ES2259514B1 - Sistema indicador en fase soportada para deteccion de compuestos sulfurados del tipo de los mercaptanos y otras moleculas con grupos tioles origen de malos olores. - Google Patents

Abstract

Sistema indicador en fase soportada para detección de compuestos sulfurados del tipo de los mercaptanos y otras moléculas con grupos tioles origen de malos olores. Sistema indicador compuesto por una sustancia orgánica susceptible a cambios de color en presencia de mercaptanos o tioles y que actúa en fase soportada o adsorbida sobre sustratos porosos. Dicha sustancia está estructuralmente basada en moléculas del tipo del difenilcarbinol, capaces de reaccionar con grupos sulfhidrilos (-SH) habitualmente presentes en ambientes malolientes, mostrando alteraciones cromáticas tras la exposición a los mismos. El sustrato soporte de la sustancia orgánica procurando el medio de la reacción y facilitando la apreciación visual de los cambios de color producidos en la reacción. El sistema descrito es de aplicación en la detección de malos olores provenientes de residuos industriales, tratamientos de aguas residuales, halitosis, cría y tenencia de animales y en general.

Description

Sistema indicador en fase soportada para detección de compuestos sulfurados del tipo de los mercaptanos y otras moléculas con grupos tioles origen de malos olores.

Sector de la técnica

Dentro del sector químico, esta invención consiste en un indicador para la detección de derivados sulfurados origen de malos olores que tiene múltiples aplicaciones en distintos campos, entre las cuales podemos identificar residuos industriales, tratamiento de aguas residuales, halitosis, manipulación de residuos industriales, crianza de animales, almacenamiento de alimentos, aglomeraciones humanas, así como, en cualquier otro lugar o recinto donde puedan generarse este tipo de compuestos.

Estado de la técnica

Los tioles o mercaptanos y en general otros compuestos sulfurados, están relacionados con la presencia de malos olores producidos en ambientes donde se efectúan tratamientos de aguas residuales, se manipulan residuos industriales, se dedican a la cría y tenencia de animales, se almacenan alimentos, se producen aglomeraciones humanas, así como, en cualquier otro lugar o recinto donde puedan generarse este tipo de compuestos.

Por otro lado, es conocido que los grupos tioles (o mercaptanos) son grupos funcionales implicados en gran número de reacciones químicas, incluidas las enzimáticas, habiéndose desarrollado diferentes indicadores cromogénicos para detectar la presencia de moléculas portadoras de dichos grupos tiol en muestras biológicas como orina, suero o sangre. En general el método de identificación requiere condiciones muy precisas de reacción en la mayoría de los casos, lo que conlleva que este tipo de análisis sólo sea posible en medio acuoso, particularmente en presencia de soluciones tamponadas y con una secuenciación precisa de las etapas de reacción con el agente indicador. Por lo tanto los métodos habituales de detección de tioles implican su acción en fase líquida y no en fase de vapor, esto es, en un medio en el cual el tiol forma parte de un ambiente con malos olores. Por tanto se hace necesario el desarrollo de un sistema donde se pueda además detectar la presencia de compuestos sulfurados en fase de vapor, mediante indicadores cromogénicos que permitan conocer por cambios de coloración la posible aparición de mal olor.

Entre los indicadores que detectan mercaptanos mediante un cambio de color se encuentran aquellos que se basan en reacciones de sustitución del grupo tiol con otros grupos, como por ejemplo con compuestos órgano-mercúricos, derivados orgánicos del ácido nitroso, maleimidas y haluros orgánicos. En cuanto a la eliminación de compuestos sulfurados relacionados con el mal olor, como por ejemplo sulfuro de hidrógeno y metil-mercaptano, se ha descrito la utilización de compuestos metálicos de Ag y de Cu (sales del tipo de los fosfatos y de los sulfatos, óxidos metálicos, etc.) adsorbidos en substratos basados en fibras acrílicas para eliminar malos olores en diversos ambientes como cocinas, cubos de basura, refrigeradores, etc. (US 2003/0190266A1, 09-10-2003, H. Tsurumi, "Odor eliminating fiber structure having indicator").

Por otro lado, los indicadores más extensamente empleados son lo que están basados en compuestos que producen la oxidación del grupo tiol. De entre todos ellos, los disulfuros aromáticos son a su vez los más empleados, debido a que se reducen con gran facilidad formando el correspondiente tiol aromático. De este grupo de compuestos el reactivo de Ellman formado por el ácido 5,5'-ditio(2-nitrobenzoico) es el más popular. Siendo sus disoluciones incoloras, en presencia de tioles reacciona formando un nuevo compuesto disulfuro y un tiol aromático produciéndose una tonalidad amarillenta (G.L. Ellman, "Tissue sulfhydryl groups", Archives of Biochemistry and Biophysics, 82 (1959) 70-77). Otros indicadores que también se basan en la oxidación del tiol con compuestos como benzoisotiazoles, quinonas, benzofuroxanos e incluso con substancias inorgánicas como el nitroprusiato sódico, han sido también utilizados en competencia con el reactivo de Ellman. Todos estos reactivos de reconocimiento de tioles poseen un grado variable de estabilidad y selectividad dependiendo de la naturaleza del tiol y de las condiciones del medio experimental.

Entre los indicadores más empleados en el reconocimiento de grupos -SH a través de procesos de oxidación, se encuentra el 4,4'-Bis(dimetilamino)bencidrol, también conocido como BDC-OH o Hidrol de Michler. Esta molécula orgánica en medio acuoso y pH ácido, genera un catión carbonio el cual presenta un intenso color azul estable durante semanas. La presencia de grupos SH en el medio conlleva una reacción con el catión desapareciendo la coloración azul debido a la transformación de los carbocationes del medio. Puede fácilmente cuantificarse esta reacción siguiendo la pérdida de absorbancia a 612 nm (M.S. Rohrbach, B.A. Humphirifs, F.J. Yost Jr., W.G. Rodees, S. Boatman, R.G. Hiskey, J.H. Harrison, "The reactions of 4,4'-bis-dimethylaminodiphenylcarbinol with the sulfhydryl análisis", Analytical Biochemistry, 52 (1973) 127-142).

