ES2323696T3

ES2323696T3 - Sensor de fuerza ionica.

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Publication number: ES2323696T3
Application number: ES03797199T
Authority: ES
Inventors: Frank Zahn; Stefan H. Bossmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: EP1532436B1; DE50311246D1; AU2003250037A1; EP1532436A1; WO2004027414A1; ATE424557T1; DE10239204B3

Abstract

Sensor (1) para determinar la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores en un medio (2) con una unidad de sensor (8) que puede ponerse en contacto con el medio (2), que como material de sensor presenta un copolímero (14) que comprende N-isopropil-acrilamida (NIPAM) y un monómero formador de complejos (KMX) con al menos un grupo ácido carboxílico, y que cumple la fórmula general NIPAMmKMXn con m >= 1 y n >= 1, estando el copolímero (14) contenido en la unidad de sensor (8) en un espacio de medición rodeado de una membrana en disolución acuosa con un valor de pH de aproximadamente 6 a 8.

Description

Sensor de fuerza iónica.

La invención se refiere a un sensor para determinar la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores en un medio con una unidad de sensor que puede ponerse en contacto con el medio. Se refiere además a un procedimiento para determinar la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores en un medio.

La fuerza iónica es un parámetro de disoluciones. Determina las propiedades biofísicas de moléculas, como por ejemplo su estabilidad termodinámica, solubilidad y actividad catalítica. Una alta fuerza iónica debilita las interacciones electrostáticas de las moléculas en disolución y refuerza sus interacciones hidrófobas. La fuerza iónica I de una disolución se calcula en una primera aproximación a partir de las cargas y concentraciones de todos los iones presentes según la siguiente fórmula: I = 0,5\Sigman_{i}^{2}\cdotc_{i}. En este caso, n la carga del ión en cuestión y c su concentración.

La concentración de los iones alcalinotérreos divalentes, especialmente de los iones calcio y magnesio, en agua es una medida esencial para la denominada dureza del agua. La dureza del agua se divide en la denominada dureza de carbonatos o dureza temporal para los hidrogenocarbonatos del ión calcio (II) y/o magnesio (II) y en la denominada dureza no carbonatada o dureza permanente para los sulfatos, nitratos y cloruros correspondientes. La dureza del agua se especifica en grados de dureza. Un "grado alemán" ("dureza del agua", ºd, ºdH, D.G.) se define, por ejemplo, según Jander-Blasius, Einführung in das anorganisch-chemische Praktikum, S. Hirzel Verlag, Stuttgart, 1984, como 7,13 mg de Ca (24,32 mg de CaSO_{4}, 1,779 x 10^{-4} mol/l) o 4,33 mg de Mg (21,44 mg de MgSO_{4}, 1,779 x 10^{-4} mol/l) en un litro de agua. En general, la siguiente subdivisión de las durezas del agua se realiza en tres "intervalos de dureza":

I.: 0 < D.G. < 4 agua (muy) blanda

II.: 4 < D.G. < 18 agua de dureza media

III.: 18 < D.G. agua dura.

El agua demasiado dura puede conducir, por una parte, a deposiciones, especialmente a la formación de las denominadas incrustaciones en calderas de componentes circulados por agua, como por ejemplo de lavadoras o cafeteras y tuberías o calderas de agua en el hogar o en la industria. Estas deposiciones pueden conducir al deterioro de las instalaciones y a un mayor consumo de energía debido al empeoramiento de los rendimientos. Por otra parte, por ejemplo, la precipitación de sales de calcio y/o magnesio de ácidos grasos produce una acción de lavado y limpieza fuertemente reducida de los jabones fabricados a base de ácidos grasos y así puede llevar durante el lavado a un mayor consumo de detergentes y a que el tejido se vuelva quebradizo.

Para prevenir los daños y perjuicios provocados por la dureza del agua, tanto en el sector doméstico como también en el sector industrial se utilizan cada vez más variadas instalaciones de descalcificación del agua, especialmente debido a motivos de la conservación del valor de las instalaciones de aplicaciones industriales, así como debido a motivos de protección del medioambiente.

Para estas instalaciones de descalcificación en la República Federal de Alemania existe una marca de control de la Asociación alemana del gas y el agua (deutsche Vereins des Gas- y Wasserfaches e.V.) (DVGW) que garantiza su seguridad, higiene y eficacia. Mientras que la denominada dureza de carbonatos o dureza temporal ya puede reducirse mediante la cocción de la disolución, ya que, por ejemplo, según la ecuación Ca(HCO_{3})_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2}O + CaCO_{3} el hidrogenocarbonato de calcio se convierte en carbonato cálcico y precipita debido a su difícil solubilidad, la dureza permanente provocada por la denominada dureza no carbonatada no puede eliminarse mediante la cocción del agua. Por tanto, la descalcificación del agua para fines industriales se realiza normalmente o mediante destilación del agua, mediante precipitación química de los iones interferentes, mediante formación de complejos con polifosfatos o preferiblemente mediante eliminación de los iones mediante intercambiadores iónicos inorgánicos u orgánicos. Los intercambiadores de lecho mixto industrialmente habituales intercambian cationes de metales alcalinotérreos y cationes de valencias superiores por iones de metales alcalinos. Todos los aniones se intercambian por
cloruro.

La dureza del agua, también especialmente la fuerza iónica de los iones alcalinotérreos divalentes Ca^{2+} y Mg^{2+}, debe determinarse regularmente para una utilización adecuada de tales instalaciones de descalcificación.

Para determinar la dureza del agua, como procedimiento usual se aplica la valoración complejométrica con ácido etilendiaminotetraacético (EDTA). En este caso, la disolución que va a determinarse se mezcla con un indicador que forma un complejo con el ión metálico objetivo y en esto cambia su comportamiento de absorción. Un sistema usual como indicador es, por ejemplo, negro de eriocromo T, que en disolución produce una coloración azul que vira a rojo cuando forma un complejo con iones magnesio. En la valoración, los iones metálicos divalentes y de valencias superiores libres se complejan mediante la adición de EDTA hasta que finalmente los iones metálicos también extraen el complejo de indicador-iones metálicos. En este caso se produce un viraje de color que indica el punto de equivalencia. Entonces, a partir del consumo de EDTA puede calcularse la concentración de iones metálicos divalentes y/o de valencias superiores. No obstante, la determinación complejométrica de Mg^{2+} o Ca^{2+} debe realizarse bajo un estricto control de pH (pH 10,2 - 10,5). Además, el negro de eriocromo T reacciona peor con el Ca^{2+} que con el Mg^{2+}. Esto conduce a un comportamiento de viraje borroso en la determinación de la dureza del agua cuando el Mg^{2+} y el Ca^{2+} están presentes uno al lado del otro.

