característica [14] por lo que, hasta que se disponga de un número de resultados del grupo DRX significativo y homogéneo, puede ser de aplicación para evaluar los resultados obtenidos por esta técnica.

Conclusiones

El estudio dentro del PICC-Sil de muestras con cantidades de cuarzo inferiores a 40 microgramos ha conducido a las siguientes conclusiones:

· Un coeficiente de variación del 15 % puede ser un buen indicador de la dispersión de este conjunto de resultados.

· Más del 85 % de los resultados recogidos del grupo IR se clasifican satisfactorios con los nuevos criterios.

· Posibilidad de aplicar el coeficiente de variación obtenido en el grupo IR a los resultados procedentes del grupo de DRX.

· Los resultados obtenidos permiten ampliar el intervalo de trabajo del PICC-Sil entre 10 y 160 µg de cuarzo en filtro de PVC.

La evaluación continua de los resultados obtenidos durante los siete años de desarrollo del PICC-Sil en los que se han utilizado más de 50 muestras de control con cantidades diferentes de cuarzo y se han llegado a tratar más de 900 resultados, incluyendo los procedentes de los grupos IR y DRX, ha confirmado la robustez de los límites de control actualizados por el programa en el 2010 para las muestras con depósitos superiores a 40 µg de cuarzo por muestra, desviación típica aplicable del 10 %, y ha permitido proponer nuevos parámetros de control para depósitos inferiores a 40 µg de cuarzo.

Agradecimientos

Los autores agradecen a todos los laboratorios inscritos en el PICC-Sil por su colaboración desinteresada en todos los estudios propuestos por el INSHT para mejorar esta herramienta de verificación y control de la calidad de las determinaciones de sílice cristalina. Así mismo, los autores agradecen a la ORP y a su Comité Científico por permitir la presentación de esta ponencia en el 12^th International Conference on Occupational Risk Prevention.

Referencias bibliográficas

• 1. MTA/MA057/A04. Determinación de sílice libre cristalina en materia particulada (fracción respirable) en aire. Método del filtro de membrana/Espectrofotometría de infrarrojos. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. www.insht.es
• 2. MTA/MA056/A06. Determinación de sílice libre cristalina (cuarzo, cristobalita, tridimita) en aire. Método del filtro de membrana/Difracción de rayos X. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. www.insht.es
• 3. Arroyo M.C. and Rojo J.M.; Investigaciones sobre materia particulada: primera prueba interlaboratorios para determinaciones de polvo y sílice cristalina. Prevención, Trabajo y Salud, 2002, n° 22, 1318. I.S.S.N.:18866123
• 4. UNE 81550. Atmósferas en el lugar de trabajo. Determinación de materia particulada (fracción respirable) con contenido en sílice libre cristalina, en aire. Método gravimétrico /espectrofotometría de infrarrojos. Asociación Española de Normalización.
• 5. Programa Interlaboratorios de Control de Calidad de Sílice Libre: PICCSil. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. www.insht.es/picc
• 6. Rojo J.M. and Montes N.; Prueba de intercomparación para determinaciones de sílice cristalina. Informe de resultados, 2007, 10 p. Ref: ACT/547/96/07.
• 7. UNEEN 482. Exposición en el lugar de trabajo. Requisitos generales relativos al funcionamiento de los procedimientos para la medida de agentes químicos. Asociación Española de Normalización.
• 8. Límites de Exposición Profesional para Agentes Químicos en España 2014. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. ISBN: 9788474258127. www.insht.es
• 9. ISO 13528:2005. Statistical methods for use in proficiency testing by interlaboratory comparisons. International Standard Organization.
• 10. UNEEN ISO/IEC 17043 Evaluación de la conformidad. Requisitos generales para los ensayos de aptitud. (ISO/IEC 17043:2010). Asociación Española de Normalización.
• 11. Thompson M.et al.; The international harmonized protocol for the proficiency testing of analytical chemistry laboratories. IUPAC Technical Report. Pure Appl. Chem., 2006, 78(1), 145196.
• 12. Montes N. and Rojo J.M.; Equivalencia en las determinaciones de sílice libre cristalina mediante Espectrofotometría de infrarrojo (IR) y Difracción de rayos X (DRX). Simposio de Higiene Industrial. Murcia, 2009.
• 13. Rojo J.M.; Mecanizado de aglomerados de sílice: Factores a considerar para la evaluación del riesgo. 10th International Conference on Occupational Risk Prevention, ORP2012, Bilbao, 2012. ISBN: 9788461579006. www.orpconference.org
• 14. UNE 82009. Exactitud (veracidad y precisión) de resultados y métodos de medición. Asociación Española de Normalización.
• 15. HSL Proficiency Testing Schemes. Workplace Analysis Scheme for Proficiency (WASP). Health and Safety Laboratory. http://www.hsl.gov.uk/centresofexcellence/proficiencytestingschemes