Dispositivo y procedimiento de cambio múltiple de la subfase para tensiómetros de gota pendiente.

Se trata de un dispositivo adaptable a tensiómetros de gota pendiente mediante el cual es posible sustituir, completamente, en múltiples ocasiones, la subfase de una gota sin alterar la interfase, utilizando un conjunto de líquidos o disoluciones diferentes. Todo el proceso se realiza de forma automática sin intervención humana durante la realización del experimento.

DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO DE CAMBIO MÚLTIPLE DE LA SUBFASE PARA TENSIÓMETROS DE GOTA PENDIENTE

SECTOR DE LA TÉCNICA La invención objeto de la presente solicitud hace referencia a un nuevo dispositivo que puede utilizarse en instrumentación para el diseño de nuevas técnicas experimentales de interés en Física de Superficies con aplicación directa en el sector químico, farmacéutico, biológico, odontológico, etc. desde un punto de vista tecnológico, industrial y de investigación.

ESTADO DE LA TÉCNICA

La técnica de la gota pendiente es una técnica experimental bien conocida que se utiliza en diferentes tipos de aparatos e instrumentos para obtener una medida precisa de la tensión interfacial entre dos medios fluidos no miscibles.

Dicha técnica se fundamenta en la formación de una gota (gota pendiente) de un medio líquido que cuelga de un capilar en el interior de otro medio fluido (líquido o aire) menos denso. Se denomina gota pendiente invertida cuando la gota se forma desde abajo con un fluido menos denso en el interior de un fluido más denso. La forma que adopta la gota se debe al equilibrio hidrostático que se alcanza como consecuencia del balance entre la tensión interfacial que tiende a minimizar el área superficial de la gota, curvándola, y la gravedad que, por el contrario, tiende a deformarla. Teóricamente la relación que hay entre la tensión interfacial y la forma de la gota pendiente puede describirse mediante la ecuación de Young-Laplace, por lo que es posible obtener el valor de la tensión interfacial analizando la forma que adopta la gota pendiente.

Existen en el mercado diferentes tipos de tensiómetros basados en la técnica de la gota pendiente tanto comerciales como académicos que se diferencian respecto al sistema óptico y de captura utilizado, las características de la célula de medida empleada que puede estar termostatizada o presurizada, el procedimiento seguido manual o automático para la formación de la gota, los algoritmos de procesamiento utilizados en la detección y extracción del perfil de la gota y, por último, el algoritmo de ajuste utilizado para comparar el perfil digitalizado con el de la ecuación de YoungLaplace, y así obtener el valor de la tensión interfacial. Algunos de estos dispositivos se venden comercialmente (KRUSS, KSV, o AUension entre otros) .

Recientemente se han incorporado diferentes tipos de adaptaciones en los tensiómetros que facultan su uso como balanzas de superficie [Wege H. et al, Colloids and Surfaces B: Biolnterfaces, Vol 12 (1999) 51-58], lo que hace posible realizar estudios de monocapas insolubles depositadas en la interfase líquido-aire y líquidolíquido a partir del análisis de la presión superficial (diferencia entre la tensión interfacial correspondiente a la superficie libre de película y a la tensión interfacial recubierta por la película monomolecular) y el área por molécula (área ocupada por la monocapa dividido por el número conocido de moléculas que forman la misma) en distintos estados de compresión. En este caso, la adaptación consistía en el diseño de un procedimiento experimental para la extensión de la monocapa sobre la superficie de la gota, y un mecanismo de accionamiento controlado por ordenador que permita modificar el volumen de la gota (y por tanto el área ocupada por la monocapa) a la par que medimos la presión superficial de la monocapa depositada en la superficie de la gota, es decir, podemos llevar a cabo la expansión/comprensión de la monocapa del mismo modo que con las balanzas de superficies convencionales, pero con una cantidad de líquido muy inferior.

Otras adaptaciones en los tensiómetros han posibilitado su uso como balanzas de superficie de penetración a partir de la inclusión de una pieza de intercambio compuesto por dos capilares coaxiales concéntricos [patente ES 2 153 296]. En este caso la novedad que aportaba esta adaptación consistía en la posibilidad de sustituir completamente la subfase de la gota pendiente (el medio líquido del interior de la gota) por otro líquido sin alterar la interfase. Con ello es posible realizar nuevos tipos de experimentos en los que se puede estudiar directamente la interacción del tensioactivo o de la monocapa depositada en la interfase líquido-fluido con la subfase después de modificar la composición química de la subfase, como los estudios de penetración sobre monocapas insolubles, o los estudios de difusión y cinética de adsorción.

