CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um processo de obtenção de sensor de detecção de gás sulfídrico e um objeto adicional da presente invenção é o sensor de detecção do gás sulfídrico (H2S). A presente invenção tem por objetivo detectar e/ou indicar, de forma rápida e colorimétrica a presença do gás sulfídrico (H2S).

O H ₂ S é um gás inflamável, sem cor, de sabor adocicado e com um odor característico de ovo podre. Em altas concentrações, é altamente tóxico ao ser humano, podendo levar ao óbito. Normalmente o H ₂ S é percebido de maneira olfativa quando este se apresenta em baixas concentrações no ar, variante entre 0,0005 a 0,3 partes por milhão (ppm). Entretanto, o ser humano perde a percepção olfativa em altas concentrações de H2S, o que torna o contato com este gás muito perigoso (ATSDR, 2006). O H2S pode ser gerado por várias fontes, por exemplo: em plantas de gás natural, indústrias petroquímicas, carvoarias, indústrias produtoras de papéis, indústrias manufatoras de viscose, unidades produtoras de enxofre, fundições de ferro, indústrias alimentícias e curtumes (SVENDSEN 2001 ).

Na indústria de alimentos, produtos como os vegetais enlatados (palmitos, cogumelos), alimentos minimamente processados, alimentos consumidos in natura como mel e carnes embaladas à vácuo podem ser contaminados microbiologicamente antes, durante ou depois do processamento. Em condições de anaerobiose microrganismos como Clostridium sulfito redutores produzem como metabólito o H ₂ S.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Atualmente na área de alimentos muitos sensores de frescor vêm sendo desenvolvidos, sendo, porém baseados na maioria na alteração de pH, integridade da embalagem (sensores de oxigénio) pela incorporação de pigmentos sensíveis a oxidação que tem sua cor alterada quando em contanto com oxigénio, indicadores de dióxido de carbono que têm o mesmo principio dos indicadores de pH, ou seja, tem a coloração alterada pela mudança da acidez, no documento de patente CA2499145 é ensinado um dispositivo para detecção de microrganismos em alimentos onde um indicador de pH detecta a variação da acidez provocada pela presença de um metabólito; No documento de patente CA2559708 é ensinado um dispositivo para detecção de microrganismos que também utiliza um indicador de pH (azul de bromotimol e alaranjado de metila) que sofre alteração de cor resultante da presença de dióxido de carbono oriundo do crescimento bacteriano; no documento de patente CA2590091 é ensinado um sensor para detecção de microrganismos em alimentos com indicador de pH (azul de bromotimol e vermelho de metila) acondicionada em um recipiente permeável a gases que quando em contato com dióxido de carbono sofre uma alteração de cor indicando o crescimento de microrganismos; no documento de patente DE102004019427 é ensinado um mesmo princípio dos dispositivos acima descritos, porém necessita do contato direto com o alimento para detectar possíveis contaminações. O documento de patente US7 56597 refere-se também de um indicador de contaminação microbiológica que baseia-se em reações do tipo antígeno-anticorpo acarretando em variação colorimétrica do meio indicando a presença de microrganismos.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um processo de obtenção de sensor de detecção de gás sulfídrico e um objeto adicional da presente invenção é o sensor de detecção do gás sulfídrico (H ₂ S) com indicação rápida e fácil leitura. Indicadores colorimétricos, sulfato ferroso (FeS0 ₄ ) e mioglobina, foram incorporados separadamente em uma matriz filmogênica de quitosana e aplicados nas superfícies de papeis cartão, 250g/m ² , previamente impregnados com carbonato de sódio (Na ₂ C0 ₃ ).

Um aspecto vantajoso da presente invenção é o curto tempo de detecção e facilidade de visualização perante os métodos usualmente aplicados para detecção de H ₂ S, sendo ainda na metodologia atualmente utilizada um técnico especializado e um período considerável para se obter os resultados o sensor proposto pode ser compreendido inclusive por uma criança e apresenta resultados em tempos entre 30 e 60 segundos, preferencialmente em 30 segundos.

O sensor pode ser aplicado em indústrias que utilizam ou geram o gás sulfídrico, onde podem ocorrer emissões fugitivas que, conforme a concentração, conferem riscos diversos à saúde do trabalhador. Outra aplicação seria para assegurar segurança e qualidade de produtos alimentícios.