La dureza de carbonatos, exactamente la capacidad de tamponamiento del carbonato en la disolución, también puede determinarse en principio mediante valoración con ácido clorhídrico diluido. No obstante, sólo está accesible la capacidad de tamponamiento, irrelevantemente de las concentraciones de calcio o magnesio reales. Igualmente, otras sustancias tampón falsearían el valor así determinado de la dureza de carbonatos.

Para determinar la fuerza iónica de los iones metálicos seleccionados se considera además una valoración potenciométrica. Entonces, por ejemplo, para la determinación simultánea de calcio y magnesio en agua o la determinación de la dureza total con EDTA se usa un electrodo de calcio. Pero frecuentemente éste muestra una selectividad iónica insuficiente. Los costosos sistemas de cadenas de medición, como por ejemplo los ionóforos selectivos de iones, también permiten la determinación de la concentración selectiva de iones, justifican su coste, pero más bien en el análisis de compuestos traza y en la analítica de precisión.

Estos procedimientos que van a usarse regularmente tienen en común que dependen de las sustancias consumidas que deben dosificarse adecuadamente. Además, los procedimientos de valoración contienen costosas etapas individuales, como la preparación de disoluciones de valoración. Además, de ahí que normalmente requiera una toma de muestras que por sí misma ya es costosa y, por tanto, puede no desearse. Estos procedimientos también son de naturaleza discontinua. Por tanto, son poco adecuados para una automatización, que generalmente está unida a una necesidad bastante alta de personal, y normalmente conducen a una determinación retrasada en el tiempo de la fuerza iónica.

Pero para minimizar los posibles tiempos muertos y los costes debidos al mantenimiento de los componentes circulados por agua, la reparación o la sustitución de las piezas de la instalación dañadas por la dureza del agua, tiene precisamente una importancia especial la determinación actualizada y en tiempo real de la fuerza iónica en el medio que va a determinarse. Por tanto, para la utilización a su debido tiempo de instalaciones de descalcificación adecuadas se desea una supervisión continua sin complicaciones y la determinación simultánea de la fuerza iónica de los cationes metálicos responsables de la dureza del agua.

Por tanto, la invención se basa en el objetivo de proporcionar un sensor que también permita a un bajo coste de mantenimiento una determinación directa y continua de la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores. Además, debe especificarse un procedimiento especialmente adecuado para la determinación poco costosa, directa y continua de la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores. En relación al sensor, este objetivo se alcanza según la invención presentando una unidad de sensor que puede ponerse en contacto con el medio para determinar la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores en un medio, que como material de sensor presenta un copolímero que comprende N-isopropil-acrilamida (NIPAM) y un monómero formador de complejos (KMX) con al menos un grupo ácido carboxílico, y que cumple la fórmula general NIPAMm KMXn con m \geq 1 y n \geq 1, y estando el copolímero contenido en un espacio de medición rodeado por una membrana a un valor de pH de 6-8.

En esto, la invención se basa en la consideración de que el sensor, con la consecuente prevención de tomas de muestras separadas, deberá ser adecuado para una aplicación en la corriente de medio que verdaderamente va a medirse con los cationes divalentes y/o de valencias superiores cuya fuerza iónica va a determinarse. Por tanto, el sensor presenta una unidad de sensor que puede ponerse en contacto con este medio con un material de sensor. La unidad de sensor deberá presentar un material de sensor que muestre cambios de propiedades medibles desde el exterior que dependen de la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores. Un cambio de propiedad medible desde el exterior tal puede realizarse mediante un material de sensor cuyas propiedades ópticas cambien en función de la fuerza iónica. Además, la unidad de sensor presenta como material de sensor un copolímero que, en función de la fuerza iónica de sólo cationes divalentes y/o de valencias superiores, muestra una separación de fases ópticamente detectable a consecuencia de la coagulación. Para esto es adecuado un copolímero que comprende N-isopropil-acrilamida (NIPAM) y un monómero formador de complejos (KMX) con al menos un grupo ácido carboxílico, y que cumple la fórmula general NIPAM_{m} KMX_{n} con m \geq 1 y n \geq 1. Con esto puede indicarse tanto un copolímero binario, es decir, un copolímero que comprende NIPAM y exclusivamente monómeros formadores de complejos del mismo tipo entre sí, como también un copolímero que comprende NIPAM y distintos monómeros formadores de complejos.

Un copolímero sintetizado de este tipo se encuentra concretamente en forma de hebras poliméricas individuales en las que respectivamente la hebra preparada por NIPAM se completa por un grupo ácido carboxílico mediante el monómero formador de complejos. En el entorno adecuado éste se encuentra desprotonado y, por tanto, como grupo carboxilato. En una introducción de cationes, este grupo carboxilato forma complejos, apareciendo en la hebra polimérica, debido al desplazamiento de carga espacial unido a ella, una aglomeración microscópica que, con un ajuste adecuado de los parámetros del entorno en una coagulación o formación de grupos, también pueden conducir a mayores unidades de moléculas. Esto puede llevar a un enturbiamiento de la sustancia macroscópica, que puede detectarse con medios ópticos. Por tanto, debido a este mecanismo, es posible una conclusión de las propiedades ópticas del material basada en la presencia cuantitativa de cationes.

Por lo demás, el material de sensor deberá estar configurado para evitar influencias interferentes mediante iones no relevantes para la fuerza iónica que va a determinarse de manera que interaccione de manera significativamente más fuerte con los cationes divalentes de metales alcalinotérreos que van a determinarse, como Ca^{2+} y Mg^{2+}, y/o cationes metálicos de valencias superiores, que con los cationes monovalentes, como los cationes de metales alcalinos Na^{+} y K^{+}, que se encuentran en el agua en una concentración significativamente mayor. El copolímero de la forma mencionada cumple justamente este criterio de manera particular.