En esta invención se propone una nueva adaptación para los tensiómetros de gota pendiente que amplía las posibilidades de los tensiómetros a través de un dispositivo de cambio múltiple de fase con el cual no sólo es posible sustituir la subfase de una gota pendiente con otro líquido sin alterar la interfase, sino que además el proceso puede realizarse múltiples veces y con un conjunto de líquidos o disoluciones diferentes. Como aplicación directa más importante el nuevo dispositivo nos permite realizar automáticamente estudios de la CMC (concentración micelar crítica) de un tensioactivo o surfactante en un medio líquido (como un detergente o un producto lácteo) , así como los estudios de adsorción.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

En esta invención se propone una nueva adaptación para los tensiómetros de gota pendiente mediante el dispositivo de cambio múltiple de fase con el cual es posible sustituir completamente, y en múltiples ocasiones, la subfase de una gota sin alterar la interfase, utilizando un conjunto de líquidos o disoluciones diferentes. Todo el proceso se realiza de forma automática sin intervención humana durante la realización del experimento.

Como aplicación directa más importante el nuevo dispositivo nos permite realizar directamente estudios de la CMC (concentración micelar crítica) de un sustancia anfífilica como un tensioactivo o surfactante en un medio líquido (detergentes, cremas, productos lácteos, etc.) sobre un tensiómetro de gota pendiente.

OBJETO DE LA INVENCiÓN

El nuevo dispositivo ofrece las siguientes capacidades:

Permite intercambiar completamente el contenido de la subfase de la gota pendiente con pequeñas cantidades de líquido del orden de al menos tres veces el volumen de la gota, en tantas ocasiones como sea necesario con el mismo o con diferentes líquidos o disoluciones. Permite realizar el proceso de intercambio de la subfase de forma automática sin necesidad de interaccionar sobre la interfase ni sobre el entorno controlado de la célula donde se forma la gota pendiente. La admisión y salida del fluido que circula por la gota pendiente se gestiona directamente desde el dispositivo de cambio múltiple de fase, no contaminando el entorno controlado donde se forma la gota pendiente.

Se pueden realizar los experimentos sobre diferentes líquidos con el mismo volumen de gota pendiente, manteniendo además el resto de condiciones ambientales de temperatura, presión, o grado de humedad del entorno de medida.

Es posible realizar una medida directa del CMC de sustancias anfifílicas como un tensioactivo o un surfactante.

Los tensiómetros de gota pendiente del mercado no permiten una sustitución continuada del contenido de la gota pendiente por otros líquidos o disoluciones, por lo que no es posible realizar experimentos para la medida de la tensión interfacial directamente con otros líquidos o disoluciones sin modificar manualmente el contenido de la gota. Así, concretamente en los tensiómetros de gota pendiente convencionales la medida de la tensión interfacial no está ligada al procedimiento de formación de la gota pendiente, por lo que es necesario, por un lado, preparar en distintos experimentos la gota pendiente con el líquido o disolución objeto de estudio, para posteriormente proceder a la medida de la tensión interfacial. En cambio, en los tensiómetros de gota pendiente que actúan como balanzas de superficie de penetración si se puede realizar un intercambio controlado de la subfase manteniendo la velocidad con que se inyecta el nuevo líquido a la vez que se retira el líquido presente en la gota, pero sólo es posible hacerlo con un nuevo líquido o disolución.

Con la invención propuesta es posible planificar previamente los líquidos o disoluciones objeto de estudio en un experimento, y utilizar el tensiómetro para la medida de la tensión interfacial sobre todo el conjunto de líquidos sin intervenir en el proceso de medida, manteniendo exactamente las mismas condiciones ambientales del entorno de medida.

DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

Figura...

1. Dispositivo de cambio múltiple de subfase para tensiómetros del tipo gota-pendiente que comprende dos o más microinyectores (1) , cada uno de los cuales comprende los siguientes elementos:

un dispositivo que permite el bombeo o succión de líquidos (2) , conectado a una válvula (3) con uno o más conductos que están conectados a uno o más recipientes (7) que contienen distintos líquidos o disoluciones;

medios electromecánicos que permiten cambiar la comunicación de los conductos y selección del líquido;

y medios para purgar el sistema (8) ; de forma que dichos microinyectores quedan conectados mediante un conducto (4) a una pieza (5) , compuesta por capilares coaxiales, que permite el intercambio de la subfase.

2. Procedimiento de cambio múltiple de subfase de una gota pendiente sin alterar la interfase que comprende la preparación y limpieza del dispositivo caracterizado en reivindicación 1, la formación de la gota pendiente, y, por último, dos o más intercambios de subfase de la gota pendiente.

3. Uso del dispositivo de cambio múltiple de subfase según reivindicación 1 para la medida directa de la CMC de una sustancia anfifílica.

4. Software que implementa el procedimiento de intercambio múltiple de fase según reivindicación 2.