COMPUESTOS SENSORES DE ALCOHOLES Y AGUA, MÉTODO DE DETECCIÓN Y DISPOSITIVO.

Compuestos sensores de alcoholes y agua, método de detección y dispositivo.

La presente invención describe un nuevo compuesto de coordinación de fórmula: [M(PDC)((py)2CO)(H2O)] donde PDC representa el ligando piridil-2,5-dicarboxílato, (py)2CO el ligando di-2-piridilcetona y M representa un catión divalente seleccionado del grupo formado por Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Ca, Sr y Ba. La invención describe asimismo nuevos complejos presentes en compuestos cristalinos de fórmulas (IIe), (IIm) y (IIa) obtenibles a partir de los anteriores por captación de etanol, metanol o agua en sus estructuras. Además la invención describe un método y un dispositivo para determinar la presencia de etanol, metanol o agua en una muestra que comprende poner en contacto el compuesto de fórmula (I) con dicha muestra a temperatura ambiente y detectar un cambio de color en la muestra por obtención de los complejos (IIe), (IIm) o (IIa).

COMPUESTOS SENSORES DE ALCOHOLES Y AGUA, MÉTODO DE DETECCIÓN Y DISPOSITIVO

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a nuevos compuestos de coordinación de metales divalentes y a su empleo como sensores de metanol, etanol y agua.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los tests de alcoholemia que se llevan a cabo actualmente por los diferentes estamentos policiales con competencias en tráfico miden la concentración de etanol en el aire espirado por los conductores. Los equipos alcoholímetros actuales utilizan dos principios de funcionamiento: la absorción de energía infrarroja (IR) y la célula electroquímica.

En el primer caso la energía IR es absorbida por el etanol a longitudes de onda de 3, 4 micrómetros y 9, 5 micrómetros. Este último nivel ofrece una especificidad adecuada para la determinación de etanol en el aliento. El equipo utilizado se denomina célula de infrarrojos. Un modelo tipo consta de un emisor de ondas de distintas frecuencias. La energía radiante producida se concentra en un espejo cóncavo y se refleja a lo largo de toda la longitud de la célula. Después, atraviesa dos filtros ópticos que eliminan todas las longitudes de onda inferiores a 9, 5 micrómetros. A continuación, la energía es recogida por un espejo cóncavo y pasada a través de un filtro que elimina todas las longitudes de onda superiores a 9, 5. El detector de IR recibe solamente la energía radiada a la longitud de onda adecuada. Esta energía recibida se convierte en energía eléctrica. El proceso de análisis de una muestra por la célula de IR comprende las siguientes etapas: hacer pasar la muestra por la célula de IR y hacer pasar energía IR a través de la muestra, la cual es absorbida en su caso parcialmente por el etanol presente en la muestra. La reducción de energía IR se detecta en el detector, lo que produce una menor cantidad de energía eléctrica. La reducción de energía eléctrica está relacionada con la concentración de etanol en la muestra de aliento, mediante la ley de Lambert-Beers, la cual define la relación de proporcionalidad entre concentración y la absorción IR.

En el segundo caso, se utiliza una célula electroquímica (fuel cell) . En su forma más sencilla, la célula de etanol consiste en una capa porosa, químicamente inerte, recubierta por ambos lados de platino finamente dividido llamado platino negro. El fabricante impregna las capas porosas con una disolución electrolítica de ácido y conecta un cable de platino a las superficies de platino negro. El conjunto se monta en una carcasa de plástico, el cual también incluye una válvula de aire que permite introducir la muestra de aliento. La reacción tiene lugar en la superficie superior de la célula, transformándose el etanol en ácido acético. Esta reacción se lleva a cabo mediante catálisis heterogénea, con platino como catalizador. En el proceso, se originan dos electrones libres por molécula de etanol, siendo liberados en el proceso iones H+ que emigran a la superficie inferior de la célula, donde se combinan con el oxígeno atmosférico para formar agua, consumiendo un electrón por cada ión H+ en el proceso. De este modo, la superficie superior tiene un exceso de electrones, y la inferior tiene el correspondiente déficit de electrones. Al conectar las dos superficies eléctricamente, fluye una corriente a través del circuito externo para neutralizar la carga. La célula genera una respuesta lineal que es proporcional a la concentración de etanol en el aliento. Procesando la señal adecuadamente, se puede mostrar directamente en una pantalla la concentración de alcohol en sangre. El procedimiento de análisis sigue el siguiente proceso:

Se introduce la muestra de aliento en la célula.

