ES2569719T3 - Métodos para controlar el crecimiento de costra o incrustación en sistemas acuosos - Google Patents
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Abstract
Un método para controlar la concentración de una composición de tratamiento de agua en un sistema acuoso, que comprende: (a) introducir en dicho sistema acuoso una composición de tratamiento de agua que comprende al menos un polímero marcado sensible al pH para proporcionar agua tratada, en el que el polímero marcado sensible al pH comprende al menos una unidad monomérica fluorescente derivada de un fluoróforo que tiene al menos un extremo terminal que comprende un grupo olefínico; (b) extraer una muestra del agua tratada; (c) medir una señal de fluorescencia de fondo del agua extraída; (d) ajustar el pH de la muestra extraída para proporcionar una muestra con pH ajustado que tiene una señal de fluorescencia potenciada; (e) medir la señal de fluorescencia potenciada; (f) determinar una concentración del polímero marcado en la muestra usando la diferencia entre las señales de fluorescencia medidas en (c) y (e) anteriores; (g) introducir una cantidad nueva de la composición de tratamiento de agua en el sistema acuoso, si la concentración del polímero marcado determinada en (f) está por debajo de un punto de consigna seleccionado, en el que la composición de tratamiento de agua controla el crecimiento de al menos un material de incrustación en el sistema acuoso.
Description
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DESCRIPCION
Metodos para controlar el crecimiento de costra o incrustacion en sistemas acuosos Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a metodos para controlar las incrustaciones en sistemas de agua industrial, u otros sistemas acuosos, usando los polfmeros indicados, y a metodos para supervisar las concentraciones de polfmeros en los sistemas.
Antecedentes de la invencion
Muchos sistemas acuosos convencionales, tal como sistemas de agua de enfriamiento industrial y otros, han usado productos de tratamiento para controlar las incrustaciones indeseables, tales como costra, corrosion y crecimiento microbiano. Los materiales de control de incrustaciones se han usado, por ejemplo, para controlar la formacion de costra u otros materiales de incrustacion sobre superficies de sustratos en contacto con el agua en el sistema. Los materiales de control de incrustaciones se han usado tambien, por ejemplo, para controlar la presencia del material de incrustacion suspendido en el agua. Los materiales de control de incrustaciones han incluido materiales organicos e inorganicos. Los polfmeros, por ejemplo, se han usado para controlar la costra y otros materiales de incrustacion en sistemas acuosos. Un polfmero de tratamiento anadido al agua de un sistema acuoso puede consumirse por una o mas razones diversas, por ejemplo puede consumirse segun realiza una funcion deseada para controlar un material de incrustacion, o puede perderse en un desague de un sistema de enfriamiento, o por otras razones. La supervision de la concentracion de un polfmero de tratamiento en el agua del sistema de aguas y la sustitucion de las cantidades perdidas de polfmero de tratamiento se ha realizado para mantener el control de las incrustaciones.
Se han usado diversos metodos analtticos para medir la cantidad de polfmero de tratamiento anadido al agua en sistemas de agua industriales. Los compuestos trazadores fluorescentes inertes (es decir, que no confieren tratamiento) y los metodos de uso de los mismos se han mostrado, por ejemplo, en las Patentes de Estados Unidos n.° 4.783.314.; 4.992.380 y 5.171.450. Otros agentes de control de incrustaciones que se han usado en sistemas de agua industriales son polfmeros marcados con una unidad de repeticion o monomero fluorescente. Como se muestra por ejemplo en la Patente de Estados Unidos n.° 5.986.030, una concentracion de un polfmero de tratamiento se ha determinado usando un fluorometro para medir la senal fluorescente de una unidad de repeticion o monomero fluorescente del mismo. Se muestran polfmeros marcados que incorporan monomeros fluorescentes de sal cuaternaria sintetizados qmmicamente, por ejemplo, en las Patentes de Estados Unidos n.° 7.179.384 B2 y 7.875.720 B2. Algunos polfmeros marcados previos han requerido smtesis qmmica tanto de los monomeros fluorescentes como de los polfmeros que incorporan estos constituyentes. Puede suponer coste adicional y complejidad de produccion si los monomeros sinteticos deben fabricarse antes de que se incorporen en los polfmeros marcados.