Como medida para la fuerza de enlace característica de la interacción mencionada vale la entalpía libre \DeltaG. Usando la sal tetrasódica del ácido etilendiaminotetraacético (Na_{4}EDTA) como reactivo complejométrico, para la fuerza de enlace según Jander-Blasius resulta una entalpía libre de \DeltaG = - 61,451 KJ/mol para Ca^{2+} y \DeltaG = - 49,907 KJ/mol para Mg^{2+} a partir de la ecuación \DeltaG = - R T InK con R como constante de los gases [8,314 JK^{-1}mol^{-1}], T como temperatura [K] y K como constante de equilibrio termodinámico K = [M EDTA^{-4+n}] / [Na_{4}EDTA] [M^{n+}]. En este caso, este enlace no están interferido por los iones monovalentes de metales alcalinos debido a su entalpía de enlace muy baja, concretamente para Na^{+} sólo \DeltaG = - 9,53 KJ/mol y para K^{+} \DeltaG = - 6,32 KJ/mol. Los cationes de valencias superiores como cationes divalentes conducen en general a mayores entalpías de enlace que para Ca^{2+} y Mg^{2+}. Por tanto, en principio pueden interferir en la determinación de los cationes de metales alcalinotérreos. Sin embargo, como estos cationes de valencias superiores también son responsables de deposiciones como incrustaciones en calderas durante el calentamiento, también deberán eliminarse. Por tanto, es especialmente ventajoso si el material de sensor también es por sí mismo un buen receptor o formador de complejos. Como receptor selectivo o formador de complejos para cationes divalentes y/o de valencias superiores también es adecuado como material de sensor un copolímero que presenta al menos un grupo ácido carboxílico o especialmente está emparentado estructuralmente con EDTA.

Para una detectabilidad especialmente favorable de la fuerza iónica que va a determinarse de cationes divalentes y/o de valencias superiores, la concentración en masa de la N-isopropil-acrilamida (NIPAM_{m}) en el copolímero se elige preferiblemente superior al 50%.

En este caso, el monómero formador de complejos (KMX) presenta de manera ventajosa con cationes divalentes y/o de valencias superiores una entalpía de enlace libre inferior a \DeltaG = - 35 KJ/mol.

En otra configuración ventajosa, como monómero formador de complejos (KMX) se utiliza ácido acrílico, ácido {[4-acriloil-amino-2-(bis-carboxi-metil-amino)-fenil]-carboxi-metil-amino}-acético, ácido {[4-acriloil-amino-2-(bis-carboxi-metil-amino)-ciclohexil]-carboximetil-amino}-acético, ácido ({2-[acriloil-(2-dicarboximetilamino-etil)-amino]-etil}-carboximetil-amino)-acético, ácido [({acriloil-[(dicarboximetil-amino)-metil]-amino}-metil)-carboximetil-amino]-acético, ácido metacrílico, acrilatos orgánicos, metacrilatos orgánicos, ácido cinámico o derivados de ácido cinámico. En este caso, todos los monómeros formadores de complejos (KMX) previamente mencionados se usan preferiblemente con una concentración en masa del 0,01-2%, con excepción del ácido metacrílico, que se utiliza preferiblemente con una concentración en masa del 1-2%. La síntesis de un copolímero binario o de un copolímero que comprende monómeros formadores de complejos distintos se realiza en este caso especialmente mediante polimerización radicálica, catiónica o aniónica.

La separación de fases característica de la fuerza iónica del copolímero a consecuencia de la coagulación puede detectarse o evaluarse tanto más fácil cuanto mayores sean las moléculas que participan. Por tanto, el copolímero presenta preferiblemente una masa molecular media en el intervalo entre 40.000 y 200.000.

En general, en la aplicación industrial deben diferenciarse tres intervalos de dureza:

I.: 0 < D.G. < 10^{-3} (por ejemplo, agua de alimentación a la caldera)

II.: 10^{-3} < D.G. < 1 (por ejemplo, agua desionizada para muchas aplicaciones industriales)

III.: D.G. > 1 (por ejemplo, agua para la lavadora).

Para un intervalo de medición prefijado tal, el copolímero se adapta preferiblemente respectivamente en cuanto a su contenido de grupos ácido carboxílico y/o su tipo, que puede realizarse especialmente mediante una elección adecuada del monómero formador de complejos.

En este caso, para el intervalo de medición 0 < D.G. < 10^{-3} pueden usarse en principio todos los formadores de complejos de Ca^{2+} y Mg^{2+} que pueden unirse de manera químicamente apropiada con la N-isopropil-acrilamida y cuya entalpía de enlace libre es inferior a \DeltaG = - 50 KJ/mol. Para esto es adecuado preferiblemente como monómero formador de complejos ácido {[4-acriloilamino-2-(bis-carboxi-metil-amino)-fenil]-carboxi-metil-amino}-acético, que presenta una entalpía de enlace libre teórica para Ca^{2+} de \DeltaG_{teór.} = - 60,1 KJ/mol y para Mg^{2+} de \DeltaG_{teór.} = - 51,2 KJ/mol, o el monómero formador de complejos ácido {[4-acriloil-amino-2-(bis-carboxi-metil-amino)-ciclohexil]-carboxi-metil-amino}-acético, que presenta una entalpía de enlace libre teórica para Ca^{2+} de \DeltaG_{teór.} = - 62,7 KJ/mol y para Mg^{2+} de \DeltaG_{teór.} = - 52,9 KJ/mol.

Para el intervalo de medición 10^{-3} < D.G. < 1 pueden usarse en principio todos los receptores de Ca^{2+} y Mg^{2+} que pueden unirse de manera químicamente apropiada con la N-isopropil-acrilamida y cuya entalpía de enlace libre se encuentra entre \DeltaG = - 50 KJ/mol y - 35 KJ/mol. Para esto es adecuado preferiblemente como monómero formador de complejos ácido ({2-[acriloil-(2-dicarboximetilamino-etil)-amino]-etil}-carboximetil-amino)-acético, que presenta una entalpía de enlace libre teórica para Ca^{2+} de \DeltaG_{teór.} = - 43,0 KJ/mol y para Mg^{2+} de \DeltaG_{teór.} = 40,7 KJ/mol, o ácido [({acriloil-[(dicarboximetil-amino)-metil]-amino}-metil)-carboximetil-amino]-acético, que presenta una entalpía de enlace libre teórica para Ca^{2+} de \DeltaG_{teór.} = - 44,9 KJ/mol y para Mg^{2+} de \DeltaG_{teór.} = - 41,0 KJ/mol.

