Método de cuantificación de la concentración de tensioactivos aniónicos en agua o medios acuosos.

La presente invención se refiere a un método y kit para la determinación de la concentración de tensioactivos aniónicos en agua o medios acuosos mediante la potenciación de la formación de espuma atribuible a los mismos y en función del tiempo de desaparición del anillo de espuma formado en la superficie del agua o medio acuoso. Para ello se lleva a cabo la adición a una muestra del agua o medio acuoso de un potenciador de la producción de espuma atribuible al tensioactivo aniónico, a la que previamente se ha agregado un tampón que mantenga el pH durante el tiempo de ensayo a un valor <=6

Métodos y kits para la cuantificación de la concentración de tensioactivos aniónicos en agua o medios acuosos.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método (en adelante método de la invención) para el cálculo o determinación de la concentración de tensioactivos aniónicos presentes en agua o medios acuosos. Por lo tanto, la presente invención puede englobarse dentro del campo de la química o del medioambiente.

Estado de la técnica

Los tensioactivos aniónicos son sustancias sintéticas o semi-sintéticas que entran a formar parte de las aguas naturales o residuales por vertidos domésticos e industriales. Un tensioactivo aniónico contiene en su molécula un grupo hidrófilo y un grupo muy hidrófobo. Las moléculas del tensioactivo tienden a acumularse en la interfase, entre el medio acuoso y la otra fase del sistema, líquidos orgánicos inmiscibles con el agua, sólidos o aire, produciendo espuma y emulsionando las partículas en suspensión. El componente hidrófilo del tensioactivo aniónico es generalmente un grupo carboxilato, sulfonato o sulfato, mientras que el grupo hidrófobo es una larga cadena hidrocarbonada, alquílica o bencenoalquílica.

Aunque existen otros compuestos tensioactivos, los más utilizados son los aniónicos y por tanto son éstos los que más frecuentemente y en mayor concentración contaminan las aguas naturales. Un gran número de métodos analíticos han sido ensayados para la determinación de tensioactivos aniónicos, pero son los basados en la formación de un par iónico o compuesto de asociación iónica entre el anión del tensioactivo y un catión de alta masa molecular, los más utilizados para la medición de la concentración de alquilsulfatos, alquilbencenosulfonatos y otros tensioactivos de esta naturaleza. Los reactivos potencialmente útiles para la formación del par iónico y las técnicas habitualmente usadas son:

Durante las últimas décadas gran parte de los trabajos publicados corresponden a procedimientos que utilizan la colorimetría o la EAA. Numerosos reactivos han sido propuestos para una determinación colorimétrica, como anaranjado de acridina [Frígola A.M. y Bosch F. Afinidad 44, 483-486 (1987)] o dicloruro de tris-(1,10-fenantrolina)-Fe(II) [Dimitrienco S.G. y Molotov J.A. Russian Patent nº 2041460.C1 (1995)] pero, sin duda, de todos los reactivos colorimétricos el que ha sido objeto de mayor número de publicaciones es el azul de metileno, propuesto inicialmente en [Jones J.H. Assoc. Oficial Agr. Chem. 28, 398-409 (1945)], cuyo método ha experimentado diversas modificaciones, como la de [Longwell J. y Maniece W.D. Analyst 80, 167-171 (1955)], dirigidas especialmente a mejorar su selectividad.

La mayoría de los kits para la detección y determinación de un elemento o compuesto químico están basados en la evaluación de la intensidad del propio color del analito o en la aparición, desaparición o cambio de color de la sustancia analizada al reaccionar con un determinado reactivo. La carencia de color de los tensioactivos aniónicos comúnmente utilizados para fines domésticos o industriales hace necesario recurrir al empleo de un reactivo que mediante reacción o interacción estequiométrica, dé lugar a un compuesto coloreado. En el caso de los tensioactivos aniónicos la difícil o nula posibilidad de generar color a partir de ellos mediante una reacción química, limita como vía única para su detección o determinación colorimétrica, al uso de un reactivo coloreado que interaccione estequiométricamente con el tensioactivo aniónico dando lugar a un compuesto del que forman parte analito y reactivo. Como la interacción tiene lugar entre el tensioactivo en forma aniónica y el reactivo colorante en forma catiónica, el compuesto que se origina se denomina par iónico o de asociación iónica. Sin embargo, este tipo de interacción, que ha sido el fundamento para el desarrollo de un número considerable de procedimientos analíticos aptos para la determinación de tensioactivos y otros analitos, no es útil para la elaboración de un sencillo kit de detección o determinación de tensioactivos aniónicos, ya que requiere la separación del producto de reacción del exceso de colorante libre que no ha interaccionado. Por eso, los test hasta ahora comercializados suelen requerir el empleo de un colorímetro o espectrofotómetro para su realización.