Entre las aplicaciones existentes de los indicadores cromogénicos para la detección de tioles se ha descrito un dispositivo basado en la adsorción del Reactivo de Ellman, un tampón y un antioxidante en un substrato absorbente, como es por ejemplo el papel de filtro, el cual es empleado directamente para detectar tioles presentes en un medio líquido, como es por ejemplo la orina (EP0113094, 11-07-1984, J.I Francis Dalton, I.C. Shaw, "Test device and process for the detection of thiols", Boehringer Ingelheim Int. DE). El nitroprusiato sódico impregnado en un substrato absorbente como es por ejemplo el papel, también ha sido empleado para detectar tioles, especialmente homocisteína y cisteína en orina, lo que representa un método útil para la detección de enfermedades (GB1435877, 19-05-1976, "Composition and test strip for detecting homocystinuria and cystinuria", Shionogi & Co.).

Otras aplicaciones se refieren a la preparación de nuevos reactivos indicadores como son por ejemplo los de derivados del anillo isobenzotiazolona para detección directa de tioles en diversos medios líquidos (US5,128,457, 7-07-1992, J.P. Albarella, D.L. Garling, R.P. Hatch, "Chromogenic thiol indicators based on an isobenzothiazolone ring system", Miles Inc., Elkhart, Ind.).

En cuanto al Hidrol de Michler, éste ha sido empleado como indicador que forma parte de un procedimiento para la detección de tioles presentes en la saliva responsables del mal aliento (JP57-135360,
20-08-1982, Manse Kenji, Hara Kenji, Iijima Eiji, "Foul breath detecting agent", Kao Corp.). En este procedimiento el indicador es nuevamente empleado como agente de detección de mercaptanos presentes en un medio acuoso tamponado en el que se adiciona saliva y se mide la intensidad de la banda de absorción a 610 nm.

Por otro lado existen referencias que señalan al Hidrol de Michler como útil para ser también empleado como reactivo en diversas síntesis de compuestos orgánicos, como son los triarilmetanos, los cuales se emplean posteriormente para producir su adsorción en diversos substratos, como son por ejemplo ciertas arcillas (bentonita, atapulgita). Estos materiales han sido aplicados desde los años 40 del pasado siglo XX en la producción de papeles de copia (US629,165, 1-01-1946, "Improvements in or relating to materials for producing visual records"; US628960, 04-03-1946, "Improvements in or relating to record materials for producing visible records"; US666450, 13-10-1949, "Marking fluid and methods for the physical applications thereof"; US835809, 25-05-1960, "Improvements in or relating to triarylmethane colouring materials"; US 1247909, 29-09-1971, "Improvements in or relating to pressure-sensitive copying paper").

Por lo tanto, de todo lo anteriormente expuesto, los materiales y procedimientos hasta ahora descritos se refieren ya sea al empleo del Hidrol de Michler como indicador de mercaptanos en medio líquido, o al empleo de otros indicadores de mercaptanos distintos a este operando en fase líquida o por contacto directo, en la detección de vapores que contienen mercaptanos responsables de malos olores. Otras aplicaciones se refieren a su uso como agente colorante en formulaciones específicas de "papel copiador". No se han encontrado antecedentes de aplicación del Hidrol de Michler en fase soportada, esto es depositado por adsorción u otro procedimiento físico sobre la superficie de un material sólido preferiblemente poroso y de elevada área superficial como puede ser por ejemplo una sílice, una zeolita o una arcilla.