Para el intervalo de medición de D.G.> 1 se prevén preferiblemente como monómeros formadores de complejos ácido acrílico, ácido metacrílico, acrilato orgánico, metacrilato orgánico, ácido cinámico o un derivado de ácido cinámico, ya que la interacción de su grupo ácido carboxílico es suficiente para garantizar una dependencia de la separación de fases a consecuencia de la coagulación de la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores, por ejemplo de la dureza del agua. Además, estas sustancias están fácilmente disponibles en general para la aplicabilidad industrial.

Además, para la aplicabilidad industrial del sensor es importante su denominada durabilidad, es decir, el tiempo de su utilización continua e ininterrumpida. Esta durabilidad podría limitarse por pérdidas por solubilidad del copolímero usado como material de sensor. Como se ha comprobado, para la solubilidad es de especial importancia la masa molecular del copolímero. A una masa molecular demasiado baja ya se producen pérdidas por solubilidad del copolímero usado a durabilidades de algunas horas o días, ya que éste difunde por los poros de una membrana usada en el medio que va a medirse. Para reducir las pérdidas por solubilidad del copolímero hasta tal punto que las durabilidades puedan alcanzar hasta un año, las hebras poliméricas individuales del copolímero se reticulan de manera ventajosa para formar una macromolécula, presentando de manera apropiada la macromolécula formada por la reticulación del copolímero una masa molecular superior a 2.000.000.

Para una estabilidad química a largo plazo suficiente, la reticulación de las hebras poliméricas individuales del copolímero se realiza especialmente mediante un enlace C-C, de manera apropiada mediante dienos de cualquier estructura, preferiblemente mediante divinilbenceno o butadienos sustituidos como reticulantes. En este caso, los reticulantes del copolímero pueden incorporarse de forma estática en el copolímero durante la síntesis del copolímero. No obstante, en una reticulación de los copolímeros durante la síntesis, la posterior coagulación de las hebras poliméricas individuales puede dificultarse debido a efectos secundarios de la reticulación. Como consecuencia, todavía puede observarse frecuentemente, en función del grado de reticulación, un hinchamiento y deshinchamiento del hidrogel formado por la reticulación. Esto puede conducir a una pérdida significativa de sensibilidad en la medición óptica de la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores, por ejemplo de la dureza del agua.

Por tanto, la reticulación de las hebras poliméricas individuales del copolímero para una estabilidad química a largo plazo suficiente se realiza alternativamente de manera ventajosa uniendo un enlace de amida de ácido carboxílico mediante puentes de polioxietileno terminados en amina, compuestos aromáticos sustituidos con puentes de polioxietileno terminados en amina, poliiminas terminadas en amina, hidrocarburos alifáticos terminados en amina, hidrocarburos alifáticos aromáticos terminados en amina con cualquier patrón de sustitución o una combinación de los elementos estructurales previamente mencionados en una segunda etapa después de la síntesis del copolímero real.

La unidad de sensor presenta según la invención como material de sensor activo una disolución acuosa del copolímero. Ésta está contenida en el interior de un espacio de medición que de manera apropiada está rodeada por una membrana. Para un contacto suficiente entre el material de sensor y el medio que va a medirse, la membrana es preferiblemente permeable para cationes divalentes y/o de valencias superiores. Es decir, los cationes divalentes y/o de valencias superiores pueden difundir desde fuera por la membrana en el espacio de medición.

Puede conseguirse una evaluación especialmente favorable y además sin contacto de la coagulación característica de la fuerza iónica del material de sensor en disolución acuosa previéndose en una configuración especialmente ventajosa un registro de las propiedades ópticas del material de sensor en disolución acuosa, sobre todo porque la coagulación de las hebras poliméricas por separado repercute en un enturbiamiento de la disolución. Para evaluar las propiedades ópticas del copolímero en función de la fuerza iónica de los cationes divalentes y/o de valencias superiores, a la
unidad de sensor provista del copolímero como material de sensor se le asocia una fuente de luz y un detector de luz.

Como fuente de luz se considera un diodo emisor de luz o cualquier lámpara. Para garantizar una radiación monocromática de la unidad de sensor provista del copolímero como material de sensor se provee una lámpara elegida como fuente de luz, por ejemplo, con filtros correspondientes, o como fuente de luz se utiliza un láser. Sin embargo, también es posible una radiación policromática. Para un campo de utilización industrialmente relevante con un coste y gasto de fabricación bajos, la fuente de luz se ajusta de manera ventajosa para una radiación con una longitud de onda o un intervalo de longitud de onda en el intervalo de 300 nm a 500 nm.

Como se ha comprobado, el valor de pH es de gran importancia para la separación de fases ópticamente detectable del copolímero. Para ello, el copolímero se rodea preferiblemente de un polímero, por ejemplo de polietilenimida, que tampona el valor de pH de la disolución acuosa del copolímero. La función del valor de pH se tiene en cuenta además en una configuración especialmente ventajosa mediante un sistema de monitorización del medio que está asociado a la unidad de sensor provista del copolímero como material de sensor. El sistema de monitorización del medio comprende en este caso preferiblemente un sensor de pH y una unidad de alimentación para un medio de alimentación que puede compensar una desviación del valor de pH deseado. Para elevar el valor de pH intrínseco del copolímero que se encuentra en la disolución acuosa dependiendo de la concentración del copolímero respectivo (1 - 50 g/l) a un valor de pH entre 5 y 3 hasta valores de pH de pH = 6, 7 u 8 comprobados como favorables, como medio de alimentación se utiliza preferiblemente solución cáustica.

Además, se ha comprobado una dependencia de la separación de fases ópticamente detectable del copolímero de la temperatura. Para lograr una temperatura adecuada para la determinación de la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores que sea superior a la temperatura ambiente, la unidad de sensor provista del copolímero como material de sensor está provista preferiblemente de un sensor de temperatura y un elemento de calefacción que calienta preferiblemente hasta una temperatura constante de 40, 45, 50, 55, 60, 65 ó 70ºC.