En el documento JP2004294367 se describe un método para determinar el contenido de un tensioactivo en agua. Se consigue proporcionando aire repetidamente en el depósito que contiene el agua y midiendo la formación de espuma durante el último ciclo de aireado. En el documento JP1150840 se explica que la medida llevada a cabo sobre la formación de espuma en un líquido comprende la estimación de la cantidad de micro-burbujas de aire generadas, así como su frecuencia y altura utilizando un dispositivo óptico.

El documento DE19740095 reivindica un método para determinar las características de la espuma de un tensioactivo (comportamiento, volumen y estabilidad de la espuma). El método consiste en la agitación de una muestra acuosa que contenga dicho tensioactivo en un tiempo específico. El nivel de espuma se va determinando cada cierto tiempo durante el tiempo de agitación.

En los documentos US2002116137 y US2001042407 se hace referencia a un método para la detección de cambios en la formación de espuma de una muestra de solución acuosa. El método consiste en introducir dicha muestra en una columna donde se airea para producir espuma. La altura de dicha espuma se mide mediante un sensor acústico (ondas ultrasónicas), que se correlaciona con la concentración de la sustancia (en este caso el tensioactivo) que forma la espuma.

En el documento US4148217 se describe un método para la detección de cambios en la formación de espuma de una muestra de solución acuosa que consiste en la medida de la resistencia al flujo de un gas (por ej. Nitrógeno) a través de un relleno hidráulico que contiene una solución del tensioactivo. La resistencia se mide también cuando dicho relleno contiene agua, permitiendo determinar el factor de resistencia de la solución de tensioactivo que se define como la relación entre la caída de presión máxima a través del relleno cuando el tamaño de poro se llena con la espuma del tensioactivo con respecto a la caída de presión máxima observada cuando el relleno se llena con agua y es desplazada por el flujo de gas.

En el documento PCT WO2004077008 se menciona un método de determinación de la capacidad de formación de espuma para champú, bebidas, etc., que supone la introducción de un gas con un índice de flujo determinado en un líquido, dentro de un tubo de muestra, para generar espuma en dicho líquido. Los datos relacionados con las posiciones de las fases aire-espuma y espuma-líquido en el tubo se generan utilizando un dispositivo opto-electrónico como un detector de turbidez de fotodiodos.

Todos estos métodos requieren de aparatos complejos y su sensibilidad no alcanzaría para medir concentraciones de tensioactivos de 0.2 mg/l. Existe por tanto en la actualidad, la necesidad de un procedimiento que permita detectar concentraciones de tensioactivo aniónico tan bajas como el límite máximo admisible que establece la legislación de muchos países (0.2 mg/L o menos, expresada en dodecilsulfato sódico o alquilbenceno sulfonato sódico), pero que además de proporcionar una alta sensibilidad pueda ser realizada de forma rápida y selectiva sin que se requiera un experto analista.

La presente invención resuelve dicha necesidad mediante un método y un kit sencillo y rápido para el cálculo o determinación de la concentración de tensioactivos aniónicos que puedan estar presentes en agua o medios acuosos en concentraciones de 0,2 mg/1 o incluso menos que comprende los siguientes pasos: (1) adición de una composición o compuesto tampón al agua o medio acuoso consiguiendo un pH =q 6; (2) adición de una composición o compuesto potenciador de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso, que contiene presuntamente el tensioactivo aniónico; (3) estimación del tiempo de desaparición de anillo de espuma formado en la superficie del agua o medio acuoso y cálculo de la concentración del tensioactivo...

1. Método para el cálculo o determinación de la concentración de tensioactivos aniónicos presentes en agua o medios acuosos que comprende los siguientes pasos:

2. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque el cálculo de la concentración del tensioactivo aniónico se realiza comparando el grosor del anillo de espuma formado como consecuencia del paso b) con una escala de valores estandarizados de tensioactivo aniónico, preferentemente dodecilsulfato sódico, que relaciona grosores del anillo de espuma con la concentración de tensioactivo aniónico.

3. Método, según la reivindicación 1, caracterizado por detectar concentraciones de tensioactivos aniónicos =q 0,05 mg/L.

4. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque la composición o compuesto potenciador de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso atribuible al tensioactivo aniónico está formado por cationes trivalentes o tetravalentes de elementos metálicos.

5. Método, según la reivindicación 4, caracterizado porque la composición o compuesto potenciador de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso atribuible al tensioactivo aniónico está formada por cationes polivalentes seleccionados preferentemente entre: Al(III), Cr(III), Fe(III), La(III), Ti(IV), Zr(IV) o Ce(III).

6. Método, según la reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque la concentración de los cationes oscila entre 0,01 y 20 g/L.

7. Método, según la reivindicación 6, caracterizado porque la concentración de los cationes oscila entre 0,3 y 3 g/L.

8. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque el valor del pH es =q 4,5.

9. Método, según la reivindicación 8, caracterizado porque el valor del pH está comprendido entre 2 y 3.

10. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque el tampón adicionado en el paso a) es una disolución que comprende una combinación de compuestos seleccionada del grupo: ácido láctico-lactato sódico, ácido glicólico-glicolato sódico, cloruro de aminoácido-aminoácido correspondiente o sulfato de aminoácido-aminoácido correspondiente.