Los presentes investigadores han reconocido que es deseable tener un metodo para controlar el crecimiento de costra u otros materiales de incrustacion en sistemas acuosos que pueden usar polfmeros marcados, que pueden obtenerse mas facilmente sin necesidad de smtesis qmmica extensiva y/o que los polfmeros marcados pueden detectarse con precision y supervisarse en un sistema acuoso a concentraciones relativamente bajas, que son compatibles con otros agentes de tratamiento del agua, y que son respetuosos con el medio ambiente. Los presentes investigadores tambien han reconocido una necesidad de abordar un ruido de fondo e interferencia que puede afectar a la precision y consistencia de la supervision espectrofotometrica o espectrofluorometrica y la dosificacion de materiales de tratamiento de agua en el sistema acuoso que esta bajo tratamiento.
Sumario de la invencion
Una caractenstica de esta invencion es proporcionar un metodo para controlar la concentracion de un polfmero de tratamiento de agua en un sistema acuoso usando un polfmero marcado mejorado.
Para conseguir estas y otras ventajas y, de acuerdo con los fines de la presente invencion, como se encarna y describe ampliamente en el presente documento, la presente invencion se refiere a un metodo para controlar la concentracion de un polfmero de tratamiento de agua en un sistema acuoso, que comprende introducir, en el sistema acuoso, una composicion de tratamiento de agua que comprende un polfmero marcado y, opcionalmente, al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente, para proporcionar agua tratada. El polfmero marcado comprende al menos una unidad monomerica fluorescente derivada de un fluoroforo, que tiene al menos un extremo terminal que comprende un grupo olefmico. El polfmero marcado es sensible al pH. Puede extraerse una muestra del agua tratada, y el pH de la muestra extrafda puede ajustarse para proporcionar una senal de fluorescencia potenciada. La senal de fluorescencia potenciada se mide, y la concentracion del polfmero marcado en la muestra puede determinarse usando la senal de fluorescencia potenciada medida. Si se usa al menos un producto qmmico o aditivo de tratamiento de agua diferente, entonces, conociendo la proporcion del polfmero marcado introducido y al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente, puede determinarse una concentracion del producto
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qmmico de tratamiento de agua diferente, por ejemplo, a partir de la concentracion determinada del poUmero marcado. La concentracion determinada del polfmero marcado puede compararse con un punto de consigna de Ifmite inferior seleccionado y, si la concentracion determinada es menor que el punto de consigna de lfmite inferior seleccionado, la concentracion del polfmero marcado y, opcionalmente, la concentracion de al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente puede ajustarse en el sistema acuoso anadiendo una cantidad nueva de composicion de tratamiento de agua al sistema acuoso. La cantidad nueva anadida de la composicion de tratamiento de agua puede ser una cantidad que al menos cubre parcialmente la deficiencia detectada de la concentracion de la composicion de tratamiento en el sistema tratado. Esta sucesion de etapas puede repetirse cualquier numero de veces durante un periodo de supervision. Los diferentes productos qmmicos de tratamiento de agua pueden ser polimericos, no polimericos o comprender combinaciones o mezclas de ambos tipos de productos qmmicos de tratamiento. El metodo puede mantener las cantidades de la composicion de tratamiento de agua en el sistema acuoso en cantidades en las que puede interaccionar con el sistema acuoso suficientemente para controlar la acumulacion de al menos un material de incrustacion en el sistema acuoso.
