SENSOR DE DETERMINACIÓN DIRECTA DE LA PRESENCIA DE DETERGENTES EN UNA MUESTRA.

Sensor de determinación directa de la presencia de detergentes en una muestra.

La presente invención describe un nuevo sensor impedimétrico tridimensional en el que los electrodos interdigitados comprenden dígitos altamente conductivos que están separados por una barrera de un material aislante, útil para la determinación directa de la presencia de residuos de detergentes en agua en los procesos de lavado y ciclos de aclarado. El sensor cambia su impedancia cuando capta la presencia de moléculas de detergente en una muestra debido al cambio que sufre el campo eléctrico cuyas líneas de campo parten de un dígito (2) hasta llegar al otro dígito (3) sobrepasando la barrera aislante (4).

Sensor de determinación directa de la presencia de detergentes en una muestra

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención describe un nuevo sensor impedimétrico tridimensional en el que los electrodos altamente conductivos están separados por una barrera de un material aislante, útil para la determinación directa de 5 la presencia de residuos de detergentes en agua en los procesos de lavado y ciclos de aclarado.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se enmarca en el campo de los sensores aptos para la monitorización directa y el control de los procesos de lavado que permiten garantizar la calidad del aclarado y la ausencia de restos de detergentes en los materiales lavados, optimizar el proceso de lavado y ayudar a ahorrar energía y agua abaratando 10 los costes de estos procesos.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Es conocido que para registrar la presencia de detergentes en las máquinas de lavado se pueden utilizar diferentes métodos basados en medidas ópticas o eléctricas.

Entre los métodos ópticos para la determinación de detergentes se han propuesto utilizar la medida de 15 fluorescencia en el líquido de lavado para la determinación de residuos de detergentes (Patente US 2007143934) . Sin embargo, este método permite determinar la presencia de los compuestos blanqueadores que están presentes en los detergentes comerciales y no los detergentes mismos. Otro método propuesto (JP2008086634) cuenta con la detección de la adsorción de detergentes sobre la superficie de una capa metálica por la resonancia de plasmones de superficie. El sistema óptico de medida presentado en la patente es demasiado complejo y caro para su uso en 20 máquinas de lavado.

Actualmente para el control de la cantidad de detergente en las máquinas de lavado se usan diferentes sensores y sistemas basados en la medida de la conductividad del agua de lavado con detergente. Por ejemplo, la patente TW510934 presenta el dispositivo y método para la detección de residuos de detergente en una máquina de lavado en el que un sensor de calidad del agua detecta la conductividad del agua, donde la conductividad es 25 proporcional al detergente en el agua.

Para determinar la concentración de detergente, por lo general (TW510934, JP60144653, JP8285804, JP4187183) , se usa un sensor de conductividad que consta de dos electrodos metálicos. Cuando desde el exterior se aplica un voltaje entre los dos electrodos, se genera una corriente eléctrica que corresponde a la conductividad del líquido de limpieza, que depende de la concentración de detergente. Así, por el valor de la corriente, que también 30 puede ser convertido a impedancia (JP4187183) , se pretende medir la concentración de detergente.

La conductividad puede depender de las impurezas presentes en agua, por eso también se propone (US4956887) controlar adicionalmente otra propiedad de solución como el pH para la determinación de la concentración de detergente de forma más precisa.

Las desventajas de los métodos basados en la medida de la conductividad se derivan de que la 35 conductividad del agua de lavado dependerá de la concentración de detergente en los casos donde la concentración del último sea alta. En los ciclos de aclarado, cuando la concentración del detergente disminuye, la conductividad de la solución dependerá de la conductividad de la propia agua y no de los residuos de detergentes presentes. Por eso, estos métodos son útiles para la dosificación del detergente, pero no para el control de sus residuos.

Otra aproximación a las medidas de detergentes en una solución es el uso de una “lengua electrónica” 40 formada por una matriz de sensores amperométricos con el tratamiento de datos basado en reconocimiento de patrones (Determination of detergents in washing machine wastewater with a voltammetric electronic tongue. J. Olsson, P. Ivarsson, F.Winquist, Talanta, 76 (2008) 91–95) . Sin embargo, como reconocen los autores, la sensibilidad del método no supera a la del sensor conductimétrico.