Un caso de especial interés aplicativo se refiere a las denominadas literas de animales o lechos higiénicos. Así, una de las aplicaciones más directamente relacionadas con la detección de mercaptanos presentes en el ambiente, se refiere a su uso para detectar la presencia de malos olores generados en recintos de cría animal así como de animales domésticos. En este último caso, en los lechos higiénicos absorbentes que se emplean para retener la orina del animal se generan tioles y otras moléculas volátiles a muy baja concentración, que dan lugar a malos olores fácilmente perceptibles por el olfato humano. En relación con estas aplicaciones no existen comercialmente lechos higiénicos para animales domésticos, como por ejemplo gatos, ni patentes al respecto entre cuyas reivindicaciones o argumentos comerciales se encuentre la monitorización del estado higiénico de los productos durante su uso. No obstante, sí que suelen producirse cambios de apariencia de muchos lechos a lo largo de los días de uso. Éste es el caso de ciertas literas de gel de sílice cuyas partículas se van amarilleando paulatinamente conforme las mismas se van saturando con la orina del animal (o incluso con la humedad ambiente). En la patente US-2004/0025798, 12-02-2004, R.V. Lee, C.F. Fritter, D.B. Jenkins, A.N. Shenoy, R. Hernlem "Silica gel based animal litter", se describe la incorporación de colorantes a la composición de un lecho higiénico basado en gel de sílice, con el fin de enmascarar el natural amarillamiento del mismo a medida que éste va siendo saturado con la orina del gato. En este grupo se encuentran también literas formadas por pellets de serrín o de celulosa que se deshacen por efecto de la saturación con líquidos y la mayoría de las literas basadas en arcillas, cuya apariencia visual va cambiando por el mismo motivo ya que sus partículas se oscurecen paulatinamente. En cualquier caso estos cambios están relacionados con los diferentes mecanismos naturales de absorción de líquidos por las partículas que componen el lecho y en ningún caso con el olor ni con su estado higiénico. Lo que sí se ha descrito es el empleo de diferentes aditivos como aromas, pinturas, bactericidas, inhibidores de olor, indicadores de pH, etc., generalmente empleados para enmascarar el olor o establecer algunas características específicas del estado de la litera. Entre estos materiales se incluyen por ejemplo la patente española número P-9701360/9, A. Álvarez Berenguer, I. Duch Martínez, E. Arias Moreno, J. L. Holgado Pérez, "Composición absorbente e inhibidora de la formación de malos olores para animales, método para su preparación y su uso en lechos higiénicos para gatos", en base a la cual se ha solicitado también la patente europea EP 0 885 557 A1, A. Álvarez Berenguer, I. Duch Martínez, E. Arias Moreno, J. L. Holgado Pérez, "Composition which is absorbent and inhibitive of the formation of bad smells in animal litter, meted for the preparation thereof and use in hygienic litters for cats", en la que se describe el mecanismo que da lugar a la aparición de malos olores en los lechos higiénicos, reivindicando la incorporación de determinados aditivos capaces de neutralizar selectivamente a las moléculas responsables de ese mal olor. En esta misma línea se incluye la patente US 6,578,521 (17-06-2003, M.L. Raymond, A.D. Woodbury, "Animal litter composition containing silica gel and methods thereof", Nestec Ltd.) que emplea gel de sílice que incorpora aditivos enmascaradores del olor, o la patente US 6,287,550 (11-09-2001, T. Trinh y col., "Animal care system and litter with reduced malodor impression", The Procter & Gamble Co.) en la que se incorpora a la litera un adsorbente específico de olor como ciclodextrina y un agente para reducir las formaciones de mal olor como por ejemplo inhibidores de ureasa, antibacterianos o sales de zinc. En cuanto a aplicaciones relacionadas con la incorporación de especies reactivas que cambian de color, lo más significativo se refiere a la adición de colorantes orgánicos indicadores de pH cuyo fin último es la detección de cambios en el pH de la orina o a la detección de sangre como indicativo de posibles enfermedades en el animal. Entre estas patentes lo habitual es incorporar sobre la litera otros agentes adsorbentes como por ejemplo celulosa (US 5,830,765, 03-11-1998, C.V. Santioemmo, J.P. Humpries, "Feline urinary tract disease-detecting paper cat litter and method", Ranpak Co.) o en el material de la propia litera (US 5,143,023, 01-09-1992, C.R. Kuhns, "Animal litter with chemically bound chemical indicator", KleanHeart Inc.; US 5,371,054, 06-12-1994, R.C. Pluta, F.J. Washabaugh, W.S. Stoy, "Compositions for use as diagnostic animal litter and methods for their preparation", Englhard Co.) el cual se impregna del colorante indicador.

De todo lo anteriormente expuesto esta claro que entre los aditivos empleados para su incorporación directa en literas de animales domésticos o adsorbidos en otros materiales que se incorporan a la misma, no se ha descrito ningún sistema ni procedimiento que relacione la presencia de malos olores en la litera y como consecuencia pérdida de las condiciones higiénicas, con un cambio de color en aditivo o agente reactivo incorporados a la misma.

Descripción de la invención

La presente invención tiene por objeto el desarrollo de un sistema que permite la detección de mercaptanos presentes tanto en fase líquida como en fase de vapor y que consiste en un indicador cromogénico soportado sobre un sólido, de forma que al reaccionar con mercaptanos presentes en el medio a la que es expuesto sufre un cambio de color como respuesta a la presencia de los mismos. En el caso de mercaptanos presentes en la atmósfera, dicho cambio podría ser visible antes de que la concentración de mercaptanos en el recinto fuese lo suficientemente elevada como para ser detectada por el olfato humano, es decir que el cambio de color se produciría antes de que los malos olores fuesen manifestados. Además el sistema puede actuar igualmente cuando se pone en contacto con líquidos que contengan mercaptanos produciendo un efecto similar.

El indicador cromogénico empleado para esta invención ha de ser un indicador que a una concentración dada, cambie de color preferentemente antes de que la concentración de mercaptanos sea suficiente como para producir la sensación de mal olor. Con estos requisitos concuerda el comportamiento del indicador 4,4'-bis(dimetilamino)bencidrol conocido como Hidrol de Michler, ampliamente estudiado como indicador de mercaptanos, si bien hasta el presente ha recibido otro tipo de aplicaciones a las que aquí se tratan. Este compuesto proporciona coloración azulada al sólido, que se pierde gradualmente al exponerse a mercaptanos presentes en su entorno, lo que constituye el fundamento de la presente invención. Los materiales sólidos empleados en el proceso pueden ser sólidos de diferente naturaleza, que incluyen los de tipo arcilloso, tales como minerales del tipo de la bentonitas, atapulgita, sepiolita, arcillas sintéticas o bien otros soportes de tipo silícico incluida la gel de sílice, las zeolitas o soportes de diversa naturaleza empleados como adsorbentes como por ejemplo celulosa, fibras acrílicas, etc. Preferentemente se consideran como más adecuadas las sílices, especialmente en su forma conocida como gel de sílice. Estos materiales sólidos pueden presentarse con un tamaño de partícula de rango muy amplio, submicrométricos o milimétricos, preferentemente entre 1 y 10 mm. El sólido empleado puede utilizarse en su forma original o tratarlo previamente con otros colorantes tales como por ejemplo Rojo de metilo, Rojo Congo, Rojo Fenol, Rojo de Clorofenol o Rojo Neutro, los cuales dan una coloración base al sólido, de forma que al perder la coloración azul por la reacción con grupos tioles, puede observarse la coloración original de fondo.