Los polfmeros marcados, que se usan en el metodo de tratamiento de agua indicado u otros metodos, comprenden al menos una unidad monomerica fluorescente derivada de un fluoroforo que tiene al menos un extremo terminal que comprende un grupo olefmico y al menos una unidad monomerica diferente. El polfmero marcado es sensible al pH, de manera que al ajustar el pH, la fluorescencia del polfmero marcado puede potenciarse (por ejemplo aumentarse). El fluoroforo puede comprender, por ejemplo, quinina o un isomero de la misma, tal como quinidina. El polfmero marcado puede ser, por ejemplo, un terpolfmero o copolfmero de quinina o un isomero de la misma, con al menos un monomero diferente. El monomero diferente puede ser, por ejemplo, acrilamida, acido acnlico o sales del mismo, acidos metacnlicos o sales de los mismos, acido maleico o sales del mismo, anfndrido maleico, acido crotonico o sales del mismo, acido itaconico o sales del mismo, metacrilamida, acido 2-acrilamido-2-metilpropano (AMPS) o sales del mismo, monometacrilato de polietilenglicol, acido vinil fosfonico o sales del mismo, acidos estireno sulfonicos o sales de los mismos, acido vinil sulfonico o sales del mismo, acido 3-aliloxi-2-hidroxipropano sulfonico o sales del mismo, N-alquil-(met)acrilamida, (met)acrilato de t-butilo, (met)acrilato de N-alquilo, (met)acrilato de N-alcanol-N-alquilo, cloruro de dimetildialilamonio (DMDAAC o DADMAC), acetato de vinilo, (met)acrilato de 2-hidroxi N-alquilo, alquil vinil eter, acrilato de alcoxietilo, N-alcanol (metacrilamida, N,N-dialquil (met)acrilamida, vinil-2-pirrolidinona o cualquier monomero o monomeros con funcionalidad de doble enlace, o cualquier combinacion de los mismos.
En ciertos polfmeros se mantiene una funcionalidad hidroxilo, permitiendo asf que permanezca la sensibilidad al pH y de esta manera los polfmeros marcados se consideran sensibles al pH. Esta caractenstica difiere de los materiales previos empleados en la industria. Ajustar el pH permite la reduccion o eliminacion de la interferencia de fondo, mejorando asf la precision y exactitud con la que se supervisa la dosificacion de polfmero. Los fluoroforos que pueden usarse en este sentido incluyen, por ejemplo, quinina y quinidina. La quinina y la quinidina son productos naturales, de qmmica "verde", que tienen algun uso dietario y farmacologico aceptado. La quinina, por ejemplo, se ha usado en medicina como un producto antimalaria y tambien en la industria de los alimentos/bebidas mientras que la quinidina, por ejemplo, se ha usado como un antipiretico y depresivo de la fibrilacion cardiaca, y sus diferentes acciones farmacologicas son el resultado de sus diferentes geometnas.
El polfmero puede tener uno, dos o tres monomeros ademas del monomero fluorescente. La iniciacion por radicales libres o redox del proceso de polimerizacion incorporara la quinina (quinidina) en la estructura basica del polfmero.
La quinina o el isomero de la misma pueden usarse, por ejemplo, como un componente minoritario del polfmero y proporcionar rendimiento de fluorescencia adecuado para la supervision de un polfmero de tratamiento de agua y controlar el material de incrustacion en sistemas acuosos. La otra unidad o unidades monomericas en el polfmero marcado, en una opcion, puede tener una propiedad o efecto de control de incrustaciones, en un sistema acuoso tratado. El polfmero marcado, por ejemplo, puede ser un polfmero de supervision, un polfmero de tratamiento de agua o ambos.
La presente invencion puede aplicarse en una diversidad de sistemas acuosos y procesos, incluyendo aunque sin limitacion sistemas de agua de enfriamiento (por ejemplo sistemas de torre de enfriamiento), sistemas de agua de recirculacion tanto abiertos como cerrados, sistemas de agua para incendios, fuentes decorativas, camaras de lavado con aire, esterilizadores, sistemas de retorta, intercambiadores de calor, calderas, calderas de agua, piscinas, sistemas de agua potable, jacuzzis, sistemas de agua entrante, sistemas de agua saliente y otros sistemas de agua industriales, recreativos o residenciales.
Para los fines de este documento, "incrustacion" puede incluir la acumulacion de material no deseado sobre superficies solidas en contacto con agua de un sistema acuoso, o material suspendido en agua de un sistema acuoso o ambos. Un "material de incrustacion" puede ser, por ejemplo, una sustancia inanimada (organica o inorganica), o un organismo vivo o ambos. El material de incrustacion puede ser, por ejemplo, costra, corrosion, aceites, grasas y/o contaminantes organicos de fugas de proceso, organismos microbianos, algas, solidos suspendidos o cualquier combinacion de los mismos. El material de incrustacion puede controlarse para que sea solo una costra. El control de las incrustaciones puede usarse para prevenir o reducir la cantidad o concentracion de al menos un material de incrustacion tal como costra, en el sistema acuoso.