Otro método propuesto (US 2005017728) para determinar la concentración de detergentes en soluciones 45 de descontaminación se basa en la dependencia de la constante dieléctrica de la solución con la concentración de detergente. En este caso se mide la capacidad de un condensador plano o circular formado por dos electrodos de metal cubiertos con una capa aislante que previene el contacto directo entre la solución y los electrodos metálicos. La presencia de un detergente puede aumentar o disminuir la constante dieléctrica del agua, dependiendo de la composición del detergente. En este sentido, un detergente altamente iónico aumenta la constante dieléctrica del 50 agua, mientras que un detergente orgánico altamente no polar disminuirá la constante dieléctrica del agua.

Las desventajas del método presente son: poca sensibilidad de la constante dieléctrica a la concentración del detergente; en detergentes comerciales se encuentran tanto detergentes iónicos como no iónicos que cambian la constante dieléctrica en sentido contrario y que neutraliza el efecto global.

En lugar de medir la conductividad y la constante dieléctrica con un sensor de dos electrodos en paralelo se puede usar un dispositivo con una matriz de electrodos interdigitados midiendo cambios en la impedancia en función 5 de la conductividad eléctrica y/o la constante dieléctrica del liquido en contacto con el sensor. (Measurement of liquid complex dielectric constants using non-contact sensors Jun Wan Kim; Pasupathy, P.; Sheng Zhang; Neikirk, D.P., Sensors, 2009 IEEE Conference, 2009 , p. 2017 – 2020) .

Una mejora importante en el diseño de los transductores interdigitados para su uso en biosensores fue el desarrollo de los electrodos conductores separados con barreras aislantes modificadas con biomoléculas recogida 10 en la patente ES2307430. Con este dispositivo biosensor se puede detectar con alta sensibilidad las reacciones bioquímicas que tienen lugar sobre la superficie de las barreras modificadas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

Para solventar los problemas anteriores, la presente invención comprende un sensor cuya sensibilidad es muy superior a los sensores del estado de la técnica debido a la presencia de una barrera entre cada par de dígitos 15 comprendidos en el par de electrodos interdigitados, respectivamente. De esta forma se obtiene un sensor tridimensional a diferencia de los sensores planos del estado de la técnica. Por tanto, un objetivo de la presente invención es el de proporcionar un nuevo sensor electroquímico capaz de determinar la presencia o ausencia de detergentes en una muestra tal como una disolución acuosa o líquida.

El sensor de determinación directa de la presencia de detergentes en una muestra de la presente invención 20 en la realización preferida de la invención comprende:

i) un sustrato aislado eléctricamente del resto de elementos comprendidos en el sensor;

ii) al menos un primer dígito y un segundo dígito comprendidos en un primer electrodo interdigitado y un segundo electrodo interdigitado, respectivamente, donde dichos primer y segundo electrodos interdigitados y dicho primer y segundo digito están formados en un material conductor eléctrico, dispuestos sobre el sustrato y separados, 25 cada par de dígitos, por

iii) una barrera de un material aislante situada entre el primer dígito y el segundo dígito;

tal que el sensor está configurado para detectar la presencia de moléculas de detergente mediante el cambio de su impedancia cuando capta la presencia de moléculas de detergente adsorbidas sobre su superficie en la muestra debido al cambio sufrido por un campo eléctrico generado entre el primer y el segundo dígito y que sobrepasa dicha 30 barrera.

En otra realización de la invención que comprende la realización preferida, el primer electrodo interdigitado y el segundo electrodo interdigitado así como el primer dígito y el segundo digito están formados en un mismo material altamente conductor eléctrico y químicamente inerte.

En otra realización de la invención para cualquiera de las realizaciones anteriores, el sustrato es de tipo 35 dieléctrico.

En otra realización de la invención que comprende las dos primeras realizaciones y a diferencia de la realización anterior, el sustrato es de tipo conductor cubierto con una capa aislante eléctricamente o dieléctrica, de tal manera que siempre queda el sustrato aislado eléctricamente del resto de componentes comprendidos en el sensor. Para la presente realización, el sustrato es de un material dieléctrico seleccionado entre un polímero, un 40 vidrio y un óxido inorgánico. Por otro lado, la capa aislante...