Se oxida el alcohol de la muestra en uno de los electrodos (ánodo) .

El oxígeno atmosférico se reduce en el otro electrodo (cátodo) .

Se produce una corriente entre los dos electrodos que será proporcional a la cantidad de etanol que se oxide.

La medida de esta corriente indica la cantidad de etanol oxidado.

Además de estas dos técnicas descritas existe la denominada tecnología de sensor dual. Ésta se basa en la medida de la absorción de energía IR y la célula electroquímica. La combinación de ambas tecnologías origina un procedimiento muy exacto y específico para la determinación de etanol en el aliento. El instrumento monitoriza el flujo y volumen del aliento y utiliza un sensor IR para ofrecer información continua de la concentración de alcohol en el aire espirado. Esto se denomina análisis en tiempo real de la muestra. Primero tienen lugar un autochequeo y un ensayo cero automáticos en el instrumento; después la muestra se introduce en el equipo a través de un tubo hasta la célula IR. La muestra es analizada en serie por los dos métodos diferentes. Una pequeña parte de la muestra llega a la célula electroquímica y se analiza automáticamente. El resultado de un análisis se confirma con el otro. De nuevo se realizan un autochequeo y un ajuste de cero, y sólo entonces aparece impreso en pantalla el resultado. Si durante la autocomprobación se detecta algún error o el resultado de un análisis no es confirmado por el otro, el instrumento indicará “error” y abortará de forma inmediata el análisis.

Actualmente se realizan numerosos tests de alcoholemia de los cuales sólo un bajo porcentaje de los mismos resulta positivo. Es necesario señalar que para la detección de un pequeño número de positivos se utilizan alcoholímetros con validez evidencial a efectos de sanción, basados en un instrumental complejo y costoso, necesariamente alimentado por electricidad. Además, estos equipos funcionan con catalizadores de platino: un metal pesado cuya utilización conviene limitar al máximo posible por sus nefastos efectos tóxicos. Por otra parte, este instrumental requiere de un mantenimiento básico al que hay que añadir el uso de boquillas desechables.

Por otra parte, en el mercado existen tests para la identificación de alcohol en saliva por diferencia de coloración. Por ejemplo, Accu-Tell® Rapid Saliva Alcohol Test Stripb (http://www.accubiotech.com.cn/templates/T_yestem_News/index.aspx?nodeid=53) es un test que detecta etanol en saliva si la concentración en sangre es mayor que el 0, 02%. Este test se basa en la especificidad de la alcohol-oxidasa por el etanol en presencia de peróxidos y un sustrato enzimático: la 3, 3´, 5, 5´-tetrametilbencidina (TMB) . Este test no discierne entre alcoholes como metanol, propanol o alcoholes alifáticos.

Una desventaja asociada a estos tests de detección de alcohol en saliva que existen en el mercado reside en que utilizan enzimas y el producto TMB. Este último, además de ser muy costoso, es un compuesto cuyo uso conviene evitar ya que es altamente irritante (especialmente, para los ojos y las vías respiratorias) y contaminante del agua. De hecho, está clasificado como muy contaminante.

Por lo tanto, a la vista de lo expuesto existe la necesidad en el estado de la técnica de proporcionar nuevos sensores y un método y dispositivo de detección mejorados, más simples y económicos que permitan de una forma sencilla y rápida llevar a cabo un test de alcoholemia determinando la presencia o ausencia de alcohol en una muestra.

La solución proporcionada por la presente invención se basa en que las inventoras han descubierto que los compuestos de fórmula (I) , por ejemplo, el compuesto de color verde claro donde M es Ni, reacciona de forma reversible con etanol a temperatura ambiente para dar el correspondiente complejo octaédrico de color gris de fórmula (IIe) donde M es Ni. De la misma manera, el compuesto de color verde claro de fórmula (I) donde M es Ni reacciona de forma reversible con metanol a temperatura ambiente para dar el correspondiente complejo octaédrico de color verde oscuro de fórmula (IIm) donde M es Ni. Asimismo, el compuesto de fórmula (I) de color verde claro donde M es Ni reacciona de forma reversible con agua a temperatura ambiente para dar lugar al complejo octaédrico de fórmula (IIa) de color azul donde M es Ni. Estas reacciones son reversibles de modo que es posible transformar los complejos octaédricos de fórmula (IIe) , (IIm) y (IIa) de forma fácil y rápida por simple calentamiento para dar de nuevo el compuesto de fórmula (I) de partida. El cambio de color perceptible de forma visual sirve para detectar y determinar, por lo tanto, la presencia de etanol, metanol o agua en una muestra determinada. En este sentido, las tonalidades son lo suficientemente distintas como para poder discernir una muestra que haya absorbido etanol de una que haya absorbido metanol o de una que haya absorbido agua.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS... [Seguir leyendo]