Los materiales sólidos o soportes son combinados con el indicador cromogénico en la forma que se describe a continuación permitiendo visualizar mediante un cambio de color la presencia de mercaptanos en el ambiente tras interacción con los mismos. El compuesto indicador es incorporado al material sólido a partir de una disolución. Los disolventes empleados pueden ser disolventes orgánicos tales como acetona o alcoholes, acuosos o mezclas de este tipo de disolventes con agua, tales como acetona/agua, o metanol/agua. Preferentemente se preparan disoluciones en un rango de concentración variable, entre 10^{-5}-10^{-2} M. Se emplean alícuotas de estas disoluciones con la cantidad seleccionada para llegar a una concentración final de Hidrol de Michler/sólido deseada y se diluye convenientemente en el disolvente elegido hasta alcanzar la dosis adecuada para aplicar al sólido dependiendo del método de impregnación seleccionado. Estos métodos pueden ser tales como suspensiones o dispersiones con el sólido en las que de la disolución anterior se pone en contacto con el sólido, aunque también pueden emplearse otros métodos del tipo de spray-drying. Eventualmente se pueden emplear agentes tensioactivos como coadyuvantes de la impregnación del sólido soporte con el Hidrol de Michler. La cantidad de Hidrol de Michler por gramo de sólido debe ser suficiente y adecuada para que sea realmente apreciable el cambio de color y a su vez evitar la autodecoloración previa al contacto con los tioles. Por tanto, para cada sólido se precisa asociar el Hidrol con una concentración que depende de la naturaleza de dicho sólido, así como del umbral de concentración de los tioles a detectar, tal concentración puede oscilar entere 0.01 \mumol/g a 30 \mumol/g. Las impregnaciones se pueden efectuar a temperatura ambiente o a otras temperaturas con tiempos de contacto de la disolución con el sólido variables, entre minutos a horas en función de la naturaleza del sólido. Una vez tratado el sólido seleccionado como soporte se elimina el disolvente por secado eligiéndose la temperatura de este proceso en función de la naturaleza del disolvente empleado, pudiéndose dejar secar al aire ambiente, a presión reducida o bien empleando cualquier otro sistema de secado. Una vez que el sólido impregnado está seco del disolvente de impregnación y con el fin de paliar los efectos de decoloración espontánea por exposición a potenciales especies reactivas en el ambiente, éste pasa a almacenarse en recipientes herméticamente cerrados y preferiblemente estancos en un sistema a vacío hasta su uso. En el momento de su utilización se han de extender las partículas del Hidrol soportado sobre una superficie dónde sean perfectamente visibles, de forma que puedan entrar en contacto con la atmósfera en la que es previsible la presencia de mercaptanos causantes de mal olor. Si estos están presentes se observará como el color azul de las partículas pierde intensidad gradualmente por reacción con los mismos siendo la cinética del proceso función de la cantidad de los mismos en el ambiente. Preferentemente para cada aplicación o uso concreto deberá establecerse una correlación entre los valores de umbral del olor y el viraje completo del sistema indicador.

Este sistema es aplicable para la detección y manifestación en forma de cambios de color de la presencia en el ambiente o en fluidos de compuestos químicos que contienen el radical -SH presentando así multitud de aplicaciones, muchas de ellas relacionadas con las condiciones higiénicas del medio. Esto es así porque la presencia de estos compuestos suele ser resultado de la actividad de bacterias presentes en el entorno. Así, con este sistema se podrán detectar niveles de insalubridad en ambientes donde se producen aglomeraciones humanas en recintos cerrados (en aeropuertos, metro, consultas hospitalarias, colegios, cuarteles, comedores colectivos, etc). También puede emplearse esta técnica para detectar la pérdida de condiciones higiénicas en explotaciones agropecuarias (cría de cerdos, aves, conejos, etc.), o en otras circunstancias como pueden ser focos localizados de emisión de mercaptanos como ocurre por ejemplo en los procesos de halitosis.

Asimismo, una de las aplicaciones de gran interés de esta invención se refiere a la monitorización del estado higiénico en los lechos para animales domésticos como por ejemplo las literas o camas de gato. Hasta ahora, el uso del sentido del olfato como sensor del estado higiénico se presenta como el único recurso al alcance del dueño de la mascota para monitorizar la higiene del lecho y de su entorno. De hecho, el momento para la renovación del sustrato en uso se escoge casi exclusivamente basándose en el mal olor que se desarrolla en el lecho con el paso de los días. Sin embargo, por tratarse de una apreciación subjetiva y variable no es posible asegurar cuándo se está produciendo una pérdida efectiva de las condiciones higiénicas. La aparición de malos olores provenientes del lecho higiénico durante su uso es considerada por la mayor parte de los dueños de gatos como el principal inconveniente en la manutención del animal. Este hecho ha motivado que los fabricantes incidan en la eliminación del mal olor como objetivo primordial en el diseño de sus nuevos productos de litera para gatos, por lo que estos productos van incorporando en numerosas ocasiones diferentes perfumes y aromas que interfieren en la monitorización olfativa.

La importancia y ventajas de la presente invención, y especialmente del hecho de que el indicador se encuentra en fase soportada impregnando partículas que forman parte del propio sustrato, radica en que mediante una mera inspección visual de lecho durante su uso pueda apreciarse el estado higiénico del mismo independientemente de la calidad del producto y de los aditivos que incorpore en su composición.

