Sensores potenciométricos basados en clusters de boro aniónicos.

Sensor potenciométrico que comprende un electrodo selectivo a iones y este a su vez una membrana caracterizada porque comprende: un material termoplástico; una sustancia electroactiva basada en una sal en la que el catión es la forma protonada del analito a determinar y el anión es un cluster que comprende átomos de boro; y un agente plastificante. Además, la invención también se refiere al uso de dicho sensor para la detección y/o cuantificación de un compuesto que contiene al menos un átomo de nitrógeno

Sensores potenciométricos basados en clusters de boro aniónicos.

La presente invención se refiere a dispositivo potenciométrico que comprende una membrana sensora basada en clústeres de boro aniónicos, por tanto, la invención se enmarca en el área científico-técnica de la química, dentro del análisis químico de compuestos que contengan como elemento integrante nitrógeno protonable o que pueda cuaternizarse, y de aplicación para sectores como el químico y/o el farmacéutico.

Estado de la técnica

En la actualidad hay varios métodos analíticos usados para la determinación de analitos con nitrógeno (como antibióticos, aminoácidos, péptidos, tintes, etc.) en diversos tipos de matrices^1-10 especialmente cromatográficos, espectrofotométricos, voltamperométricos y amperométricos. Estos métodos son muy eficientes pero, en general, son lentos y relativamente caros para el análisis de rutina. Además, estos inconvenientes se agravan para determinaciones fuera del laboratorio. Debido al elevado número de análisis requeridos en la industria farmacéutica (es decir control de calidad, supervisión de los fármacos, etc.) disponer de procedimientos analíticos rápidos se convierte en una necesidad. Los métodos convencionales se basan en el análisis cromatográfico (TLC; HPLC-UV, GC-MS)^11-13. Estos métodos requieren tratamientos previos algo complejos y mucha dedicación, que los hace inadecuados para analizar una gran cantidad de muestras.

Por otro lado, los métodos analíticos más usados para la determinación del contenido de aminoácidos en medios biológicos y en muestras de alimentos son volumetría, electroforesis capilar, voltamperometría, quimioluminescencia, amperometría, polarografía, cromatografía acoplada a diversos sistemas de detección (tales como absorción Ultravioleta-visible, fluorescencia, y espectrometría de masas), espectroscopia de fluorescencia y métodos espectrofotométricos^14-19 Entre estos métodos, la volumetría es simple, pero no es sensible ni selectiva; la electroforesis capilar es un método de alta resolución, pero no es fácil de operar, siendo necesario una persona altamente especializada. Los métodos voltamperométricos son una técnica selectiva, sensible y relativamente barata, pero en muchos casos es difícil de obtener la máxima información. Algunos métodos requieren un pretratamiento sofisticado de las muestras, un tiempo largo para realizar el análisis, aparatos muy costosos y la especialización de personas. Por esta razón es importante desarrollar técnicas más directas y más rápidas para poder determinar compuestos en general, y en particular que contengan nitrógeno.

En algunos de estos métodos electroquímicos (polarografía²⁰, voltamperometría²¹) ya se utilizan con buenos resultados en la determinación de compuestos con nitrógeno electroactivo. Para estas aplicaciones se usan electrodos de trabajo tales como carbón, oro o platino. A fin de mejorar la selectividad de la señal electroquímica pueden usarse electrodos modificados químicamente. Estos últimos años, la detección electroquímica ha ganado en importancia como técnica de detección sensible y selectiva para los compuestos electroactivos. Los electrodos serigrafiados representan una de las alternativas más interesantes en el diseño de sensores electroquímicos²². Estos electrodos se han divulgado como sensores para análisis biomédico, ambiental e industrial²³.

Por otro lado, La potenciometría (y más concretamente los electrodos selectivos a iones (ISE's)) es un método analítico muy económico y eficiente para determinar numerosos analitos^28-29.