1. Sensor de determinación directa de la presencia de detergentes en una muestra caracterizado porque comprende:

i) un sustrato (1) aislado eléctricamente del resto de elementos comprendidos en el sensor;

ii) al menos un primer dígito (2A) y un segundo dígito (3A) comprendidos en un primer electrodo 5 interdigitado (2) y un segundo electrodo interdigitado (3) , respectivamente, donde dichos primer y segundo electrodos interdigitados (2, 3) y dicho primer y segundo digito (2A, 2B) están formados en un material conductor eléctrico, dispuestos sobre el sustrato y separados, cada par de dígitos (2A, 3A) , por

iii) una barrera (4) de un material aislante situada entre el primer dígito (2A) y el segundo dígito (3A) ;

tal que el sensor está configurado para detectar la presencia de moléculas de detergente mediante el cambio de su 10 impedancia cuando capta la presencia de moléculas de detergente adsorbidas sobre su superficie en una muestra debido al cambio sufrido por un campo eléctrico generado entre el primer (2A) y el segundo dígito (3A) y que sobrepasa dicha barrera (4) .

2. Sensor según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos primer y segundo electrodos interdigitados (2, 3) y dichos primer y segundo digito (2A, 2B) están formados en un mismo material altamente 15 conductor eléctrico y químicamente inerte.

3. Sensor según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el sustrato es de tipo dieléctrico.

4. Sensor según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el sustrato es de tipo conductor cubierto con una capa aislante eléctricamente o dieléctrica.

5. Sensor según la reivindicación 3, caracterizado porque el sustrato (1) es de un material dieléctrico 20 seleccionado entre un polímero, un vidrio y un óxido inorgánico.

6. Sensor según la reivindicación 4, caracterizado porque la capa aislante eléctricamente o dieléctrica es de un material seleccionado entre un dieléctrico inorgánico y un polímero.

7. Sensor según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dichos primer y segundo electrodos interdigitados (2, 3) y dichos primer y segundo digito (2A, 2B) están fabricados en metal. 25

8. Sensor según la reivindicación 7, caracterizado porque el metal para fabricar los electrodos interdigitados y los dígitos está seleccionado entre Pt, Pd, Au, óxidos, Si, silicio policristalino, siliciuro de tántalo y polímeros conductores.

9. Sensor según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dichos primer y segundo dígito comprenden una anchura y una separación entre ellos dentro de un intervalo comprendido entre 0.5 a 10.0 µm, ambos inclusive. 30

10. Sensor según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la barrera (4) de material aislante es de un material seleccionado entre óxidos inorgánicos, polímeros y materiales sensibles a la exposición con luz UV.

11. Sensor según la reivindicación 1 caracterizado porque la barrera (4) tiene una altura comprendida entre el 50% y el 150% de la distancia que separa los centros del primer y segundo dígito. 35

12. Sensor según la reivindicación 1, caracterizado porque la barrera (4) tiene una altura igual a la distancia que separa los centros del primer y segundo dígito.

13. Sensor según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material de la barrera aislante comprende unas propiedades físico-químicas que facilitan la adsorción de las moléculas de 40 detergentes.

14. Sensor según la reivindicación 1 caracterizado porque los electrodos interdigitados (2, 3) están organizados según una matriz interdigitada.

15. Sensor según la reivindicación 1 caracterizado porque un dispositivo de detección de las propiedades eléctricas es conectado a los electrodos interdigitados (2, 3) mediante unos puntos de soldadura (6, 7) , a los que 45 aplica un voltaje AC, y que mide la variación en el campo eléctrico próximo a la superficie de la barrera (4) .

16. Sensor según la reivindicación 15 caracterizado porque el dispositivo de detección es un impedímetro que mide la impedancia entre los electrodos interdigitados del sensor.

17. Uso del sensor según las reivindicaciones 1 a la 16 en un procedimiento de determinación de la presencia de detergentes que se encuentran en una solución muestra.

18. Uso del sensor según las reivindicaciones 1 a la 16 en un procedimiento de determinación de la 5 presencia de detergentes en equipos de lavado.