Ejemplos Ejemplo 1

Este ejemplo se refiere a la elaboración de un sistema indicador capaz de revelar la presencia de mercaptanos en forma de vapor. Se preparan varios sistemas indicadores utilizando como sólidos soportes del colorante indicador Hidrol de Michler los siguientes: gel de sílice K60 (suministrada por Fluka), atapulgita (procedente de yacimientos de Senegal), sepiolita (procedente de yacimientos de Vicálvaro), montmorillonita (muestra SWy-1, procedente de yacimientos de Wyoming), y una gel de sílice K60 en la cual se ha adsorbido previamente un colorante como es el rojo de metilo (1,5 \mumol por gramo de sólido). Se prepara el sistema soportado partiendo de 1 g de sólido que se dispersa en 100 ml de agua y a continuación se añaden 8 \mul de una disolución 0.01 M en acetona del indicador Hidrol de Michler (suministrado por Fluka) se agita durante 30 minutos a temperatura ambiente y a continuación el sólido impregnado puede recogerse por centrifugación o filtrado o bien utilizarse para preparar películas delgadas autocoherentes depositando la suspensión sobre plástico Mylard y dejando evaporar los disolventes a la atmósfera. Los sólidos impregnados resultantes presentan coloración azul cuyo tono e intensidad dependen de la naturaleza del sustrato inorgánico elegido como soporte del Hidrol llegándose a una tonalidad morada en el caso del sistema basado en gel de sílice/rojo de metilo. Los ensayos de la actividad de los sólidos impregnados como sistemas indicadores se realiza colocando las películas delgadas autocoherentes o pastillas formadas por prensado de los polvos recuperados por centrifugación o filtrado, las cuales se colocan a modo de tapa sobre un caja de plástico transparente en la que previamente se ha introducido una cantidad conocida del tiol 3-mercapto-1-propanol (3MP), por ejemplo 300 \mul, y se cierra herméticamente. El estudio de la evolución de la coloración de los distintos sólidos impregnados con el tiempo de exposición al ambiente de vapores del mercaptano indica que para el sistema preparado a partir de gel de sílice se pierde la coloración azul inicial en aproximadamente una hora. El sistema preparado a partir de atapulgita requiere un tiempo de aproximadamente 4 horas para apreciar una decoloración casi completa. En el caso de los sistemas basados en sepiolita y montmorillonita se aprecia decoloración aunque ésta no llega a ser total ni aún después de un día de exposición al ambiente de vapores del tiol 3MP. Para el caso del sistema basado en gel de sílice/rojo de metilo el color final es rosa claro observándose dicho cambio para el experimento descrito al cabo de 18 horas.

Ejemplo 2

Se refiere a la elaboración de un aditivo indicador capaz de revelar la presencia de mercaptanos en el medio por encima de una determinada concentración. En este caso se prepara un sistema indicador en el que se utiliza como sólido adsorbente gel de sílice con tamaño de partícula aparente comprendido entre 0,5 y 5 mm que se emplea como soporte del aditivo indicador Hidrol de Michler. Las impregnaciones sobre el sustrato se realizan a partir de una disolución del indicador 0.01 M en acetona. Para el caso de usar 25 gramos de sólido se tomaron 0,550 ml de disolución del indicador que se llevan hasta un volumen final de 250 ml de forma que al final se obtenga un sistema indicador en el que la concentración del colorante reactivo sea de 0,22 \mumol por gramo. Esta dispersión se agitó durante una hora y la eliminación del disolvente en este caso se efectuó a presión reducida empleando un rotavapor a 30ºC. El sólido impregnado resultante presenta una tonalidad azul-violácea y fue usado en los ensayos de detección de los tioles 3-mercapto-1-propanol (3MP) y 6-mercapto-1-hexanol (6MH) en fase de vapor. Para ello, 100 mg del sistema indicador soportado se colocó en un recipiente hermético de plástico transparente de 12,6 cm^{3} de capacidad. Además se coloca separadamente en la misma un volumen conocido de mercaptano, de modo que al estar herméticamente cerrado el recipiente se consiga una atmósfera con una concentración conocida de vapor del tiol. La preparación del sistema se realiza de modo que su actuación se produzca a partir de una concentración que no supere un valor elegido previamente, en este caso preferentemente 2,4\cdot10^{-8} moles/cm^{3} (próximo al umbral del olor de estos mercaptanos por encima de cuya concentración éstos pueden ser fácilmente detectados por el olfato humano). La actuación del sistema indicador se traduce en un cambio de coloración del sistema produciéndose la decoloración de la tonalidad azul-violácea inicial del material, la cual comienza a ser detectable a partir de unas 4 horas, llegándose a una pérdida total de la tonalidad azul tras 24 horas de exposición. En el caso de utilizar concentraciones de vapor del tiol inferiores, típicamente por debajo de 1.1\cdot10^{-8} moles/cm^{3} para el sistema indicador basado en gel de sílice que contiene 0,22 \mumol/g, no se observa decoloración del sistema incluso después de periodos de exposición superiores a 1
semana.