En particular, los sensores potenciométricos basados en pares iónicos, basado en azul de metileno-silicotungstato se han utilizado con éxito para la determinación de algunos tintes, como el azul de metileno²⁴.

También se han utilizado para la determinación de compuestos farmacéuticos distintos tipos de ISEs basados en moléculas bioespecíficas, intercambio de iones, o transportadores neutros^25-26.

El método que usa la membrana de PVC es el tipo de ISE más simple, más barato y más directo. Los progresos en análisis farmacéutico con ISEs han permitido la medida directa y selectiva de la actividad de varios cationes o aniones orgánicos de interés farmacéutico, en la mayoría de los casos sin un pretratamiento de la sustancia activa de la matriz de la formulación. La muestra solamente necesita ser disuelta en agua. Así, algunos compuestos farmacéuticos (novocaina, dimedrol, lidocaina, papaverina) ya se han determinado usando ISEs basados en membranas de PVC utilizando el tetrafenilborato como generador del par iónico²⁷.

Los electrodos selectivos a iones pueden miniaturizarse a fin de poder utilizarse para el análisis in vivo o in vitro, para análisis de flujo en la industria o en los puntos del muestreo. Se conoce a partir de datos de la bibliografía que la precisión y la exactitud para la determinación de antibióticos de preparaciones comerciales son generalmente mejores con los sensores de membrana de PVC, que con membranas líquidas³⁰.

Un estudio referente a los electrodos selectivos de iones para la determinación de iones amonio orgánicos ha mostrado que los componentes habituales de la membrana eran: plastificantes NPOE, DBP, DNA-dinonil adipato, TEHP tris(2-etilhexil)fosfato y tris(noniloxi)benzenosulfonato potásico (K(TNOBS); como cambiadores de iones el tetrakis (4-clorofenil)borato de potasio (K(TpCIPB)), y el dibenzo-18-corona-6 como un transportador catiónico neutro; y el nitrato de tetradecilamonio (TDA)NO₃ como un aditivo catiónico³¹.

Los electrodos selectivos de iones son fáciles de fabricar y convenientes para operar, por tanto, este método tiene algunas ventajas sobre otras técnicas; preparar la membrana es simple, los componentes electroactivos fáciles de preparar, y los instrumentos son muy accesibles, más baratos y más fáciles de operar que los requeridos para HPLC, FIA, espectrofotometría. Sin embargo, estas membranas descritas, con respecto a los iones generalmente utilizados como el caso del tetrafenilborato, son poco estables.

Descripción de la invención

Conocer la existencia de un determinado compuesto químico y su concentración en fluidos biológicos, en líquidos naturales o sintéticos requiere siempre de unas herramientas analíticas que se basan en métodos físicos, químicos o la combinación de ambos. Las herramientas analíticas existentes son muy variadas y prácticamente cualquier compuesto puede detectarse directa o indirectamente; la cuestión está en la complejidad de la técnica, el coste del equipo necesario, la formación requerida al analista, el tiempo requerido para llevar a cabo la detección y cuantificación del analito buscado, o la posibilidad de que el equipo sea móvil o estacionario. Los equipos móviles y de poco peso son importantes y aún pueden serlo más para el control continuo de un determinado analito y para su dispensación controlada, por ejemplo en el caso de que sea un fármaco, o por su disponibilidad en cualquier situación y circunstancia.

En general, los grandes aparatos tienen suficientes opciones que no requieren ser selectivos a un determinado analito; por el contrario los pequeños dispositivos requieren ser selectivos a uno o a unos pocos analitos para ser de interés tecnológico. Por otra parte los grandes aparatos son estacionarios y caros, mientras que los pequeños ofrecen la posibilidad de ser móviles y de poco coste. Estos últimos requieren de un elemento sensor capaz de detectar selectivamente a un analito y su concentración y de un transductor capaz de enviar el señal del tipo que sea, por ejemplo acústico, óptico ó eléctrico, y que debe ser proporcional a la concentración del electrolito.