En relación al procedimiento para determinar la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores en un medio, el objetivo mencionado se alcanza determinando en función de la fuerza iónica un grado de transmisión óptica de una disolución acuosa del copolímero en una unidad de sensor, comprendiendo el copolímero N-isopropil-acrilamida (NIPAM) y un monómero formador de complejos (KMX) con al menos un grupo ácido carboxílico y cumpliendo la fórmula general NIPAM_{m} KMX_{n} con m \geq 1 y n \geq 1. Para esto puede considerarse tanto un copolímero binario, es decir, un copolímero que comprende NIPAM y exclusivamente monómeros formadores de complejos del mismo tipo entre sí, como también un copolímero que comprende NIPAM y distintos monómeros formadores de complejos. Como monómeros formadores de complejos (KMX) pueden utilizarse para el copolímero los del tipo anteriormente mencionado.

La fabricación de una unidad de sensor para la aplicación en un sensor para determinar la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores se realiza sintetizando inicialmente como material de sensor de manera apropiada un copolímero de fórmula general NIPAM_{m} KMX_{n} con m \geq 1 y n \geq 1 preferiblemente mediante polimerización radicálica, aniónica o catiónica de N-isopropil-acrilamida (NIPAM_{m}) y un monómero formador de complejos (KMX_{n}) con al menos un grupo ácido carboxílico.

Las ventajas logradas con la invención consisten especialmente en que mediante la unidad de sensor que puede ponerse en contacto con el medio, por ejemplo agua, que como material de sensor presenta un copolímero, que comprende N-isopropil-acrilamida (NIPAM) y un monómero formador de complejos (KMX) con al menos un grupo ácido carboxílico, y que cumple la fórmula general NIPAM_{m} KMX_{n} con m \geq 1 y n \geq 1, puede utilizarse un sensor que funciona directa y continuamente para la determinación de la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores. Mediante la utilización directa en el medio que va a medirse se suprime una toma de muestras que requiere personal y tiempo, de manera que es posible una determinación automatizada y continuamente actualizada de la fuerza iónica. Esto es precisamente de gran importancia para la utilización a su debido tiempo de instalaciones para la descalcificación de agua que contiene Ca^{2+} y Mg^{2+}. Especialmente mediante la determinación de un grado de transmisión óptica de la unidad de sensor provista de un polímero como material de sensor debido a la separación de fases del copolímero a consecuencia de la coagulación con un ajuste adecuado de los parámetros del entorno en función de la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores se hace posible un procedimiento poco costoso para determinar la fuerza iónica correspondiente o la dureza del agua.

Un ejemplo de realización de la invención se explica más detalladamente mediante un dibujo. En él muestran:

Figura 1 una construcción esquemática de un sensor para la determinación de la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores,

Figura 2 el principio de funcionamiento del copolímero en presencia de iones Ca^{2+} y/o Mg^{2+},

Figura 3 un diagrama del grado de transmisión de un copolímero seleccionado como función de la dureza del agua,

Figura 4 un diagrama de la temperatura de separación de fases en función del valor de pH en el ejemplo de cuatro copolímeros seleccionados,

Figura 5 un diagrama del grado de transmisión de un copolímero seleccionado en función de la temperatura a distintas durezas del agua, y

Figura 6 un diagrama del grado de transmisión de un copolímero seleccionado en función de la longitud de onda a distintas durezas del agua.

La determinación de la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores, como por ejemplo la denominada dureza del agua, es importante en cualquier operación con agua en circulación en todos los sectores de la vida diaria. Las deposiciones provocadas tanto en el hogar como en la industria, por ejemplo, por la dureza del agua, conducen concretamente no sólo a alteraciones estéticas en forma de manchas de cal. A medio y largo plazo, las deposiciones conducen posiblemente a daños graves de las instalaciones y componentes afectados o al menos a un mayor consumo de energía, productos de limpieza o detergentes. Por tanto, para la utilización específica de instalaciones de descalcificación del agua puede ser necesaria la determinación de la fuerza iónica de los iones divalentes de metales alcalinotérreos Ca^{2+} y Mg^{2+} y/o cationes de valencias superiores responsables de la dureza del agua.

Para esto se prevé un sensor 1 que se utiliza en un medio 2 que atraviesa una instalación industrial, como por ejemplo agua, para determinar la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores. Como instalación industrial se considera, por ejemplo, un tubo 3. El sensor 1 mostrado respectivamente en las figuras 1a,b,c está diseñado para determinar la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores o la dureza del agua de una forma óptica y, por tanto, es especialmente adecuado para una utilización en el medio 2 en circulación o en reposo renunciando a las tomas de muestras.

Cada sensor 1 respectivo comprende además una fuente 4 de luz y un detector 6 de luz, que están ambos dispuestos casi paralelos entre sí, y que en el ejemplo de realización respectivo están dispuestos ambos a la misma distancia de una unidad 8 de sensor. En este caso, la unidad 8 de sensor está fijada por su parte en el extremo de un tubo 10 de soporte que sobresale en el tubo 3. El tubo 10 de soporte está enroscado en el tubo 3 en el ejemplo de realización; pero alternativamente también puede preverse otra conexión, como una conexión enchufable. Para evitar una salida no deseada del medio, el tubo 10 de soporte está obturado sobre una junta 12 circular contra el tubo 3. El paso de la radiación de la fuente 4 de luz está alineado de tal forma que la luz pueda incidir perpendicularmente sobre la unidad 8 de sensor soportada en el tubo 3. La unidad 8 de sensor está diseñada en este caso de tal forma que sus propiedades ópticas, especialmente su capacidad de reflexión, cambia en función de la fuerza iónica que va a medirse.

La unidad 8 de sensor presenta en una primera forma de realización según la figura 1a como material de sensor activo una disolución acuosa de un copolímero 14 que en su síntesis está configurado de tal forma que cambia sus propiedades ópticas mediante las interacciones con los cationes divalentes y/o de valencias superiores contenidos en el medio 2. En este caso, esta unidad 8 de sensor está contenida en el ejemplo de realización según la figura 1a en el interior de un espacio 16 de medición que está rodeado de una membrana 18 permeable para cationes divalentes y/o de valencias superiores para producir mediante su difusión por la membrana 18 un contacto suficiente entre el material de sensor y el medio 2 que va a medirse.