Ejemplo 3

Se refiere a la elaboración de un sistema indicador capaz de revelar la presencia de mercaptanos en un ambiente asociado a un medio en el que está presente orina en descomposición. En esta experiencia el sistema indicador se desarrolla para detectar los tioles que pueden formarse en un ambiente a partir de la descomposición de una muestra de orina de gato presente en el medio como fase líquida. En este caso el olor típico que se crea en el medio que rodea la orina se atribuye a la descomposición del aminoácido felinina, excretado en la misma, que por acción bacteriana da lugar a la formación de tioles, como por ejemplo el 3-metil-1-butanol, de un mal olor característico. Típicamente un sistema indicador puede prepararse tomando como sólido soporte gel de sílice con tamaño de partícula comprendido entre 0,5 y 5 mm como soporte del aditivo indicador Hidrol de Michler. El sustrato silícico se impregna con el colorante indicador a partir de una disolución del mismo en acetona (por ejemplo 0.01 M). Para el caso de usar 25 gramos de sólido se toman 0,55 ml de disolución del indicador que se llevan hasta un volumen final de 250 ml de forma que al final se obtenga un sistema indicador en el que la concentración del colorante reactivo sea de 0,22 \mumol por gramo una vez eliminado el disolvente de impregnación. La dispersión se agita durante 1 hora, eliminándose a continuación el disolvente a vacío. El sólido indicador resultante de tonalidad azul-violácea fue usado en los ensayos de detección de los tioles generados por descomposición de orina de gato envejecida durante 7 días al aire. Para ello, 100 mg del sistema indicador se colocan en recipientes herméticos de plástico transparente de 12,6 cm^{3} de capacidad. En la misma caja se coloca separadamente 0,1 ml de la orina envejecida y se cierra herméticamente de modo que los vapores que se generan a partir de la misma crean un ambiente en el que pueden estar presentes especies tiol responsables del mal olor. Al cabo de 24 horas de exposición del sistema indicador al ambiente creado a partir de la orina envejecida las partículas de gel de sílice han perdido la coloración azul-violácea y presentan color amarillento indicando la presencia de mercaptanos en el ambiente.

Ejemplo 4

Este ejemplo se refiere a la elaboración de un sistema indicador capaz de revelar la presencia del aminoácido cisteína en un medio acuoso. En este caso el sistema indicador se prepara utilizando como sólido soporte del colorante indicador Hidrol de Michler gel de sílice (K60 estándar suministrada por Fluka). La adsorción del indicador se ha llevado a cabo a partir de una disolución 5\cdot10-5 M de Hidrol de Michler en acetona/agua (50% en volumen) al 0.4% para obtener una concentración final de 12.5 \mumoles/g. El sistema se mantiene horas en agitación un tiempo que se ha hecho variar entre 10 minutos y 48 horas con resultados similares y a continuación se separa el sólido por centrifugación y se deja secar a la atmósfera a temperatura ambiente. La actividad del sistema indicador frente a la presencia de un compuesto poco volátil que contiene un grupo tiol como es la cisteína, se deduce de experimentos que consisten en colocar 10 mg del indicador soportado en tubos de ensayo sobre los que se añaden 0,5 ml de disoluciones acuosas de cisteína a distintas concentraciones (de 10^{-2} a 1,25 10^{-4} M) recomparando los resultados de coloración con un blanco consistente en agua pura. Típicamente se observa una decoloración casi instantánea de la gel de sílice en contacto con cisteína a las concentraciones más elevadas adquiriendo prácticamente el color blanco que presentaba originalmente la gel de sílice antes de ser impregnada con el indicador. A partir de concentraciones inferiores a 2,5. 10^{-4} M se observa que el color azul del indicador desaparece sólo parcialmente. Para la concentración de 1,25. 10^{-4} M la coloración inicial permanece prácticamente inalterada.

Ejemplo 5

Este ejemplo se refiere a la elaboración de un sistema indicador capaz de revelar en fase gaseosa la presencia de mercaptanos muy volátiles de olor muy marcado, tales como por ejemplo el ter-butilmercaptano y el etil-mercaptano los cuales se emplean como aditivos de gases, en particular de gases combustibles tipo gas natural o de gases derivados del petróleo para poder detectar mediante el olfato un posible escape de gas. Se pretende mostrar la eficacia del sistema indicador para detectar mediante un sistema visual la presencia de estos tioles por debajo del umbral detectable por el olfato. En este caso el sistema indicador se prepara utilizando como sólido adsorbente partículas de gel de sílice de tamaños comprendidos entre 0,5 mm y 5 mm y se soporta el aditivo indicador a una dosis de 30 \mumoles/g operando como se indica en el ejemplo 1, de modo que resulta un sistema indicador que presenta una muy intensa coloración azul-violácea. La actividad del sistema indicador frente a la presencia de los tioles del tipo mencionado, se establece mediante un experimento que consiste en colocar unas partículas coloreadas del sistema indicador (100 mg) en un recipiente herméticamente cerrado de 100 ml de capacidad al cual se incorpora una cantidad conocida (por ejemplo, 5 \mul) del mercaptano, de modo que éste por su elevada volatilidad genera rápidamente una atmósfera que contiene una concentración conocida del mismo (en el ejemplo seleccionado 40 ppm). El recipiente está diseñado para que el sistema indicador no entre en contacto con el mercaptano hasta que éste no se encuentre en fase gaseosa. Típicamente se observa una decoloración progresiva del sistema indicador, llegando a una pérdida casi total del color a los 15 minutos para las cantidades arriba indicadas, quedando las partículas de gel de sílice con una tonalidad blanca-rosáceo. Se puede observar una cierta recuperación del color inicial cuando el sistema decolorado se retira del ambiente en que está presente el mercaptano. De este modo cuando se colocan nuevamente estas partículas regeneradas en una atmósfera que contiene 40 ppm de ter-butilmercaptano se observa de nuevo la decoloración de azul-violáceo a rosa-violáceo del sistema.

Ejemplo 6

Este ejemplo se refiere a la elaboración de un sistema indicador capaz de revelar la presencia del compuestos olorosos presentes en alimentos, que en ocasiones se emplean en formulaciones para dar aroma a otras sustancias, pero que pueden resultar ser molestos o incluso irritantes. Este es el caso del 3-metil-2-butanotiol, presente en la cebolla y responsable del olor tan fuerte que desprende.

En este caso el sistema indicador se prepara utilizando como sólido adsorbente partículas de gel de sílice de tamaños comprendidos entre 0,5 mm y 5 mm que, al soportar el aditivo indicador a una dosis 30 \mumoles/g, preparada como se indica en el ejemplo 1 y que presenta una intensa coloración azúl-violácea.