Por consiguiente el punto clave de un sensor químico móvil es su selectividad, es decir que responda mayoritariamente a un único analito, y que la señal que dé sea proporcional a su concentración.

De esta forma, la presente invención proporciona una membrana que puede acoplarse a diferentes transductores para detectar analitos que estén químicamente relacionados con el catión presente en la membrana. Básicamente los dispositivos sensores resultantes están compuestos de una membrana sensora que incorpora una sal de un...

1. Membrana para un sensor potenciométrico caracterizado porque comprende:

- un material termoplástico

- una sustancia electroactiva basada en una sal en la que el catión es la forma protonada del analito a determinar y el anión es un cluster que comprende átomos de boro; y

- un agente plastificante.

2. Membrana según la reivindicación 1, en la que el anión es mono- ó polianiónico.

3. Membrana según cualquiera de las reivindicaciones 1 6 2, en la que el cluster de boro se selecciona de la lista que comprende un borano, un carborano o un metalocarborano.

4. Membrana según la reivindicación 3, en la que el borano tiene la fórmula (B_nH_n)^2-, (B_nX_mH_n-m)^2- ó (LB_nH_n)^-, donde:

n tiene un valor de entre 6 y 12,

X se selecciona de la lista que comprende hidrógeno, halógeno, un grupo alquilo o un grupo arilo,

m tiene un valor de entre 0 y 12,

L es un grupo XR'R''R''' ó XR'R''; donde X es un átomo de N, P, S u O y R', R'' y R''' son radicales, iguales o diferentes, seleccionados de entre un átomo de H, un grupo alquilo o arilo.

5. Membrana según la reivindicación 3, en la que el carborano tiene la fórmula (RCB_nH_n)^- ó (RCB_nX_mH_n-m)^-, donde:

R es H, un grupo alquilo o un grupo arilo,

n tiene un valor de entre 5 y 11,

X es un halógeno, un grupo alquilo o un grupo arilo y

m tiene un valor de entre 0 y 11.

6. Membrana según la reivindicación 3, en la que el metalocarborano tiene la fórmula [M(C₂B₉H₁₁)₂]^-, [M(C₂B₉ H₁₁)₂]^2- cualquiera de sus derivados o cualquier combinación mono- o di-iónica de al menos dos metalocarboranos, donde M es un metal trivalente o divalente.

7. Membrana según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el material termoplástico es cloruro de polivinilo (PVC).

8. Membrana según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el agente plastificante se selecciona de la lista que comprende un ácido policarboxílico o cualquiera de sus sales, benzoato, aceite vegetal epoxidizado, sulfonamida, organofosfato, poliéter derivado de glicol o cualquier plastificante polimérico derivado del nitrobenzeno.

9. Membrana según la reivindicación 8, en la que el ácido policarboxílico se selecciona de la lista que comprende ácido ftálico, ácido adipico, ácido sebácico o ácido maleico.

10. Electrodo selectivo a iones (ISE) caracterizado porque comprende una membrana según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 sobre un soporte conductor o semiconductor eléctrico.

11. Electrodo selectivo a iones según la reivindicación 11, donde el soporte es grafito, cualquier combinación con grafito o un polímero orgánico.

12. Sensor potenciométrico caracterizado porque comprende un electrodo selectivo a iones según cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11 y un transductor.

13. Uso del sensor potenciométrico según la reivindicación 12 o del electrodo selectivo a iones según cualquiera de las reivindicaciones 10 ú 11, para la detección y/o cuantificación de un analito que contiene al menos un átomo de nitrógeno.

14. Uso del sensor potenciométrico según la reivindicación 12 o del electrodo selectivo a iones según cualquiera de las reivindicaciones 10 ú 11, para la detección y/o cuantificación selectiva de enantiómeros.

15. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 13 o 14, donde la detección se realiza en fluidos biológicos u otros líquidos, naturales o sintéticos.