No obstante, las propiedades ópticas del copolímero 14 en función de la fuerza iónica de los cationes divalentes y/o de valencias superiores dependen además de parámetros específicos del entorno, como el valor de pH, la temperatura y la longitud de onda. Así, para una elección adecuada del valor de pH se prevé un polímero, por ejemplo polietilenimida, para tamponar el valor de pH o un sistema 22 de monitorización del medio con un sensor 24 de pH y una unidad 26 de alimentación para un medio 28 de alimentación que está asociado a la unidad 8 de sensor. La función de la temperatura se considera mediante un elemento 30 de calefacción y un sensor 32 de temperatura, de los que está provista la unidad 8 de sensor. La fuente 4 de luz se utiliza para lograr una radiación monocromática o policromática con una determinada longitud de onda o un intervalo de longitud de onda.

Al incidir el rayo de luz sobre la unidad 8 de sensor o generalmente sobre una sustancia cualquiera, la luz puede absorberse y/o reflejarse proporcional o completamente. En esto se reduce la intensidad de luz de la radiación transmitida, es decir, la radiación que atraviesa, correspondientemente a la manifestación de los efectos de absorción o reflexión. El grado de transmisión T se define como el cociente de la potencia de radiación que atraviesa \Phi y la potencia de radiación incidente \Phi_{o}. Las magnitudes T, \Phi y \Phi_{o} también son, debido a las dependencias de las longitudes de onda de absorción y reflexión, funciones T(\lambda), \Phi(\lambda) y \Phi_{o}(\lambda) de la longitud de onda \lambda. La relación entre el grado de transmisión y las propiedades del material del material atravesado por la radiación se describe por la ley de Lambert-Beer. Luego es válido Ig(1/T(\lambda)) = Ig(\Phi_{o}(\lambda)/\Phi(\lambda)) = E(\lambda) = \varepsilon(\lambda) cd, en la que E(\lambda) especifica la extinción espectral, \varepsilon(\lambda) el coeficiente de extinción en función del material, c la concentración molar del material que va a absorberse o reflejarse y d el espesor de capa del material atravesado por la radiación.

Debido al cambio de las propiedades ópticas del copolímero 14 utilizado como material de sensor, especialmente la disminución de su grado de transmisión o el aumento de su reflexión, al aumentar la fuerza iónica de los cationes divalentes y/o de valencias superiores es posible una determinación cuantitativa de la fuerza iónica de los cationes divalentes y/o de valencias superiores con medios ópticos. En este caso, el detector 6 de luz del sensor 1 puede estar configurado para la recepción de la transmisión o la reflexión. En el ejemplo de realización, el detector 6 de luz está configurado, por ejemplo, como fotodiodo y, debido a motivos de una técnica de medición más sencilla, está diseñado para la recepción de la reflexión, ya que para esto no es necesario, por ejemplo en una disposición de una cara de la fuente 4 de luz y del detector 6 de luz, ningún espejo óptico que dirija de nuevo el rayo de luz que atraviesa al paso de radiación original.

Las propiedades ópticas del copolímero 14 en función de la fuerza iónica de los cationes divalentes y/o de valencias superiores se basan en el principio de funcionamiento representado en la figura 2. En la disolución acuosa se encuentra el valor de pH intrínseco de un copolímero 14 de fórmula general NIPAM_{m} KMX_{n} con m \geq 1 y n \geq 1, que se sintetiza mediante polimerización radicálica, aniónica o catiónica de N-isopropil-acrilamida (NIPAM_{m}) y un monómero formador de complejos (KMX_{n}) con al menos un grupo ácido carboxílico, dependiendo de su concentración (1 - 50 g l^{-1}) entre pH \sim 5 y pH \sim 3. El grupo ácido carboxílico se desprotona mediante la adición de una cantidad definida de solución cáustica como medio 28 de alimentación. En presencia de, por ejemplo, cationes magnesio (II) y/o calcio (II), que son responsables de la fuerza iónica o de la dureza del agua que va a determinarse, se realiza una neutralización de cargas de las cargas negativas de los grupos carboxilato formados en el copolímero 14 mediante la desprotonación. Esto conduce, como se muestra en la etapa E1, a una reducción de la repulsión y favorece una asociación de las hebras poliméricas. Las cadenas poliméricas individuales se colapsan en la etapa E2 para dar ovillos poliméricos individuales ("transición de ovillo a glóbulo" ("coil to globule transition") y a continuación en la etapa E3 se agrupan a una temperatura adecuada a consecuencia de la coagulación debido a su hidrofobia para dar grupos mayores. Entonces, los copolímeros 14 son completamente solubles en agua fría pero muestran, como también la poli-N-isopropil-acrilamida (PNIPAM) de la que derivan, el fenómeno de la separación de fases a la denominada temperatura de disolución crítica inferior (Lower Critical Solution Temperatura) (LCST). Es decir, al alcanzar esta temperatura (crítica) o por encima, precipita en la disolución mediante la formación de dominios hidrófobos. Esta separación de fases del copolímero 14 puede detectarse ópticamente mediante el detector 6 de luz, ya que los grupos se forman polidispersos, por lo tanto aparecen blancos y, por tanto, en principio pueden dispersar la luz de todas las longitudes de onda del espectro visible. Por tanto, en función de la fuerza iónica de los cationes divalentes y/o de valencias superiores se determina un grado de transmisión óptica que se completa con la radiación reflejada hasta el 1 o el 100%, que se convierte en una señal de corriente por el detector 6 de luz configurado como fotodiodo.

En la figura 3 es evidente la disminución del grado de transmisión óptica T en % con el aumento de la dureza del agua en ºdH en el ejemplo de un copolímero 14 constituido por 98% de N-isopropil-acrilamida (NIPAM) y 2% de ácido acrílico (AA) a pH = 8,02, a una temperatura T = 50ºC y a una longitud de onda \lambda = 400 nm emitida por la fuente 4 de luz.