O número de incidentes relatados tem levado ao crescimento da preocupação sobre segurança do trabalhador e a qualidade dos alimentos, por exemplo: casos de acidentes com trabalhadores em usinas petrolíferas resultantes de vazamentos de gases, acidentes com trabalhadores em silos de estocagem de cereais, palmitos e cogumelos em conserva contaminados por Clostridium sp. e mais recentemente casos de toxinfecção alimentar em crianças que consumiram mel contaminado por Clostrium sp.

Em vista disso torna-se necessário um meio confiável de detectar a presença de H ₂ S informando assim ao trabalhador se o local está seguro, e também ao consumidor se o produto alimentício apresenta qualidade e segurança para aquisição e posterior ingestão. O sensor biodegradável que está sendo proposto busca detectar uma ampla faixa de concentração do H ₂ S (>0,1 ppm) e de fácil leitura. Assim promove ao trabalhador e/ou consumidor que não tem acesso a equipamentos e testes sofisticados ou conhecimento especializado possa compreender, se o ambiente de trabalho e/ou produto é seguro.

BREVE DESCRIÇÃO DA FIGURA

Figura 1. Resposta colorimétrica do sistema papel - indicador (FeSO ) a diferentes tempos de exposição ao gás H ₂ S (a) 0; (b) 30; (c) 60; (d) 90; (e) 120; (f) 180s.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um processo de obtenção de sensor de detecção de gás sulfídrico. É um objeto adicional da presente invenção é o sensor de detecção do gás sulfídrico (H ₂ S) com indicação rápida e fácil leitura.

O dito processo de preparação do sensor biodegradável compreende as seguintes etapas:

(a) recobrimento de um papel cartão com uma solução de carbonato de cálcio;

(b) secagem do dito papel resultante da etapa (a);

(c) recobrimento do dito papel resultante da etapa (b) com uma suspensão de quitosana indicador; e

(d) secagem do papel resultante da etapa (c).

Mais especificamente o processo de preparação do dito sensor biodegradável, compreende as seguintes etapas:

(a) recobrimento de um papel cartão preferencialmente de gramatura de 250 g/m ² , com uma solução de carbonato de cálcio;

(b) secagem do dito papel resultante da etapa (a) a uma temperatura preferencial de 150 °C; (c) recobrimento do dito papel cartão resultante da etapa (b) com uma suspensão de quitosana indicador; e

(d) secagem do papel resultante da etapa (c) a uma temperatura preferencialmente de 150 °C.

A referida solução de carbonato de cálcio preferencialmente apresenta uma concentração de 4g/100g.

A dita suspensão de quitosana apresenta uma concentração preferencial de 3,33% em massa de quitosana em pó com grau de acetilação de cerca de 18%.

A referida suspensão de quitosana-indicador pode ser preparada a partir das seguintes etapas:

(a) adição de ácido acético à quitosana;

(b) homogeneização da solução obtida na etapa (a);

(c) adição preferencialmente lenta de uma solução de indicador; e

(d) homogeneização da solução resultante da etapa (c).

A referida suspensão de quitosana-indicador pode ser preparada preferencialmente a partir das seguintes etapas:

(a) adição de ácido acético à quitosana preferencialmente em pó;

(b) homogeneização da solução obtida na etapa (a) preferencialmente a uma temperatura ambiente;

(c) adição preferencialmente lenta de uma solução de indicador a ser selecionado dentre sulfato ferroso (FeS0 ₄ ) e mioglobina preferencialmente em uma concentração de 10% em massa do indicador; e

(d) homogeneização da solução resultante da etapa (c) preferencialmente por um período de 10 minutos.

É um objeto adicional da presente invenção um sensor biodegradável que compreende um papel, quitosana, carbonato de cálcio e um indicador íon de ferro selecionado dentre mioglobina ou sulfato ferroso para aplicação para como detector de ácido sulfídrico (H ₂ S). O dito sensor é preparado a partir do processo descrito anteriormente para ser aplicado na detecção de ácido sulfídrico (H ₂ S).

Indicadores colorimétricos, sulfato ferroso (FeS0 ₄ ) e mioglobina, foram incorporados separadamente em uma matriz filmogênica de quitosana e aplicados nas superfícies de papéis cartão, 250 g/m ² , previamente impregnados com carbonato de sódio (Na ₂ C0 ₃ ). A vantagem deste trabalho é o curto tempo de detecção e facilidade de visualização perante os métodos usualmente aplicados para detecção de H ₂ S, sendo ainda na metodologia atualmente utilizada um técnico especializado e um período considerável para se obter os resultados o sensor proposto pode ser compreendido inclusive por uma criança e apresenta resultados em tempos entre 30 e 60 segundos, preferencialmente em 30 segundos.