Para visualizar la actividad del sistema indicador frente a la presencia de los tioles mencionados, se diseña un experimento que consiste en colocar las partículas coloreadas en el interior de un recipiente herméticamente cerrado de 500 ml de capacidad, y donde mediante la adición en fase líquida del mercaptano y debido a su elevada volatilidad, se genera una atmósfera de concentración conocida del mismo, en este caso de 2 ppm. El recipiente está diseñado para que el sistema indicador no entre en contacto con el mercaptano hasta que no pasa a formar parte de la atmósfera.

Se observa una decoloración progresiva del sistema indicador, llegado a una pérdida casi total del color a los 10 minutos, quedando las partículas de gel de sílice con una tonalidad rosácea. Por los tanto el sistema indicador es capaz de detectar en fase gaseosa la presencia de tioles habitualmente presentes en alimentos, por lo que éste puede ser detectado no sólo por el olfato si no por un sistema visual. Se puede observar una recuperación prácticamente total del color inicial cuando el sistema decolorado se retira del ambiente en que está presente el mercaptano. De este modo cuando se colocan nuevamente estas partículas regeneradas en una atmósfera que contiene 2 ppm de 3-metil-2-butanotiol se observa de nuevo la decoloración casi total de azul-violáceo en 20 minutos.

Ejemplo 7

Se refiere a la utilización del sistema indicador como aditivo de un lecho higiénico no-aglomerante para gatos, capaz de monitorizar su propio estado higiénico durante su uso. Esta experiencia se ha llevado a cabo con lechos absorbentes compuestos por diferentes sustratos que son empleados usualmente, a saber, sepiolita de baja pureza (España), sepiolita de alta pureza de Vicálvaro (España), atapulgita de Senegal y con pellets de serrín. Durante el proceso de fabricación del lecho higiénico no-aglomerante se mezcló el sustrato mayoritario en cuestión con un 1% en peso de partículas de gel de sílice de tamaños comprendidos entre 0,5 mm y 5 mm que, al soportar el aditivo indicador a una dosis 30 \mumoles/100 g, preparada como se indica en el ejemplo 1 y que presenta una intensa coloración azul-violácea. Se prepararon 6 bandejas impermeables de 30 x 40 x 10 cm, se rellenaron con la cantidad habitual del granular anterior recomendada por los diferentes fabricantes de cada sustrato en el mercado; esto es, 3,6 litros cada una. Estas 6 bandejas con el granular se pusieron a disposición de 6 parejas de gatos adultos (macho y hembra) encerrados en sendas habitaciones de 1,43 x 2,45 x 2,5 m (8,9 m^{3}) cada una, con alimentación y agua ad libitum. Durante los 7 días siguientes se realizaron controles diarios del olor ambiental, llevados a cabo por 5 personas experimentadas en esta labor, en los que se determinaron la intensidad y la naturaleza de los olores percibidos olfativamente. De esta forma se consignó la aparición y evolución de malos olores de la bandeja a lo largo del ensayo. Después de cada valoración se realizó el mantenimiento recomendado para cada sustrato, eliminando las heces y se realizaron fotografías del contenidos de las bandejas en las mismas condiciones de luminosidad y distancia focal. Además, de cada una de las bandejas se extrajo diariamente mediante cuarteo 50,0 g de su contenido, y fueron dispuestas en bastidores de 10x10 cm para ser fotografiadas en idénticas condiciones. De esta forma se pudo establecer una relación entre los valores diarios de olor ambiental, y la evolución cromática de las partículas de aditivo tanto en su utilización real como en las muestras extraídas, que abarcan desde el azul-violáceo inicial (en el que no había mal olor ambiental) hasta el incoloro-amarillento predominante en el día en que se comienza a percibir con claridad los malos olores en el ambiente y se hace recomendable la renovación del lecho. En todas las experiencias se ha comprobado cómo la decoloración de la tonalidad azul-violácea inicial se producía en todos los casos asociada a la evolución de los malos olores provenientes de la bandeja, y a su vez, en días diferentes, de acuerdo a la diferente duración de cada uno de los sustratos: a los 3 días en el caso de la sepiolita de baja pureza, a los 4 días en el caso del sustrato vegetal, a los 6 días en el caso de la atapulgita y a los 7 días en el caso de la sepiolita de alta pureza.

Además se realizó una experiencia equivalente comparando un sustrato de sepiolita de alta pureza con un sustrato equivalente al que se le ha incorporado un inhibidor de olores, preparado según la solicitud de patente P-9701360/9 "Composición absorbente e inhibidora de la formación de malos olores en lechos para animales, método para su preparación y uso en lechos higiénicos para gatos". El resultado fue que mientras la decoloración se produjo a los 7 días en el caso de la sepiolita natural, en el caso de la sepiolita aditivada se percibió el cambio de color a los 14 días; en ambos casos en paralelo a la aparición de los malos olores.