Como se muestra en la figura 4, la precipitación de un copolímero 14 en el ejemplo de cuatro poli(NIPAM/ácido acrílico) con y sin grupos laterales perfluorados orgánicos se realiza espontáneamente en la disolución a bajo valor de pH (\DeltaT \approx 3ºC). A mayor valor de pH en la disolución acuosa, en general se recorre una zona de transición de fases (\DeltaT \approx 10-15ºC), es decir, se observa un aumento significativo de la temperatura LCST y, por tanto, de la separación de fases de los copolímeros 14. En esta zona puede influirse de forma especialmente fácil la conformación del copolímero 14 a diferencia de la poli-N-isopropil-acrilamida (PNIPAM) mediante cambios de la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores, por ejemplo la dureza del agua. Los grupos ácido carboxílico presentes en el copolímero 14 hacen posible el control de la LCST en función del valor de pH en la disolución acuosa. pH favorables son
pH = 6,0, pH = 7,0 y pH = 8,0. Éste se alcanza mediante la adición de una cantidad definida de solución cáustica como medio 28 de alimentación, en la disolución acuosa se encuentra luego el valor de pH intrínseco del copolímero 14 dependiendo de su concentración (1 - 50 g l^{-1}) entre \approx 5 y \approx 3. Si el valor de pH se elige demasiado alto, no tiene lugar la separación de fases del copolímero 14 dependiendo de la proporción de ácido orgánico en el copolímero 14.

En los copolímeros 14 que se diferencian por su diferente proporción de formador de complejos ácido acrílico, la proporción de ácido acrílico, que a pH = 8 sólo se presenta en su forma de carboxilato, contribuye decisivamente al comportamiento de los copolímeros 14 en la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores. Así, el copolímero 14 constituido por 98% de PNIPAM y 2% de ácido poliacrílico (PAA) ya es adecuado a 40ºC para el intervalo de dureza del agua a partir de 0º dH. Por el contrario, el campo de utilización del copolímero 14 constituido por 95% de PNIPAM y 5% de ácido poliacrílico (PAA) sólo es adecuado a una temperatura de 55ºC para el intervalo de dureza del agua a partir de \sim 4º dH y para el copolímero 14 constituido por 90% de PNIPAM y 10% de ácido poliacrílico (PAA) sólo a una temperatura de 70ºC para el intervalo de dureza del agua a partir de \sim 7,5º dH. Los intervalos de dureza del agua mayores necesitan una menor temperatura, de manera que para el copolímero 14 constituido por 95% de PNIPAM y 5% de ácido poliacrílico (PAA) a 45ºC y para el copolímero 14 constituido por 90% de PNIPAM y 10% de ácido poliacrílico (PAA) a 60ºC es adecuado un intervalo de dureza del agua a partir de 18º dH.

En la figura 5 se representan los grados de transmisión T en % de un copolímero 14 constituido por 80% de PNIPAM y 20% de ácido poliacrílico (PAA) en función de la temperatura T en ºC a pH = 8,02 y a una longitud de onda \lambda = 300 nm. En la figura 5 es evidente en el intervalo de 45ºC una diferencia significativa, concretamente una reducción significativa del grado de transmisión T al aumentar el grado de dureza alemán dH de 0º a 4º. A mayores temperaturas son más fuertes las interacciones hidrófobas que compensan las repulsiones electrostáticas, de manera que de nuevo son menores las diferencias de los grados de transmisión T al aumentar el grado de dureza alemán dH de 0º a 4º. Por tanto, a una temperatura T= 45ºC se encuentra una sensibilidad óptima del copolímero 14 constituido por 80% de PNIPAM y 20% de ácido poliacrílico (PAA).

En la figura 6 se representan los grados de transmisión T en % de un copolímero 14 constituido por 98% de PNIPAM y 2% de ácido poliacrílico (PAA) a pH = 8 y a una temperatura constante T = 45ºC en función de la longitud de onda \lambda de 200 a 800 nm a distintas durezas del agua dH. A \lambda = 300 nm y 400 nm, a diferencia de a mayores longitudes de onda, es evidente una reducción significativa del grado de transmisión T al aumentar el grado de dureza alemán dH entre 0º y 18º. Por tanto, para un campo de utilización industrialmente relevante con un coste y gasto de fabricación bajos, se ajusta una radiación con una longitud de onda \lambda de 300 nm o 400 nm.

La síntesis de los copolímeros de poli-N-isopropil-acrilamida/ácido metacrílico puede realizarse del siguiente modo, por ejemplo, según los procedimientos descritos en Journal of Physical Chemistry B, 1998, 102(8), 1364-1371. En un reactor de vidrio de 250 ml se mezclan 1,5 g de una mezcla de monómero de ácido metacrílico (MMA) y monómero de N-isopropil-acrilamida (NIPAM) con diferentes relaciones molares junto con 1,0% en moles de metilenbisacrilamida (BIS) (del monómero total), así como 0,04 g de dodecilsulfato de sodio (SDS) en 100 ml de agua desionizada y filtrada. La mezcla se calienta bajo atmósfera de nitrógeno y con enfriamiento a reflujo en un baño de agua a 70ºC y se agita durante 40 minutos con una varilla agitadora de vidrio con una paleta de teflón de 6 cm a 300 revoluciones por minuto. Luego se disuelven 0,065 g de persulfato de amonio (APS) en 0,3 ml de agua y se añaden para empezar la reacción. La mezcla de reacción se agita dependiendo del material de partida entre ½ y 4 horas. La mezcla polimerizada se purifica mediante centrifugación, decantación y dispersión repetida en agua desionizada
(pH \sim 5,6) para eliminar el SDS y otras impurezas y finalmente se seca a vacío a 45ºC para un peso constante.

