Sistema para la determinación de acidez ambiental y método que hace uso del mismo.

Se describe un sistema para determinación de acidez ambiental basado en sensores que cambian su color en función del pH ambiental. El dispositivo objeto de la invención permite determinar el pH de ambiente mediante el uso de unas unidades lectoras que hacen pasar una radiación por el sensor cuando éste ha modificado sus características ópticas a consecuencia del pH del ambiente donde se encuentra ubicado.

Sistema para la determinación de acidez ambiental y método que hace uso del mismo.

Objeto de la invención

La presente invención se enmarca en el campo de la determinación del estado del aire y de otros medios gaseosos, o líquidos o sólidos húmedos, más concretamente sirve para determinar el grado de acidez de un ambiente.

El objeto de la invención consiste en un sistema que permite determinar de modo manual o automático el pH en entornos gaseosos, o líquidos, o sólidos húmedos en los cuales se encuentra ubicado; de tal manera que se puedan llevar a cabo las acciones necesarias en función de dicho dato.

Antecedentes de la invención

La acidez del ambiente es un parámetro difícil de evaluar, puesto que los procedimientos convencionales para medir el pH no son aplicables con precisión en entornos gaseosos, por ejemplo en el aire. Los electrodos convencionales de pH determinan el pH de disoluciones acuosas, de disolventes de distinto grado de polaridad o, en general, de cualquier líquido, así como de sólidos relativamente blandos y húmedos o humectados, como suelos, alimentos, etc. Sin embargo, la determinación de la acidez ambiental (pH ambiental) es de sumo interés, por ejemplo, cuando existe el riesgo de contaminación del aire por especies gaseosas de características ácido-base (SO₂, CO₂, NO_x, HCOOH, CH₃COOH, NH₄, etc.). Cuando se produce dicha contaminación y en presencia de una humedad relativa suficientemente elevada puede producirse el fenómeno conocido como lluvia ácida. La lluvia ácida consiste en la combinación química de uno o más gases de características ácidas con la lluvia y/o con la humedad ambiental, y su posterior condensación en forma de pequeñas gotas que al depositarse desencadenan un ataque químico tanto en los seres vivos como en la mayoría de los materiales y sustancias inertes. El ataque químico se produce por la elevada reactividad de las pequeñas gotas formadas de ácidos relativamente concentrados sobre la superficie de los seres vivos y de los materiales.

El proceso de deterioro de los bienes del patrimonio histórico y cultural se ha visto acelerado de modo preocupante en las últimas décadas. El desarrollo industrial hace que cada año se multipliquen las emisiones a la atmósfera y aparezcan nuevos contaminantes que amenazan seriamente el patrimonio si no se establecen medidas urgentes de protección y de conservación preventiva. No sólo corren peligro los objetos y materiales que están expuestos al aire libre, que constantemente se ven afectados por la acción negativa de los cambios de temperatura, humedad y contaminantes; sino también los almacenados o expuestos en interiores, donde también se registra la presencia de contaminantes, tan indeseables como los habituales de la atmósfera y que provienen de las emisiones de las maderas, de las condensaciones, humos, productos de limpieza, microorganismos, etc. Por otro lado, en la mayoría de las edificaciones relacionadas con objetos y materiales de interés patrimonial, los ambientes no están controlados, debido a la complejidad que supondría su instalación y a la frecuente escasez de medios económicos para llevarla a cabo.

La conservación preventiva del patrimonio se lleva a cabo mediante muy diversas metodologías. Una primera aproximación consiste en la protección de las obras de arte, objetos y materiales de interés patrimonial identificando los agentes agresivos que pueden o podrían ser causantes de su deterioro y posterior corrosión o degradación. Una actuación más avanzada y eficaz consiste en idear un sistema capaz de evaluar o cuantificar anticipadamente los parámetros decisivos que intervienen en la conservación integral de los materiales de interés patrimonial para, posteriormente, seleccionar otros procedimientos y/o tecnologías que eviten el deterioro.