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El termino "control" en referencia al crecimiento de al menos un material de incrustacion puede ser, por ejemplo, la reduccion o prevencion del nuevo crecimiento o la reduccion o completa eliminacion del crecimiento existente en el sistema acuoso bajo tratamiento.
La expresion "poKmero marcado" puede hacer referencia a un polfmero fluorescente que puede detectarse con fluorometna y cuantificarse en las muestras extrafdas de una composicion o sistema que lo contienen.
Debe entenderse que tanto la descripcion general anterior como la siguiente descripcion detallada son unicamente ejemplares.
Los dibujos adjuntos, que se incorporan y constituyen una parte de esta solicitud, ilustran algunas de las caractensticas de la presente invencion y, junto con la descripcion, sirven para explicar los principios de la presente invencion.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama de flujo del proceso de un metodo para controlar la concentracion de una composicion de tratamiento de agua que contiene un polfmero marcado y, opcionalmente, al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente en un sistema acuoso de acuerdo con un ejemplo de la presente invencion.
La Figura 2 es una vista esquematica de un sistema para realizar un metodo de la Figura 1.
La Figura 3 muestra estructuras qmmicas de quinina y quinidina.
La Figura 4 muestra la Tabla 1, que incluye los resultados de los experimentos descritos en los ejemplos de este documento, en los que las intensidades de emision de las muestras tratadas con polfmeros fluorescentes (marcados) que se usaron en diferentes concentraciones (ppm) en diferentes sistemas acuosos, se midieron con fluorometna (espectrometna de fluorescencia) a varios tiempos diferentes.
Descripcion detallada
La presente invencion proporciona metodos para controlar el crecimiento del material de incrustacion en sistemas acuosos u otros usos, usando un polfmero marcado mejorado. Con mas detalle, el polfmero marcado puede ser o incluir un polfmero fluorescente que tiene al menos una unidad monomerica fluorescente derivada de un fluoroforo que tiene al menos un extremo terminal que comprende un grupo olefrnico. El polfmero marcado puede tener y mantener al menos una funcionalidad hidroxilo en el fluoroforo para retener la sensibilidad al pH. El polfmero marcado que es sensible al pH y que incluye un componente fluorescente puede tener una senal fluorescente o fluorescencia potenciada ajustando el pH del polfmero marcado o de la solucion o del sistema que contiene el polfmero marcado. El polfmero marcado puede usarse, por ejemplo, en composiciones de tratamiento de agua. El polfmero marcado o al menos una unidad monomerica diferente del polfmero marcado, en una opcion, puede tener una propiedad o efecto de control de incrustaciones, tal como control de costra, en un sistema acuoso que se esta tratando. Cambiar el pH de una solucion que contiene el polfmero marcado o la composicion que contiene el mismo antes o despues de al menos una medicion fluorometrica puede enmascarar el ruido de fondo o crear una interferencia o proporcionar de otra manera una senal mas exacta y precisa correlacionada con la cantidad de polfmero marcado en la muestra. De esta manera, puede proporcionarse un metodo y sistema mas consistentes y exactos para supervisar los niveles de compuesto de tratamiento en un sistema acuoso, tal como un sistema de aguas industriales. Con respecto al cambio del pH, como se ha indicado, los polfmeros marcados son sensibles al pH. Dependiendo de la qmmica de la funcionalidad del fluoroforo (o componente fluorescente) que esta presente en el polfmero marcado, la fluorescencia o senal fluorescente puede potenciarse (por ejemplo aumentarse) ajustando el pH de la funcionalidad fluoroforo (o componente fluorescente) que esta presente en el polfmero marcado. Tfpicamente, el ajuste del pH puede ocurrir ajustando el pH global de la solucion acuosa que contiene el polfmero marcado. Dependiendo de la funcionalidad fluoroforo (o componente fluorescente) que esta presente en el polfmero marcado, potenciar la fluorescencia o senal fluorescente puede conseguirse ya sea elevando el pH o bajando el pH. Por ejemplo, cuando el fluoroforo se deriva de una quinina o un isomero de la misma, la potenciacion de la senal fluorescente se consigue bajando el