Para formar una macromolécula con una masa molecular superior a 2.000.000 para una estabilidad química a largo plazo suficiente, la reticulación química de las hebras poliméricas individuales del copolímero 14 se realiza en el ejemplo de realización según la síntesis del copolímero 14 real uniendo un enlace de amida de ácido carboxílico mediante puentes de polioxietileno terminados en amina, compuestos aromáticos sustituidos con puentes de polioxietileno terminados en amina, poliiminas terminadas en amina, hidrocarburos alifáticos terminados en amina, hidrocarburos alifáticos aromáticos terminados en amina con cualquier patrón de sustitución o una combinación de los elementos estructurales previamente mencionados. En este caso, la unión se realiza, por ejemplo, mediante un reactivo deshidratante (por ejemplo, diciclohexil-carbodiimida, DCC) y usando un catalizador que forma un éster activo intermedio (por ejemplo, N-hidroxisuccinimida, NHS). En este caso, la concentración del reticulante debe mantenerse baja (0,1 - 2,0 por ciento en peso de la masa total de los copolímeros 14 sintetizados). Como disolventes se consideran tetrahidrofurano, dioxano, dimetilformamida, dimetilacetamida o cloroformo. La reprecipitación de la macromolécula formada mediante la reticulación del copolímero 14 puede realizarse mediante dispersión en tetrahidrofurano y vertido en un exceso de un n-alcano (o una mezcla de distintos alcanos) o mediante disolución en agua y vertido en un alcohol (C1-C4), tetrahidrofurano o dimetilformamida o dimetilacetamida. La recuperación de las macromoléculas reprecipitadas se realiza mediante filtración.

Lista de números de referencia

1: Sensor

2: Medio

3: Tubo

4: Fuente de luz

6: Detector de luz

8: Unidad de sensor

10: Tubo de soporte

12: Junta

14: Copolímero

16: Espacio de medición

18: Membrana

20: Soporte

22: Sistema de monitorización del medio

24: Sensor de pH

26: Unidad de alimentación

28: Medio de alimentación

30: Elemento de calefacción

32: Sensor de temperatura

E1, E2, E3 Etapa.

Claims

1. Sensor (1) para determinar la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores en un medio (2) con una unidad de sensor (8) que puede ponerse en contacto con el medio (2), que como material de sensor presenta un copolímero (14) que comprende N-isopropil-acrilamida (NIPAM) y un monómero formador de complejos (KMX) con al menos un grupo ácido carboxílico, y que cumple la fórmula general NIPAM_{m}KMX_{n} con m \geq 1 y n \geq 1, estando el copolímero (14) contenido en la unidad de sensor (8) en un espacio de medición rodeado de una membrana en disolución acuosa con un valor de pH de aproximadamente 6 a 8.

2. Sensor (1) según la reivindicación 1, a cuya unidad de sensor (8) está asociada una unidad de alimentación (26) para un medio de alimentación (28) para ajustar el valor de pH.

3. Sensor (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el NIPAM_{m} presenta una concentración en masa en el copolímero (14) superior al 50%.

4. Sensor (1) según la reivindicación 1 ó 2, en el que el monómero formador de complejos (KMX) presenta con cationes divalentes y/o de valencias superiores una entalpía de enlace libre inferior a \DeltaG = - 35 KJ/mol.

5. Sensor (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que como monómero formador de complejos (KMX) para el copolímero (14) se utiliza ácido acrílico, ácido {[4-acriloil-amino-2-(bis-carboxi-metil-amino)-fenil]-carboxi-metil-amino}-acético, ácido {[4-acriloil-amino-2-(bis-carboxi-metil-amino)-ciclohexil]-carboxi-metil-amino}-acético, ácido ({2-[acriloil-(2-dicarboxi-metilamino-etil)-amino]-etil}-carboximetil-amino)-acético, ácido [({acriloil-[(dicarboximetil-amino)-metil]-amino}-metil)-carboximetil-amino]-acético, ácido metacrílico, acrilato orgánico, metacrilato orgánico, ácido cinámico o un derivado de ácido cinámico.

6. Sensor (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el copolímero (14) presenta una masa molecular media en el intervalo entre 40.000 y 200.000.

7. Sensor (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el copolímero (14) en cuanto a su contenido de grupos ácido carboxílico y/o su tipo se adapta a un intervalo de medición prefijado para la fuerza iónica de los cationes divalentes y/o de valencias superiores.

8. Sensor (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las hebras poliméricas individuales del copolímero (14) están reticuladas para formar una macromolécula, presentando la macromolécula una masa molecular superior a 2.000.000.

9. Sensor (1) según la reivindicación 8, en el que las hebras poliméricas individuales del copolímero (14) están reticuladas mediante divinilbenceno o butadienos sustituidos.

10. Sensor (1) según la reivindicación 8, en el que las hebras poliméricas individuales del copolímero (14) están reticuladas mediante puentes de polioxietileno terminados en amina, compuestos aromáticos sustituidos con puentes de polioxietileno terminados en amina, poliiminas terminadas en amina, hidrocarburos alifáticos terminados en amina y/o hidrocarburos alifáticos aromáticos terminados en amina.

11. Sensor (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la membrana (18) es permeable para cationes divalentes y/o de valencias superiores.

12. Sensor (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que una fuente de luz (4) y un detector de luz (6) están asociados a la unidad de sensor (8) para evaluar las propiedades ópticas del copolímero (14).

13. Sensor (1) según la reivindicación 14, en el que la fuente de luz (4) está configurada con una longitud de onda o un intervalo de longitud de onda en el intervalo de 300 nm a 500 nm.

14. Sensor (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el copolímero (14) está rodeado de un polímero que tampona el valor de pH de la disolución acuosa del copolímero (14).

15. Sensor (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que un sistema de monitorización del medio (22) con un sensor de pH (24) y una unidad de alimentación (26) para un medio alimentación (28) está asociado a la unidad de sensor (8).

16. Sensor (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la unidad de sensor (8) está provista de un elemento de calefacción (30) y un sensor de temperatura (32).

17. Procedimiento para determinar la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores, en el que se determina un grado de transmisión óptica de una unidad de sensor (8) provista de un copolímero (14) como material de sensor, comprendiendo el copolímero (14) N-isopropil-acrilamida (NIPAM) y un monómero formador de complejos (KMX) con al menos un grupo ácido carboxílico y cumpliendo la fórmula general NIPAM_{m}KMX_{n} con
m \geq 1 y n \geq 1, y estando el copolímero (14) contenido en la unidad de sensor (8) en un espacio de medición rodeado de una membrana en disolución acuosa con un valor de pH de aproximadamente 6 a 8.

18. Uso de un sensor (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 para determinar la fuerza iónica de cationes divalentes y/o de valencias superiores.

19. Uso de un sensor (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 como sensor de dureza del agua.