Ejemplo 8

Se refiere al uso del sistema indicador como aditivo para la elaboración de un lecho higiénico aglomerante para gatos, capaz de monitorizar su propio estado higiénico durante su uso. Esta experiencia se ha llevado a cabo utilizando el sistema indicador preparado en el ejemplo 1 en conjunción con lechos higiénicos preparados con bentonita de Toledo (España) y con bentonita blanca de Turquía, bajo dos distribuciones de tamaño de partícula diferentes: entre 0,6 mm y 2,36 mm; y entre 0,5 mm y 1,18 mm. Durante el proceso de fabricación del lecho higiénico aglomerante se mezcló el sustrato que lo compone con un 1% en peso de partículas de gel de sílice de tamaños comprendidos entre 0,5 mm y 5 mm que, al soportar el aditivo indicador a una dosis 30 \mumoles/100 g, presenta una intensa coloración azul-violáceo. Se prepararon 6 bandejas impermeables con la cantidad media del granular anterior recomendada por los diferentes fabricantes del sustrato en el mercado; esto es, 8,0 litros cada una. Estas 6 bandejas con el granular se pusieron a disposición de 6 parejas de gatos adultos (macho y hembra) encerrados en sendas habitaciones de 8,9 m^{3} cada una, con alimentación y agua ad libitum. Durante los 7 días consecutivos siguientes se realizaron controles del olor ambiental diarios, llevados a cabo por 5 personas experimentadas en esta labor, en los que se determinaron la intensidad y la naturaleza de los olores. De esta forma se consignó la aparición y evolución de malos olores provenientes de la bandeja a lo largo del ensayo. A continuación se realizó el mantenimiento recomendado para cada sustrato, eliminando las heces y los aglomerados de bentonita con orina. Además, de cada una de las bandejas se extrajo diariamente mediante cuarteo 50,0 g del granular, y fueron inmediatamente fotografiadas en las mismas condiciones de luminosidad y distancia focal. De esta forma se obtuvo una secuencia de valores diarios de olor ambiental, asociada a una evolución cromática de las partículas de las partículas de aditivo que abarcan desde el azul-violáceo inicial (en el que no había olor ambiental) hasta el incoloro-amarillento predominante en el día en que se comienza a percibir con claridad los malos olores en el ambiente y se hace recomendable la renovación del lecho. En la experiencia se ha comprobado cómo la decoloración de la tonalidad azul-violácea inicial se producía en todos los casos asociada a la evolución de los malos olores provenientes de la bandeja.

Claims (8)

1. Sistema indicador en fase soportada, asociado a sólidos porosos, compuesto por una sustancia orgánica susceptible a cambios de color para la detección en fase de vapor de derivados sulfurados caracterizado por el empleo del reactivo (4,4'-bis(dimetilamino) bencidrol, también conocido como BDC-OH o Hidrol de Michler o cualquier derivado del Hidrol de Michler en el que la molécula aún modificada siga manteniendo la funcionalidad de éste y su capacidad reactiva.

2. Sistema indicador en fase soportada, asociado a sólidos porosos, compuesto por una sustancia orgánica susceptible a cambios de color para la detección en fase de vapor de derivados sulfurados de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque los sólidos porosos son adsorbentes de tipo orgánico o inorgánico y entre éstos últimos los del tipo de las arcillas de origen natural, tales como minerales del tipo de la bentonitas, atapulgita, sepiolita, beidellitas, saponita o hectorita; arcillas sintéticas o incluso modificadas con compuestos orgánicos para favorecer la adsorción del colorante, como por ejemplo las arcillas organofílicas conocidas como bentonas u organoclays o los nanocomposites.

3. Sistema indicador en fase soportada, asociado a sólidos porosos, compuesto por una sustancia orgánica susceptible a cambios de color para la detección en fase de vapor de derivados sulfurados de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque los sólidos porosos son adsorbentes de tipo silícico de origen natural o de síntesis, incluida la gel de sílice y otras sílices de distinta porosidad, silicoalúminas, zeolitas, etc.; así como otros materiales con capacidad de actuar como soportes moleculares de diversa naturaleza y que son empleados usualmente como adsorbentes, como son por ejemplo las fibras acrílicas, la celulosa y otros materiales poliméricos.

4. Sistema indicador en fase soportada, asociado a sólidos porosos, compuesto por una sustancia orgánica susceptible a cambios de color para la detección en fase de vapor de derivados sulfurados de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque los sólidos porosos pueden presentarse en forma homogénea o constituido por una o más fases, formado por la agregación de uno o más compuestos químicos cristalinos o no; como partículas individuales de distinta forma y tamaño, conformadas de distinta manera, incluida la extrusión, el fibrilado, el laminado, etc., o como bloques monolíticos, etc.

5. Procedimiento para la preparación de sistemas indicadores según reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque la incorporación del Hidrol de Michler se realiza mediante impregnación del mismo a partir de disoluciones empleando agua, acetona o cualquier otro medio como disolvente, preferentemente con control del pH del medio y usándose cualquier método de impregnación, incluyendo la formación de suspensiones o dispersiones, con o sin agentes coadyuvantes como los tensioactivos, así como otros métodos del tipo de spray-drying o vías semihúmedas, llevándose a cabo la eliminación de los disolventes mediante aire en régimen estático o en corriente de gas, a presión reducida, acompañado de tratamiento térmico o bien empleando cualquier otro sistema de secado.

6. Procedimiento según reivindicación 5 caracterizado porque además del colorante reactivo se incorpore al sistema asociado o co-adsorbido al sólido cualquier otro aditivo, colorante o no, tanto de carácter orgánico como inorgánico, así como que la incorporación de los mismos se realice mediante procesos de adsorción, inclusión, anclaje del mismo mediante enlace covalente, o cualquier otro tipo de enlace o interacción química.

7. Uso del sistema indicador según reivindicaciones anteriores para detectar malos olores caracterizado porque sufre un cambio de coloración cuando es expuesto a derivados sulfurados, tioles o mercaptanos de diversa naturaleza en fase gaseosa o líquida, presentes por encontrarse como aditivos de gases, constitutivos del mal olor de diferente origen como por ejemplo el compuesto 3-metil-1-butanol, residuos biológicos como la cisteína y otros compuestos emparentados, aromas característicos de alimentos o de sus aditivos, etc.

8. Uso del sistema indicador según reivindicación 7 para lechos higiénicos de cualquier naturaleza caracterizado porque el indicador soportado mezclado con el sustrato pierde su coloración debido al incremento de malos olores en el ambiente próximo a la litera lo que indica la pérdida de eficacia desodorante que sufre el sustrato por el uso a lo largo del tiempo.