Preparo do sensor

O presente exemplo de concretização contempla o processo de obtenção de um sensor biodegradável para detecção de ácido sulfídrico (H ₂ S)., sem, no entanto, restringir o escopo de proteção e o aumento de escala da invenção.

Inicialmente, o papel cartão foi recoberto com solução de 4g/100g de carbonato de cálcio (Na ₂ C0 ₃ ) onde 3 ml_ da solução foram aplicados na superfície do papel, em seguida o papel foi seco a 150°C sendo no presente exemplo, por estufa durante um período de 90 segundos. Uma suspensão quitosana e ácido acético em proporções estequiométricas foi obtida preferencialmente a partir de uma solução 3,33% em massa de quitosana preferencialmente em pó fornecida com grau de acetilação de- cerca de 18%, calculada baseando-se na massa da amostra e no valor do grau de acetilação da quitosana para atingir a protonação de todos grupamentos NH ₂ . A solução de quitosana foi homogeneizada sob agitação, no presente exemplo sem no entanto restringir, em temperatura ambiente por um período de 50 minutos. Adicionou-se lentamente uma solução do indicador desejado selecionado dentre FeS0 ₄ e mioglobina com concentração preferencial de 10% em massa e após a completa dissolução da quitosana obteve-se uma solução final preferencial de 3% em massa de quitosana e 1 % em massa de indicador sendo mantida preferencialmente, no presente exemplo, sem no entanto restringir, sob agitação por mais 10 minutos. Adicionou-se ao dito papel cartão, por exemplo, com gramatura de 250g/m ² , a dita solução quitosana-indicador em uma razão suspensão e área de papel (volume/área) preferencialmente de 44:1 (mL/m ² ). Após esta etapa obteve-se uma cobertura final seca de 1.76g/m ² . Em seguida o produto obtido na etapa anterior passou por secagem preferencialmente 150°C por 60 segundos.

Avaliação qualitativa da sensibilidade do sistema

A resposta de detecção do indicador de H ₂ S foi medida submetendo o sistema papel - filme - indicador a diferentes tempos de exposição ao gás H ₂ S. Quinze alíquotas de 0,1 g de FeS foram pesadas e adicionadas a 20 ml_ de ácido clorídrico 1 M. Um aquecimento moderado foi aplicado para acelerar a reação. Após 4 minutos cada sensor (9,0 cm ² ) foi exposto ao H ₂ S gerado por períodos de 30, 60, 90, 120 e 180 segundos. A Figura 1 ilustra a variação de cor, em diferentes tons de preto, em função dos diferentes tempos de exposição.

Imediatamente após a exposição (aproximadamente 5 segundos) foram feitas leituras dos parâmetros de cor L ^* , a ^* e b ^* com colorímetro (CR-400, KONIKA MINOLTA), os resultados foram analisados com auxílio do software STATISTICA 5.0 e podem ser observados na Tabela 01. (As análises foram realizadas em triplicata)

Logo nos primeiros 30 segundos de exposição, a diferença de cor apresentou diferença estatisticamente significativa no parâmetro de cor L ^* , no caso deste sensor, o mais importante porque mede a variação do claro ao escuro (branco ao negro).

Tabela 01. Avaliação dos parâmetros de cor (L ^* , a ^* e b ^* ) dos sensores inteligentes mediantes diferentes tempos de exposição ao H ₂ S.

Tempo de exposição

L ^* a ^* b ^*

(s)

0 87.06±1 , 1 1 ^a 0.54±0.16 ^acd 13.73±1 , 19 ^a

30 77.23±6.42 ^b 0.88±0.26 ^a 12.17±1.18 ^a

60 66.82±5.38 ^b 0.48±0.44 ^ac 10.1 1±1.44 ^a

90 50.72±5.75 ^c -0.36±0.47 ^cef 6.16±2.36 ^b

120 48.03±1.96 ^c -0.63±0.28 ^bf 4.22±0.26 ^b

180 44.33±3.17 ^c -0.40±0.40 ^cdef 4.24±0.80 ^b a-f - Letras diferentes na mesma coluna indicam diferença significativa (p>0,05) relativamente às médias obtidas por meio de teste de Tukey.