1. Compuesto de coordinación de fórmula (I) que presenta la fórmula siguiente:

[M (PDC) ( (py) 2CO) (H2O) ]

donde PDC representa el ion divalente piridil-2, 5-dicarboxílato (py) 2CO representa el ligando di-2-piridilcetona y M representa un catión divalente seleccionado del grupo formado por Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Ca, Sr y Ba.

2. Compuesto según la reivindicación 1 donde M es Ni.

3. Complejo de coordinación de fórmula (IIe) :

[M (PDC) ( (py) 2C (OH) (OCH2CH3) ) (H2O) ] donde PDC, (py) 2CO y M tienen el mismo significado definido anteriormente.

4. Complejo según la reivindicación 3, donde M es Ni.

5. Complejo de coordinación de fórmula (IIm) :

[M (PDC) ( (py) 2C (OH) (OCH3) ) (H2O) ] donde PDC, (py) 2CO y M tienen el mismo significado definido anteriormente.

6. Complejo según la reivindicación 5, donde M es Ni.

7. Complejo de coordinación de fórmula (IIa) :

[M (PDC) ( (py) 2C (OH) 2) (H2O) ] donde PDC, (py) 2CO y M tienen el mismo significado definido anteriormente.

8. Complejo según la reivindicación 7, donde M es Ni.

9. Procedimiento para trasformar el compuesto de fórmula (I) en el complejo de fórmula (IIe) que comprende poner en contacto el compuesto (I) con etanol a temperatura entre -10 y 50ºC.

10. Procedimiento para trasformar el complejo de fórmula (IIe) en el compuesto de fórmula (I) que comprende calentar el complejo de fórmula (IIe) a temperatura entre 150 y 300ºC.

11. Procedimiento para trasformar el compuesto de fórmula (I) en el complejo de fórmula (IIm) que comprende poner en contacto el compuesto (I) con metanol a temperatura entre -10 y 50ºC..

12. Procedimiento para trasformar el complejo de fórmula (IIm) en el compuesto de fórmula (I) que comprende calentar el complejo de fórmula (IIm) a temperatura entre 150 y 300ºC.

13. Procedimiento para trasformar el compuesto de fórmula (I) en el complejo de fórmula (IIa) que comprende poner en contacto el compuesto (I) con agua a temperatura entre -10 y 50ºC.

14. Procedimiento para trasformar el complejo de fórmula (IIa) en el compuesto de fórmula (I) que comprende calentar el complejo de fórmula (IIm) a temperatura entre 150 y 300ºC.

15. Empleo del compuesto de fórmula (I) y del complejo de fórmula (IIe) o del compuesto de fórmula (I) y del complejo de fórmula (IIm) o del compuesto de fórmula

(I) y del complejo de fórmula (IIa) como sensor para determinar la presencia de etanol, metanol o agua, respectivamente en una muestra.

16. Método para determinar la presencia de etanol en una muestra que comprende poner en contacto el compuesto de fórmula (I) con dicha muestra a temperatura entre 10 y 50ºC y detectar un cambio de color en la muestra si se obtiene el complejo (IIe) .

17. Método para determinar la presencia de metanol en una muestra que comprende poner en contacto el compuesto de fórmula (I) con dicha muestra a temperatura entre 10 y 50ºC y detectar un cambio de color en la muestra si se obtiene el complejo (IIm) .

18. Método para determinar la presencia de agua en una muestra que comprende poner en contacto el compuesto de fórmula (I) con dicha muestra a temperatura entre 10 y 50ºC y detectar un cambio de color en la muestra si se obtiene el complejo (IIa) .

19. Dispositivo sensor para detectar la presencia de etanol, metanol o agua en una muestra que comprende el compuesto de fórmula (I) .

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5