11. Método, según la reivindicación 10, caracterizado porque el tampón añadido en el paso a) es cloruro de glicino-glicina ajustando el valor del pH entre 1,5 y 4.

12. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque la composición o compuesto potenciador de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso atribuible al tensioactivo aniónico es una disolución de cloruro de zirconilo con una concentración de Zr(IV) entre 0,2 y 20 g/L y porque el tampón añadido ajusta el pH del agua o medio acuoso a valores entre 1 y 6.

13. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque la composición o compuesto potenciador de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso atribuible al tensioactivo aniónico es una disolución de cloruro de zirconilo con una concentración de Zr(IV) entre 0,4 y 2 g/L y porque el tampón añadido ajusta el pH del agua o medio acuoso a valores entre 1 y 6.

14. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque la composición o compuesto potenciador de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso atribuible al tensioactivo aniónico está formado por una disolución de Al(III) y Zr(IV) estando la concentración del primero entre 0,1 y 2 g/L y la del segundo entre 0,4 y 2 g/L.

15. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque la composición o compuesto potenciador de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso atribuible al tensioactivo aniónico está formado por dos disoluciones siendo la primera de Zr(IV) con una concentración entre 0,4 y 2 g/L y la segunda de un catión seleccionado entre: Al(III), Cr(III), Fe(III), La(III) o Ce(III) con una concentración entre 0,1 y 2 g/L.

16. Kit para detectar una concentración =q a 0,05 mg/L de tensioactivo aniónico en agua o medios acuosos que comprende un compuesto potenciador de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso atribuible al tensioactivo aniónico y un tampón que ajuste el valor del pH a un valor =q 6.

17. Kit, según la reivindicación 16, caracterizado porque el tensioactivo aniónico del cual se calcula su concentración se selecciona entre: C₁₀H₂₁SO₄Na, C₁₂H₂₅SO₄Na y C₁₄H₂₉SO₄Na, preferentemente dodecilsulfato sódico.

18. Kit, según la reivindicación 16, caracterizado porque la composición o compuesto potenciador de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso debida al tensioactivo aniónico está formada por cationes trivalentes o tetravalentes de metales.

19. Kit, según la reivindicación 18, caracterizado porque la composición o compuesto potenciador de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso debida al tensioactivo aniónico está formada por cationes trivalentes o tetravalentes de metales seleccionados entre: Al(III), Cr(III), Fe(III), La(III), Ti(IV), Zr(IV) o Ce(III).

20. Kit, según las reivindicaciones 18 ó 19, caracterizado porque la concentración de los cationes oscila entre 0,01 y 20 g/L.

21. Kit, según la reivindicación 20, caracterizado porque la concentración de los cationes oscila entre 0,3 y 3 g/L.

22. Kit, según la reivindicación 16, caracterizado porque el valor del pH es =q 4,5.

23. Kit, según la reivindicación 22, caracterizado porque el valor del pH está comprendido entre 2 y 3.

24. Kit, según la reivindicación 16, caracterizado porque el tampón es una disolución que comprende una combinación de compuestos seleccionada del grupo: ácido láctico-lactato sódico, ácido glicólico-glicolato sódico, cloruros de aminoácidos-aminoácido correspondiente o sulfatos de aminoácidos-aminoácido correspondiente.

25. kit, según la reivindicación 24, caracterizado porque el tampón añadido es cloruro de glicino-glicina ajustando el valor del pH entre 1,5 y 4.

26. kit, según la reivindicación 16, caracterizado porque la composición o compuesto potenciador de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso atribuible al tensioactivo aniónico es una disolución de cloruro de zirconilo con una concentración de Zr(IV) entre 0,2 y 20 g/L y porque el tampón añadido ajusta el pH del agua o medio acuoso a valores entre 1 y 6.

27. Kit, según la reivindicación 16, caracterizado porque la composición o compuesto potenciador de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso atribuible al tensioactivo aniónico es una disolución de cloruro de zirconilo con una concentración de Zr(IV) entre 0,4 y 2 g/L y porque el tampón añadido ajusta el pH del agua o medio acuoso a valores entre 1 y 6.

28. Kit, según la reivindicación 16, caracterizado porque la composición o compuesto potenciador de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso debida al tensioactivo aniónico está formada por una disolución de Al(III) y Zr(IV) estando la concentración del primero entre 0,1 y 2 g/L y la del segundo entre 0,4 y 2 g/L.

29. Kit, según la reivindicación 16, caracterizado porque la composición potenciadora de la producción de espuma en la superficie del agua o medio acuoso atribuible al tensioactivo aniónico está formada por dos disoluciones siendo la primera de Zr(IV) con una concentración entre 0,4 y 2 g/L y la segunda de un catión seleccionado entre: Al(III), Cr(III), Fe(III), La(III) o Ce(III) con una concentración entre 0,1 y 2 g/L.