En primer lugar se determinan cuáles son las causas del deterioro existente mediante un estudio analítico de los materiales históricos. Su estado de conservación indica el tipo de ataque producido y cuál es el agente agresivo que lo provocó. Una vez reconocidas las causas del deterioro, el planteamiento se dirige hacia cómo prever la presencia y acción de los contaminantes; esto es, la búsqueda de materiales, dispositivos, equipos, etc. que contribuyan de un modo eficaz a la conservación preventiva del objeto o del material. En esta fase se implementan nuevas tecnologías que incluyen controladores y sensores de las condiciones medioambientales. Los parámetros ambientales que se evalúan suelen ser la temperatura, la humedad relativa, la presencia y concentración de emisiones gaseosas (óxidos de carbono, de nitrógeno y de azufre) y, en menor proporción, la detección de microorganismos.

Como se ha apuntado anteriormente, el exceso de dióxido de azufre (SO₂) procedente de las combustiones de los motores, calefacciones, emisiones de centrales térmicas, emisiones de procesos industriales, provoca junto con la humedad atmosférica lo que se conoce como lluvia ácida. El grado de acidez del vapor de agua en contacto con el dióxido de azufre es muy elevado y su pH corresponde al de una disolución de ácido sulfúrico (H₂SO₄) que se forma en las pequeñas gotas de agua a las que da lugar. El efecto de esta lluvia ácida es especialmente agresivo para la mayor parte de los materiales presentes en objetos y obras de arte de interés histórico y cultural (metales, aleaciones, vidrios, tejidos, papel, cuero, etc.). El control del grado de acidez medioambiental ofrecería la ventaja de conocer de antemano el tipo de ataque que se va a provocar en el material histórico y, por lo tanto, facilitaría las labores de conservación preventiva y la selección de los tipos de protección a aplicar.

Los sensores de pH que pueden prepararse a partir de la inmovilización de colorantes orgánicos en un recubrimiento delgado sobre una lámina de vidrio común son sensibles frente al grado de acidez del ambiente y su respuesta óptica es medible por comparación del color que adquieren con el de una escala de color preestablecida; o bien, pueden evaluar cuantitativamente el pH de la fase gaseosa en las inmediaciones del objeto o material a proteger, por simple registro del espectro de absorción visible del sensor, una vez expuesto y sensibilizado en dicho ambiente. Son pues sensores de respuesta óptica que informan del pH al que se está produciendo o se va a producir el ataque químico al que se somete el objeto histórico por contacto con los contaminantes medioambientales, tanto procedentes del interior de la edificación como de la intemperie. El control del pH medioambiental y la evaluación de su evolución en el tiempo es un modo de conservación preventiva especialmente interesante en el caso de los materiales de interés patrimonial.

Descripción de la invención

El objeto de la invención es un sistema electrónico para la determinación de la acidez ambiental mediante sensores químicos de respuesta óptica. El sistema se compone de uno o varios sensores, y una o varias unidades lectoras con posibilidad de conexión a un ordenador personal. Los sensores poseen una respuesta óptica, frente a la acidez, basicidad o pH de entornos gaseosos, o líquidos, o mixtos sólidos/líquidos, es decir, cambian de color en función de la acidez ambiental. Se fabrican depositando una capa activa por el procedimiento sol-gel sobre una lámina de vidrio común. Por tanto son sensores de bajo coste, mecánicamente sencillos, que no necesitan de una fuente de energía para su funcionamiento, y cuyo coste y requisitos de instalación son mínimos. La unidad lectora permite obtener el valor de la acidez ambiental a partir del sensor y de su curva de calibrado. Para ello transforma la respuesta óptica de los sensores, que se produce en el intervalo de longitudes de onda del espectro visible, en una respuesta eléctrica en unidades de potencial eléctrico (voltios), la digitaliza y la almacena para su posterior envío a un ordenador personal en el que se puede realizar el análisis y seguimiento de las medidas realizadas, tanto a posteriori como simultáneamente al proceso de medida. La equivalencia entre el valor de la acidez ambiental registrado y el nivel de la señal eléctrica producida se realiza a partir de la curva de calibrado de cada sensor, o de cada modelo de sensor. Dicha curva se obtiene previamente con ayuda de la unidad lectora, registrando la señal eléctrica producida al exponer el sensor a valores de acidez conocidos en condiciones controladas de laboratorio. El sistema permite diferentes tipos de implementación,...

1. Sistema (1) para la determinación de acidez ambiental caracterizado porque comprende:

- al menos un sensor (2) de pH constituido por una lámina de vidrio y una capa activa adaptado para cambiar de color en función de la acidez ambiental,

- al menos una unidad lectora (3) que comprende: