ES1281109U - DEVICE FOR DETECTION OF FORMALDEHYDE - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de detección "in situ" de formaldehido en fase gas, que comprende los reactivos: - una beta-ariletilamina primaria que tiene grupos alcoxi, grupos hidroxilo o combinaciones de ambos en posiciones 3 y 4, - un amino ácido glicina y - un azúcar reductor dispuestos sobre un soporte de un material, seleccionado entre papel, un polímero hidrofóbico, un polímero hidrofílico, metal, vidrio y plástico.An "in situ" detection device for formaldehyde in the gas phase, comprising the reagents: - a primary beta-arylethylamine having alkoxy groups, hydroxyl groups or combinations of both in positions 3 and 4, - an amino acid glycine and - a reducing sugar arranged on a support of a material, selected from paper, a hydrophobic polymer, a hydrophilic polymer, metal, glass and plastic.
Description
Dispositivo para la detección de formaldehídoDevice for the detection of formaldehyde
SECTOR DE LA TÉCNICATECHNICAL SECTOR
Esta invención se encuadra en el sector técnico de los dispositivos de análisis de sustancias mediante el uso de indicadores químicos y por medios ópticos, concretamente la detección de formaldehído por colorimetría o fluorescencia.This invention falls within the technical field of substance analysis devices through the use of chemical indicators and by optical means, specifically the detection of formaldehyde by colorimetry or fluorescence.
ESTADO DE LA TÉCNICASTATE OF THE ART
El formaldehído es uno de los compuestos orgánicos básicos más importantes de la industria química. El grupo español ERCROS produce del orden de 788.000 toneladas al año y BASF 500.000 toneladas al año. Se utiliza en la producción de diversos productos, desde medicamentos hasta melamina, baquelita, etc.Formaldehyde is one of the most important basic organic compounds in the chemical industry. The Spanish group ERCROS produces around 788,000 tons per year and BASF 500,000 tons per year. It is used in the production of various products, from medicines to melamine, bakelite, etc.
Dado que la normativa de prevención de riesgos es cada vez más restrictiva en cuánto a la dosis diaria y los niveles máximos de exposición a formaldehído, por parte de las empresas en las que se utiliza formaldehído existe una demanda creciente en el desarrollo de nuevos sensores para la detección de este compuesto.Given that the risk prevention regulations are increasingly restrictive in terms of the daily dose and the maximum levels of exposure to formaldehyde, there is a growing demand from the companies in which formaldehyde is used in the development of new sensors for the detection of this compound.
En los últimos años el uso de quimiodosímetros, cromógenicos o fluorogénicos para la detección de especies neutras ha experimentado un enorme desarrollo. El enfoque quimiodosimétrico en el diseño de sistemas de detección presenta varias ventajas siendo la selectividad la más importante.In recent years the use of chemodosimeters, chromogenic or fluorogenic for the detection of neutral species has undergone enormous development. The chemodosimetric approach in the design of detection systems has several advantages, selectivity being the most important.
En este método quimiodosimétrico, la sonda debe diseñarse de tal manera que una reacción química con el analito dé lugar a cambios observables en sus propiedades fotofísicas. Estos métodos se basan en una reacción química con el analito que da lugar a cambios observables. Para ser útil en el proceso de detección la reacción tiene que tener lugar rápidamente, debe presentar selectividad respecto al analito estudiado y es importante que se produzca bajo condiciones suaves.In this chemodosimetric method, the probe must be designed in such a way that a chemical reaction with the analyte results in observable changes in its photophysical properties. These methods are based on a chemical reaction with the analyte that results in observable changes. To be useful in the detection process, the reaction must take place rapidly, it must be selectivity for the analyte under study, and it is important that it occurs under mild conditions.
Es sabido que la exposición a cantidades de formaldehído de 10 a 20 ppm produce irritación casi inmediata de los ojos y una sensación de quemazón aguda en la nariz y la garganta que puede estar asociada con estornudos, tos y dificultad para respirar profundamente. La recuperación de estos efectos transitorios es rápida. Sin embargo, la exposición de 5 a 10 minutos a 50 a 100 ppm puede causar lesiones permanentes graves en los conductos respiratorios inferiores. Además, es bien conocido que el formaldehído tiene un efecto tóxico sobre el sistema nervioso y presenta características carcinógenas. Por otra parte, el formaldehído es un agente químico ampliamente utilizado. Se genera, por ejemplo, a partir de materiales de construcción como productos de madera prensada (sobre todo a partir de resinas adhesivas) o tableros de fibra o madera contrachapada. Se usa también como aditivo para prensa permanente, ingrediente en colas y conservante en laboratorios médicos como líquido de embalsamamiento y esterilizador. El formaldehído es también un subproducto de la combustión (humo de cigarrillos, aparatos que queman combustible y calefactores de queroseno) y, por consiguiente, se puede encontrar en concentraciones significativas y en diversos entornos.Exposure to amounts of formaldehyde of 10 to 20 ppm is known to cause almost immediate irritation to the eyes and a sharp burning sensation in the nose and throat that may be associated with sneezing, coughing, and difficulty breathing deeply. Recovery from these transitory effects is rapid. However, exposure for 5 to 10 minutes at 50 to 100 ppm can cause serious permanent injury to the lower respiratory tract. Furthermore, it is well known that formaldehyde has a toxic effect on the nervous system and has characteristics carcinogenic. On the other hand, formaldehyde is a widely used chemical agent. It is generated, for example, from building materials such as pressed wood products (mainly from adhesive resins) or fibreboard or plywood. It is also used as an additive for permanent press, an ingredient in glues and a preservative in medical laboratories as an embalming liquid and a sterilizer. Formaldehyde is also a by-product of combustion (cigarette smoke, fuel-burning appliances, and kerosene heaters) and can therefore be found in significant concentrations and in a variety of environments.
La detección del formaldehído suele realizarse utilizando diferentes técnicas como la espectrofotometría, HPLC, espectroscopía de fluorescencia inducida por láser, electroforesis capilar, conductimetría, y biosensores basados en enzimas. Dichos métodos, aunque presentan límites de detección extraordinariamente bajos, implican instrumentación cara y necesidad de personal experimentado para llevar a cabo las medidas. Además, en el caso de las reacciones enzimáticas existe un problema adicional procedente de la falta de estabilidad de este tipo de sensores.The detection of formaldehyde is usually carried out using different techniques such as spectrophotometry, HPLC, laser-induced fluorescence spectroscopy, capillary electrophoresis, conductimetry, and enzyme-based biosensors. These methods, although they present extraordinarily low detection limits, involve expensive instrumentation and the need for experienced personnel to carry out the measurements. Furthermore, in the case of enzymatic reactions, there is an additional problem arising from the lack of stability of this type of sensor.
A diferencia de estos, los métodos ópticos muestran ciertas ventajas tales como simplicidad operacional, portabilidad o posibilidad de monitorización en tiempo real. Unlike these, optical methods show certain advantages such as operational simplicity, portability or the possibility of real-time monitoring.
La detección del formaldehído realizada hasta ahora usando métodos ópticos se ha basado en el uso de reacciones lentas que requieren condiciones elevadas de temperatura para producirse.Detection of formaldehyde carried out so far using optical methods has been based on the use of slow reactions that require elevated temperature conditions to occur.
También se ha hecho uso de reacciones de derivatización para convertir el analito en otro compuesto susceptible de ser estudiado por distintas técnicas instrumentales. El empleo de técnicas espectrofotométricas más simples como puede ser el ultravioleta o la fluorescencia, en general requiere una derivatización previa como ocurre en el método del ácido cromotrópico (ácido 4,5-dihidroxinalftaleno-2,7-disulfónico). El documento DE 19600762 describe un dispositivo para determinar formaldehído en la superficie de muebles o en paredes usando ácido cromotrópico, por tanto mediante una reacción diferente a la presente invención, con lo que presenta otros interferentes, velocidades de reacción y respuesta distintas a las que se consiguen con el dispositivo de la presente invención.Derivatization reactions have also been used to convert the analyte into another compound that can be studied by different instrumental techniques. The use of simpler spectrophotometric techniques such as ultraviolet or fluorescence generally requires prior derivatization, as occurs in the chromotropic acid method (4,5-dihydroxynaphthalene-2,7-disulfonic acid). Document DE 19600762 describes a device for determining formaldehyde on the surface of furniture or on walls using chromotropic acid, therefore by means of a different reaction to the present invention, with which it presents other interferents, reaction rates and responses different from those used achieved with the device of the present invention.
Se han usado en otros casos agentes de derivatización como la 2,4-dinitrofenilhidracina, fenilaminas o diaminas (como la p-fenilenodiamina). Derivatizing agents such as 2,4-dinitrophenylhydrazine, phenylamines or diamines (such as p-phenylenediamine) have been used in other cases.
El brillant cresyl blue, nombre comercial de una mezcla de dos aminas aromáticas, se ha empleado también en la detección de formaldehído. El mayor inconveniente de este reactivo es que los compuestos son aminas aromáticas con el consiguiente peligro que ello entraña. Brilliant cresyl blue, a trade name for a mixture of two aromatic amines, has also been used in the detection of formaldehyde. The major drawback of this reagent is that the compounds are aromatic amines with the consequent danger that this entails.
Otras técnicas se basan en el empleo de la reacción de Hantzsch que conduce a la obtención de un compuesto ligeramente coloreado. Basado en la reacción de Hantzsch se ha comercializado, con el nombre Fluoral P, la 4-amino-3-penten-2-ona para la detección de formaldehído sometiendo al compuesto a una serie de modificaciones para facilitar su uso. El estudio del impacto medioambiental de este compuesto no se ha realizado por lo que su potencial contaminante es desconocido.Other techniques are based on the use of the Hantzsch reaction which leads to obtaining a slightly colored compound. Based on the Hantzsch reaction, 4-amino-3-penten-2-one has been marketed under the name Fluoral P for the detection of formaldehyde, subjecting the compound to a series of modifications to facilitate its use. The study of the environmental impact of this compound has not been carried out so its contaminating potential is unknown.
Hay descritos en la bibliografía algunos dosímetros colorimétricos que permiten una detección visual de formaldehído a través de diversas reacciones químicas con límites de detección del orden de los del procedimiento descrito en la presente invención. Así, se ha empleado con frecuencia como quimiodosímetros el amino-3-hydrazino-5-mercapto-1,2,4-triazol comercializado como Purpald ®. Este compuesto se usa en unión a ZnO, KIO4 y agar. El artículo Journal Environmental Technology [1] divulga un procedimiento de detección de formaldehído basado en estos reactivos. La detección según Journal Environmental Technology se puede hacer a simple vista, sin necesidad de emplear ningún instrumento de medida y existen dispositivos que permiten doble detección. La desventaja del procedimiento divulgado en este artículo en relación con el utilizado en el dispositivo de la presente invención radica en la mayor peligrosidad del mismo tanto desde el punto de vista personal como desde el medioambiental. Por una parte, el compuesto orgánico empleado es inflamable incluso en estado sólido y por otra parte el peryodato potásico es un oxidante fuerte que puede reaccionar con numerosos compuestos orgánicos.Some colorimetric dosimeters are described in the literature that allow visual detection of formaldehyde through various chemical reactions with detection limits on the order of those of the method described in the present invention. Thus, amino-3-hydrazino-5-mercapto-1,2,4-triazole marketed as Purpald ® has frequently been used as chemodosimeters. This compound is used in conjunction with ZnO, KIO4, and agar. The Journal Environmental Technology article [1] discloses a formaldehyde detection procedure based on these reagents. Detection according to Journal Environmental Technology can be done with the naked eye, without the need to use any measuring instrument and there are devices that allow double detection. The disadvantage of the method disclosed in this article in relation to that used in the device of the present invention lies in its greater danger from both a personal and environmental point of view. On the one hand, the organic compound used is flammable even in the solid state, and on the other hand, potassium periodate is a strong oxidant that can react with numerous organic compounds.
La reacción de Pictet-Spengler de catecolaminas primarias con formaldehído seguida de una deshidrogenación para generar las 3,4-dihidroisoquinolinas correspondientes, se ha utilizado para la diferenciación histoquímica de monoaminas biógenas (dopamina o noradrenalina) mediante microscopía de fluorescencia, según se describe en [2]. Sin embargo en esta referencia la reacción sólo funciona en solución a diferencia de lo que ocurre en la presente invención, pues las aminas no son volátiles y es el formaldehído el reactivo que se dispone sobre el soporte para la detección de aminas. Tampoco aparece ninguna información ni sugerencia acerca del posible uso de la reacción para la detección de formaldehído. The Pictet-Spengler reaction of primary catecholamines with formaldehyde followed by dehydrogenation to generate the corresponding 3,4-dihydroisoquinolines, has been used for the histochemical differentiation of biogenic monoamines (dopamine or norepinephrine) by fluorescence microscopy, as described in [ 2]. However, in this reference, the reaction only works in solution, unlike what happens in the present invention, since amines are not volatile and formaldehyde is the reagent that is available on the support for the detection of amines. There is also no information or suggestion about the possible use of the reaction for the detection of formaldehyde.
El documento [3] describe un procedimiento de detección de formaldehído a través de la formación de nanotubos de polidopamina a partir de dopamina y utilizando un patrón de ZnO. Los límites de detección alcanzados son más bajos de 100 ppb. Aunque estos sensores se preparan a partir de dopamina, sin embargo, la detección no se hace a simple vista sino que necesita métodos instrumentales. El documento [3] también divulga la posibilidad de utilizar sílice mesoporosa SBA-15 y otras nanoestructuras como ZIF en algunos procedimientos de detección de sustancias.Document [3] describes a procedure for the detection of formaldehyde through the formation of polidopamine nanotubes from dopamine and using a ZnO standard. The detection limits reached are lower than 100 ppb. Although these sensors are prepared from dopamine, however, the detection is not done with the naked eye but requires instrumental methods. Document [3] also discloses the possibility of using SBA-15 mesoporous silica and other nanostructures such as ZIF in some substance detection procedures.
El método descrito en US4438206A comprende detectar el formaldehído en presencia de albúmina, por fluorescencia de la sustancia formada por reacción de una solución que contiene formaldehído con acetilcetona. Este método presenta una buena sensibilidad pero para su empleo es necesario preparar el reactivo que dará lugar a los cambios de color y además las medidas se realizan siempre en disolución y no aparece ninguna indicación sobre su posible uso en fase gas.The method described in US4438206A comprises detecting formaldehyde in the presence of albumin, by fluorescence of the substance formed by reacting a solution containing formaldehyde with acetyl ketone. This method has a good sensitivity, but for its use it is necessary to prepare the reagent that will give rise to the color changes and also the measurements are always carried out in solution and there is no indication about its possible use in the gas phase.
El documento US20040197225 A1 divulga un sensor de formaldehído que contiene sílica gel como soporte. La reacción en la que se basa es la reacción de Hantzsch usando la 4-amino-3-penten-2-ona, diferente de la que es utilizada en la presente invención. A diferencia de lo divulgado en US20040197225A1, la presente invención emplea la reacción de Pictet-Spengler y solo necesita un escáner para realizar la cuantificación. Además, el impacto medioambiental de la 4-amino-3-penten-2-one utilizada en el documento US20040197225A1, no ha sido todavía evaluado.US20040197225 A1 discloses a formaldehyde sensor containing silica gel as a support. The reaction on which it is based is the Hantzsch reaction using 4-amino-3-penten-2-one, different from that used in the present invention. Unlike what is disclosed in US20040197225A1, the present invention uses the Pictet-Spengler reaction and only needs a scanner to perform the quantification. Furthermore, the environmental impact of the 4-amino-3-penten-2-one used in US20040197225A1 has not yet been evaluated.
Según el documento US4511658 el límite de detección alcanzado es bueno pero el empleo de amino-3-hidrazino-5-mercapto-1,2,4-triazol como compuesto orgánico hace que sea más peligroso que el procedimiento que utiliza el dispositivo de la presente invención.According to document US4511658 the detection limit reached is good but the use of amino-3-hydrazino-5-mercapto-1,2,4-triazole as an organic compound makes it more dangerous than the procedure that uses the present device invention.
La reacción de Pictet Spengler en la que se basa el dispositivo de la invención, se había descrito para la detección de catecolaminas con algunos ajustes para dar estabilidad. Y aunque se ha divulgado - documento [3] - el uso de sílice mesoporosa funcionalizada, y de nanotubos de ZnO como soporte para reacciones de detección de formaldehído, no hay ningún dato sobre la posibilidad de que la reacción pueda dar lugar a un dispositivo capaz de detectar formaldehído a simple vista y de alcanzar límites de detección de 2 ppm cómo se describe en la presente invención.The Pictet Spengler reaction on which the device of the invention is based, had been described for the detection of catecholamines with some adjustments to give stability. And although it has been disclosed - document [3] - the use of functionalized mesoporous silica, and ZnO nanotubes as support for formaldehyde detection reactions, there is no data on the possibility that the reaction could give rise to a device capable of to detect formaldehyde with the naked eye and to reach detection limits of 2 ppm as described in the present invention.
Se han encontrado otras reacciones para detección de formaldehído soportadas en sílice [3] pero presentan más de una etapa, presentan inestabilidad y/o necesitan técnicas de detección diferentes y más complejas. Se ha encontrado un documento que divulga detección de formaldehído por doble vía pero basado en un sistema totalmente diferente y menos respetuoso con el ambiente.Other reactions for the detection of formaldehyde supported on silica have been found [3] but they present more than one stage, present instability and / or require different and more complex detection techniques. A document was found that discloses two-way formaldehyde detection based on a totally different and less environmentally friendly system.
Por tanto, aunque la reacción que se utiliza en el procedimiento de la presente invención era conocida [2], y [3] divulga un sensor que se basa en una reacción soportada similar, la ventaja técnica de la presente invención es que se ha conseguido soportar la reacción en un material de manera que se puede detectar formaldehído por doble vía, dando lugar a un sensor respetuoso con el medioambiente, sencillo, que permite la lectura a simple vista.Therefore, although the reaction used in the process of the present invention was known [2], and [3] discloses a sensor that is based on a similar supported reaction, the technical advantage of the present invention is that it has been achieved withstand the reaction in a material so that formaldehyde can be detected in two ways, resulting in a simple, environmentally friendly sensor that allows reading with the naked eye.
Teniendo en cuenta los sistemas presentes en el mercado, el diseño de pruebas sencillas para la detección de formaldehído con la selectividad y sensibilidad adecuadas y que sean respetuosas con el medio ambiente es un desarrollo necesario.Taking into account the systems present in the market, the design of simple tests for the detection of formaldehyde with the appropriate selectivity and sensitivity and that are respectful with the environment is a necessary development.
En la presente invención se lleva a cabo la detección con un dispositivo a través de una reacción conocida en sí misma, pero que se produce directamente sobre la superficie de un soporte tal como la sílice y que por lo tanto no requiere disolvente. El proceso es en una etapa y se produce a temperatura ambiente y en tiempos cortos, en condiciones ambientales respetuosas, de forma fácil y con buenos límites de detección. Además, la invención permite medir la cantidad de formaldehído a través de dos canales.In the present invention, detection is carried out with a device through a reaction known per se, but which occurs directly on the surface of a support such as silica and therefore does not require a solvent. The process is in one stage and is produced at room temperature and in short times, in respectful environmental conditions, easily and with good detection limits. Furthermore, the invention makes it possible to measure the amount of formaldehyde through two channels.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a un dispositivo de detección "in situ” de formaldehído en fase gas.The present invention relates to an "in situ" detection device for formaldehyde in the gas phase.
En el dispositivo de detección de formaldehído en fase gas que permite llevar a cabo:In the gas phase formaldehyde detection device that allows to carry out:
a) una reacción de Pictet-Spengler de una beta-ariletilamina primaria que tiene grupos alcoxi, grupos hidroxilo o combinaciones de ambos en posiciones 3 y 4, con formaldehídoa) a Pictet-Spengler reaction of a primary beta-arylethylamine having alkoxy groups, hydroxyl groups or combinations of both in positions 3 and 4, with formaldehyde
b) una deshidrogenación del producto obtenido en dicha reacción en presencia de un amino ácido y un azúcar reductor,b) a dehydrogenation of the product obtained in said reaction in the presence of an amino acid and a reducing sugar,
de forma que a) y b) se producen en una sola etapa sobre un soporte de carácter ácido, en ausencia de disolvente,so that a) and b) are produced in a single stage on an acidic support, in the absence of solvent,
c) y la detección del producto final.c) and the detection of the final product.
Más concretamente, la invención se refiere a un dispositivo de detección "in situ” de formaldehído en fase gas, que comprende los reactivos: More specifically, the invention relates to an "in situ" detection device for formaldehyde in the gas phase, comprising the reagents:
- una beta-ariletilamina primaria que tiene grupos alcoxi, grupos hidroxilo o combinaciones de ambos en posiciones 3 y 4,- a primary beta-arylethylamine having alkoxy groups, hydroxyl groups or combinations of both in positions 3 and 4,
- un amino ácido glicina y- an amino acid glycine and
- un azúcar reductor- a reducing sugar
dispuestos sobre un soporte de un material, seleccionado entre papel, un polímero hidrofóbico, un polímero hidrofílico, metal, tal como una placa de aluminio, vidrio, plástico, preferentemente, de gel de sílice, a su vez dispuesto sobre una placa de aluminio.arranged on a support of a material, selected from paper, a hydrophobic polymer, a hydrophilic polymer, metal, such as an aluminum plate, glass, plastic, preferably silica gel, in turn arranged on an aluminum plate.
Las beta-ariletilaminas que reaccionan con formaldehído son las que tienen en posiciones 3 y 4 grupos alcoxi, en general o grupos hidroxilo. Todas originan productos fluorescentes pero la mayor fluorescencia se produce cuando en posición 3 hay un hidroxilo.The beta-arylethylamines that react with formaldehyde are those that have alkoxy groups in positions 3 and 4, in general or hydroxyl groups. They all cause fluorescent products, but the greatest fluorescence occurs when there is a hydroxyl in position 3.
Los grupos alcoxi pueden ser, por ejemplo: etoxi, metoxi, propoxi, butoxi, y preferentemente son grupos metoxi.The alkoxy groups can be, for example: ethoxy, methoxy, propoxy, butoxy, and are preferably methoxy groups.
La beta-ariletilamina puede ser, por ejemplo, una 3,4-dialcoxiariletilamina o 4-alcoxi-3-hidroxiariletilamina, 3,4-dihidroxiariletilamina, y según realizaciones particulares preferentes es una catecolamina o 3,4-dihidroxiariletilamina, de modo más preferente aún es 3,4-dihidroxifeniletilamina o dopamina.The beta-arylethylamine can be, for example, a 3,4-dialkoxyarylethylamine or 4-alkoxy-3-hydroxyarylethylamine, 3,4-dihydroxyarylethylamine, and according to particular preferred embodiments it is a catecholamine or 3,4-dihydroxyarylethylamine, more preferably it is still 3,4-dihydroxyphenylethylamine or dopamine.
El anillo aromático puede tener sustituyentes adicionales tales como grupos alquilo, alcoxi, hidroxilos, halógenos, pero preferentemente es un anillo sustituido sólo en las posiciones 3 y 4 con grupos alcoxi o hidroxilo.The aromatic ring may have additional substituents such as alkyl, alkoxy, hydroxyl, halogen groups, but is preferably a ring substituted only in the 3- and 4-positions with alkoxy or hydroxyl groups.
La cadena alquílica de la beta-ariletilamina puede tener sustituyentes tales como grupos alquilo, alcoxi, hidroxilos, halógenos, pero preferentemente no los tiene o son sustituyentes poco voluminosos.The alkyl chain of beta-arylethylamine can have substituents such as alkyl, alkoxy, hydroxyl, halogen groups, but preferably it does not have them or they are not very bulky substituents.
La reacción de deshidrogenación genera el doble enlace en el heterociclo resultante de la reacción i) y esa reacción es la que lo convierte en fluorescente.The dehydrogenation reaction generates the double bond in the heterocycle resulting from reaction i) and that reaction is what makes it fluorescent.
La detección del producto final puede ser colorimétrica o fluorescente.Final product detection can be colorimetric or fluorescent.
Según realizaciones preferentes, la invención se refiere a un dispositivo de detección "in situ” de formaldehído en fase gas, que comprende los reactivos:According to preferred embodiments, the invention refers to an "in situ" detection device for formaldehyde in the gas phase, comprising the reagents:
- dopamina- dopamine
- el amino ácido glicina y- the amino acid glycine and
- sacarosa- sucrose
dispuestos sobre un soporte de gel de sílice, a su vez dispuesto sobre una placa de aluminio. arranged on a silica gel support, in turn arranged on an aluminum plate.
Cuando la catecolamina es la dopamina, el esquema de las reacciones es el siguiente:When catecholamine is dopamine, the reaction scheme is as follows:
La presente invención se refiere a una sonda o dispositivo de detección in situ de formaldehído.The present invention relates to a formaldehyde in situ detection probe or device.
Por lo tanto el dispositivo comprende los reactivos necesarios para llevar a cabo la reacción de Pictet-Spengler con formaldehído sobre un soporte con carácter ácido, tal como un soporte de sílice y en ausencia de disolvente.Therefore, the device comprises the reagents necessary to carry out the Pictet-Spengler reaction with formaldehyde on an acidic support, such as a silica support, and in the absence of solvent.
Según realizaciones particulares del dispositivo, el soporte tiene los reactivos dispuestos sobre un material base que puede ser por ejemplo, una placa de aluminio recubierta del soporte, tal como gel de sílice.According to particular embodiments of the device, the support has the reagents arranged on a base material that can be, for example, an aluminum plate coated with the support, such as silica gel.
Los cambios de color se observan a simple vista y los de fluorescencia se detectan con una lámpara manual que no tiene por qué ir unida al dispositivo.Color changes are observed with the naked eye and fluorescence changes are detected with a manual lamp that does not have to be attached to the device.
El dispositivo de la invención se puede usar para la detección in situ de formaldehído en atmósferas contaminadas.The device of the invention can be used for the in situ detection of formaldehyde in contaminated atmospheres.
El dispositivo es capaz de actuar como sensor pasivo colorimétrico y fluorescente para la detección de formaldehído en tiempo real.The device is capable of acting as a passive colorimetric and fluorescent sensor for the detection of formaldehyde in real time.
Los reactivos, se utilizan en la proporción aproximada de 20:5:1 de betaariletilamina:amino ácido:azúcar reductor.The reagents are used in the approximate ratio of 20: 5: 1 of betaarylethylamine: amino acid: reducing sugar.
Según realizaciones particulares, el dispositivo comprende una mezcla de tres productos comerciales soportados (dopamina, glicina y sacarosa) sobre una placa de aluminio recubierta con gel de sílice. Las concentraciones de estos reactivos se utilizan en la proporción 20:5:1 de dopamina:glicina:sacarosa. El mecanismo de generación de la señal es una reacción de ciclación directa, fácil, reproducible y permite obtener un dispositivo estable en condiciones normales.According to particular embodiments, the device comprises a mixture of three commercial products supported (dopamine, glycine and sucrose) on an aluminum plate coated with silica gel. The concentrations of these reagents are used in the 20: 5: 1 ratio of dopamine: glycine: sucrose. The signal generation mechanism is a direct, easy, reproducible cyclization reaction and allows a stable device to be obtained under normal conditions.
En estas condiciones se puede determinar la concentración de formaldehído hasta niveles por debajo de 2 ppm mediante una doble vía: cambio de color y emisión de fluorescencia dando lugar a dispositivos con tiempos de reacción cortos y alta sensibilidad. Under these conditions, the formaldehyde concentration can be determined down to levels below 2 ppm through a double path: color change and fluorescence emission, giving rise to devices with short reaction times and high sensitivity.
Realizaciones preferentes del dispositivo comprenden una tira reactiva que contiene los diferentes componentes del sistema de detección para la detección colorimétrica.Preferred embodiments of the device comprise a test strip that contains the different components of the detection system for colorimetric detection.
El dispositivo ofrece un doble canal de medida ya que da lugar a cambios en color, lo que permite la detección en tiempo real y a simple vista, sin necesidad de emplear ningún instrumento de medida y a cambios de sus propiedades fluorescentes cuya observación a simple vista requiere del uso de una lámpara de mano de ultravioleta. The device offers a double measurement channel since it gives rise to changes in color, which allows detection in real time and with the naked eye, without the need to use any measuring instrument and changes in its fluorescent properties whose observation with the naked eye requires the use of an ultraviolet hand lamp.
El dispositivo de detección de formaldehído se puede usar en la industria del sector del mueble. Por otra parte, el dispositivo no sólo puede servir para la determinación de la emisión de los tableros sino como un sistema de protección personal ya que la señal, al ser acumulativa, se podrá emplear para determinar los tiempos máximos de permanencia de los trabajadores en un ambiente contaminado. También se puede usar el dispositivo en la industria de la automoción, en particular para las tapicerías, o en centros hospitalarios.The formaldehyde detection device can be used in the furniture industry. On the other hand, the device can not only serve to determine the emission of the boards but also as a personal protection system since the signal, being cumulative, can be used to determine the maximum time of permanence of the workers in a polluted environment. The device can also be used in the automotive industry, particularly for upholstery, or in hospitals.
El dispositivo de detección de formaldehído en fase gas se puede usar:The gas phase formaldehyde detection device can be used:
- como sensor de formaldehído portátil, para uso, en la industria del mueble (hay prevista la aparición de una nueva normativa europea que regula de forma estricta los límites de emisión de formaldehído por parte de los tableros de madera)- As a portable formaldehyde sensor, for use in the furniture industry (a new European regulation is foreseen that strictly regulates the emission limits of formaldehyde from wooden boards)
- como sensor de formaldehído en el entorno sanitario donde los valores de este contaminante en el ambiente pueden superar los establecidos como niveles de riesgo laboral- As a formaldehyde sensor in the healthcare environment where the values of this pollutant in the environment can exceed those established as occupational risk levels
- a nivel doméstico se puede comercializar para controlar la contaminación en dichos entornos, fundamentalmente en entornos dónde haya niños o personas con una especial sensibilidad a este compuesto.- At the domestic level, it can be marketed to control contamination in these environments, mainly in environments where there are children or people with a special sensitivity to this compound.
El dispositivo desarrollado presenta las ventajas de simplicidad de operación, facilidad de lectura, es portátil y permite el diseño de sondas de un solo uso para la detección de formaldehído en fase gas de forma selectiva y con alta sensibilidad.The developed device presents the advantages of simplicity of operation, ease of reading, is portable and allows the design of single-use probes for the detection of formaldehyde in the gas phase selectively and with high sensitivity.
Las ventajas del dispositivo de la invención son:The advantages of the device of the invention are:
- se pueden emplear el dispositivo tanto para protección personal como para control de la contaminación en centros de trabajo mediante el control del dispositivo por ordenador o mediante aplicaciones para teléfono móvil,- the device can be used both for personal protection and for pollution control in workplaces by controlling the device by computer or by means of mobile phone applications,
- los compuestos que se emplean en el proceso son todos ellos poco contaminantes y la detección se lleva a cabo a temperatura ambiente y tras cortos tiempos de exposición, - the compounds used in the process are all low-polluting and detection is carried out at room temperature and after short exposure times,
- no requiere gestión de residuos, dada la naturaleza no contaminante de los componentes utilizados que son respetuosos con el medio ambiente ya que todos los componentes forman parte de los organismos biológicos y son inocuos para la fauna y la flora,- it does not require waste management, given the non-polluting nature of the components used that are respectful with the environment since all the components are part of biological organisms and are harmless for fauna and flora,
- es simple y barato, y se puede detectar formaldehído en fase gas en tiempo real, - it is simple and cheap, and gas phase formaldehyde can be detected in real time,
- la detección en fase gas permite llevar a cabo una medida acumulativa;- gas phase detection allows a cumulative measurement to be carried out;
- la medida se puede hacer por dos canales: color y fluorescencia, lo cual da robustez al método y una mayor sensibilidad,- the measurement can be done through two channels: color and fluorescence, which gives the method robustness and greater sensitivity,
- los límites de detección están por debajo de los valores establecidos en las diferentes normativas.- the detection limits are below the values established in the different regulations.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Figura 1. Muestra los cambios en el espectro UV después de la adición de formaldehído (0,9 equivalentes).Figure 1. Shows the changes in the UV spectrum after the addition of formaldehyde (0.9 equivalents).
Figura 2. Muestra el espectro de fluorescencia de un sensor y del mismo sensor en presencia de 4 equivalentes de formaldehído (Aexc=420 nm).Figure 2. Shows the fluorescence spectrum of a sensor and the same sensor in the presence of 4 equivalents of formaldehyde (Aexc = 420 nm).
Figura 3. Muestra sensores soportados sobre gel de sílice en presencia de cantidades crecientes de formaldehído en fase gas.Figure 3. Shows sensors supported on silica gel in the presence of increasing amounts of formaldehyde in the gas phase.
Figura 4. Respuesta del dispositivo en presencia de cantidades crecientes de formaldehído gas.Figure 4. Response of the device in the presence of increasing amounts of formaldehyde gas.
EJEMPLOSEXAMPLES
Ejemplo 1Example 1
Dispositivo para detección de formaldehído en fase gasDevice for the detection of formaldehyde in gas phase
Preparación del dispositivoDevice Preparation
Se disuelven en agua desionizada 100 mg de dopamina, 25 mg de sacarosa y 5 mg de glicina. Una vez disueltos todos los reactivos y con la disolución homogenizada, se sumerge una placa de gel de sílice en el interior de dicha disolución. A continuación, se deja secar la placa de gel de sílice al aire y una vez seca, está lista para utilizarse. Si en vez de emplear agua desionizada, se emplea un tampón de fosfato a pH 7,5 los resultados son prácticamente los mismos.100 mg of dopamine, 25 mg of sucrose and 5 mg of glycine are dissolved in deionized water. Once all the reagents have been dissolved and with the solution homogenized, a silica gel plate is immersed inside said solution. The silica gel plate is then allowed to air dry and is ready to use once dry. If in Instead of using deionized water, a phosphate buffer at pH 7.5 is used, the results are practically the same.
Las concentraciones utilizadas en el ejemplo son las mínimas para alcanzar ese límite de detección. A concentraciones menores no se vería el cambio con esos valores de analito. Concentraciones mayores se pueden usar manteniendo la relación de los componentes pero encarecerían la detección por ello se han hecho los estudios a las concentraciones indicadas.The concentrations used in the example are the minimum to reach that detection limit. At lower concentrations the change would not be seen with those analyte values. Higher concentrations can be used while maintaining the ratio of the components but would make detection more expensive, therefore studies have been done at the indicated concentrations.
ConservaciónConservation
Almacenando las placas de gel de sílice expuestas a las condiciones ambientales (aire, luz, etc.) mantienen su actividad sensora durante 2 días. Si se conservan protegidas de la luz solar y en un ambiente seco y limpio, el número de días hábiles para su uso aumenta considerablemente.Storing the silica gel plates exposed to environmental conditions (air, light, etc.) they maintain their sensory activity for 2 days. If they are kept protected from sunlight and in a dry and clean environment, the number of working days for their use increases considerably.
Experimento de detecciónDetection experiment
En un matraz de fondo redondo, se deposita la fuente de formaldehído (formalina, tablero de melanina etc.) en el fondo, y suspendida unos centímetros por encima de la fuente se coloca la placa de gel de sílice (mediante un hilo o cualquier otro método), se calienta a 60 °C con lo que el formaldehído pasa a fase gas y entra en contacto con el sensor soportado sobre la placa de gel de sílice situada unos centímetros por encima, dando lugar a un cambio de color que nos revela la presencia de gas. El matraz de fondo redondo puede ser sustituido por cualquier otro recipiente. El (límite de detección) LOD en fase gaseosa fue inferior a 1,08 |jg / L. Este valor está por debajo del límite de 2 ppm durante 15 minutos aceptados por OSHA (Occupational Safety and Health Administration of USA).In a round bottom flask, the formaldehyde source (formalin, melanin board etc.) is placed at the bottom, and suspended a few centimeters above the source the silica gel plate is placed (by means of a thread or any other method), it is heated to 60 ° C whereby the formaldehyde passes into the gas phase and comes into contact with the sensor supported on the silica gel plate located a few centimeters above, giving rise to a color change that reveals the presence of gas. The round bottom flask can be substituted for any other container. The LOD (limit of detection) in the gas phase was less than 1.08 | jg / L. This value is below the limit of 2 ppm for 15 minutes accepted by OSHA (Occupational Safety and Health Administration of USA).
Ejemplo 2.Example 2.
Ejemplo de respuesta del dispositivo frente a valores de formaldehído crecientes Example of device response to increasing formaldehyde values
La evaluación de la respuesta del sensor frente a patrones gaseosos de formaldehído se realizó de la forma siguiente: En matraces de fondo redondo de 100 mL, se suspende la sonda de forma tal que no toque la pared del recipiente. Dentro de cada matraz se colocan cantidades crecientes y conocidas de formaldehído disuelto en agua y los matraces se cierran herméticamente. Los matraces se calientan a 60°C para provocar el paso del aldehído a fase gas y se mantiene la calefacción durante 5 horas para garantizar la liberación total del analito. The evaluation of the response of the sensor against gaseous formaldehyde patterns was carried out as follows: In 100 mL round bottom flasks, the probe is suspended in such a way that it does not touch the wall of the container. Known increasing amounts of formaldehyde dissolved in water are placed inside each flask and the flasks are sealed. The flasks are heated to 60 ° C to cause the passage of the aldehyde to the gas phase and the heating is maintained for 5 hours to guarantee the total release of the analyte.
BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAPHY
[1] Journal Environmental Technology, Volume 37, 2016 - Número 13 Colorimetric monitoring of formaldehyde in indoor environment using built-in camera on mobile phone, Yoshika Sekine, Risa Katori, Yuko Tsuda & Takio Kitahara,[1] Journal Environmental Technology, Volume 37, 2016 - Number 13 Colorimetric monitoring of formaldehyde in indoor environment using built-in camera on mobile phone, Yoshika Sekine, Risa Katori, Yuko Tsuda & Takio Kitahara,
[2] Acta Chemica Scandinavica 1966, 20, 2755-2762, Gosta Jonsson[2] Acta Chemica Scandinavica 1966, 20, 2755-2762, Gosta Jonsson
[3] Journal of Material Chemistry 2016, 4, 3487; Polydopamine nanotubes: bio-inspired synthesis, formaldehyde sensing properties and thermodynamic investigation; Dong Yan, Pengcheng Xu, Qun Xiang, Hongru Mou, Jiaqiang Xu, Weijia Wen, Xinxin Lic y Yuan Zhang. [3] Journal of Material Chemistry 2016, 4, 3487; Polydopamine nanotubes: bio-inspired synthesis, formaldehyde sensing properties and thermodynamic investigation; Dong Yan, Pengcheng Xu, Qun Xiang, Hongru Mou, Jiaqiang Xu, Weijia Wen, Xinxin Lic, and Yuan Zhang.
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