pH, por ejemplo con un acido. Los expertos en la materia saben que la senal fluorescente puede mejorarse subiendo el pH o bajando el pH basandose en la qmmica de fluoroforo particular presente en el polfmero diana siempre y cuando el fluoroforo sea sensible al pH. El polfmero diana es sensible al pH, y/o el componente fluoroforo que esta presente como parte del polfmero diana puede considerarse sensible al pH y/o la muestra o solucion que contiene el polfmero diana puede considerarse sensible al pH. En cada uno de estos casos, la sensibilidad al pH se proporciona al menos en parte, si no completamente, por el componente fluoroforo presente en el polfmero marcado, que es sensible al pH. El ajuste del pH puede ser en cualquier cantidad. Por ejemplo, el ajuste del pH puede ser un cambio de pH (basado en el valor de pH no ajustado de la solucion que contiene el polfmero marcado) de 0,1 o mayor, tal como 0,2, 0,5, 0,7, 1, 1,2, 1,5, 1,7, 2, 2,2, 2,5, 2,7, o 3 o mayor con respecto a un cambio de pH. Como otro ejemplo, el polfmero marcado de la presente invencion puede comprender al menos un fluoroforo (o componente o funcionalidad fluoroforo) que es sensible al pH y al menos una unidad monomerica (diferente del fluoroforo) que tiene al menos una propiedad de tratamiento de agua, tal como la capacidad de proporcionar control de costra y/o propiedades antiincrustaciones.
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Los poUmeros marcados pueden usarse como inhibidores de costra u otro material incrustacion en sistemas de agua industrial u otros sistemas acuosos. El polfmero o polfmeros marcados usados pueden considerarse ingredientes activos como productos qmmicos de tratamiento de agua y tienen la capacidad por sf mismo de controlar el ensuciamiento, tal como la formacion de costras. Puesto que estos polfmeros marcados pueden consumirse realizando esa funcion de control de incrustaciones, o por otras razones, la senal de fluorescencia de un polfmero marcado en un sistema acuoso puede disminuir con el tiempo de uso y, de esta manera, una disminucion detectada en la senal de fluorescencia puede usarse para indicar que una costra no deseada u otro tipo de incrustacion puede estar teniendo lugar en el sistema y/o que la concentracion de los polfmeros marcados se ha reducido por otra causa dentro del sistema. Un metodo para controlar el crecimiento de al menos un material de incrustacion en un sistema acuoso puede incluir las etapas de anadir el polfmero marcado al sistema acuoso que se va a tratar, supervisar fluorometricamente la concentracion del polfmero marcado y ajustar, segun sea necesario, la concentracion del polfmero marcado y, opcionalmente, en cualquier otro producto qmmico de tratamiento de agua (que pueda estar presente) eficaz para controlar el crecimiento de al menos un material de incrustacion en el sistema acuoso. Estos ajustes pueden realizarse al tratamiento de los sistemas acuosos en tiempo real o tiempo sustancialmente real. La concentracion eficaz o intervalo de concentracion de las composiciones de tratamiento de agua puede variar de acuerdo con el material o materiales de tratamiento particulares y las particularidades del sistema acuoso que se va a tratar y puede determinarlo un experto en la materia en vista de la divulgacion proporcionada en el presente documento.
Los metodos de la presente invencion son utiles para preservar o controlar el crecimiento de material de incrustacion en diversos tipos de sistemas acuosos susceptibles de ataque por los mismos. Los sistemas acuosos que pueden tratarse con las presentes composiciones de tratamiento de agua pueden ser, por ejemplo, sistemas de agua de enfriamiento, intercambiadores de calor, calderas, calentadores de agua, sistemas de agua de recirculacion, sistemas de agua potable, agua recreativa, agua entrante a una planta, agua saliente, y otros sistemas acuosos. Un sistema de agua de enfriamiento puede comprender, por ejemplo, una torre de enfriamiento, intercambiadores de calor, bombas y tubenas necesarias para transportar el agua a traves del sistema. Una o mas de estas localizaciones pueden ser susceptibles de formacion de costra u otro material de incrustacion u otro problema sin un tratamiento apropiado con agentes de tratamiento de agua activos dispersados en el agua del sistema a niveles adecuados, aunque preferentemente no excesivos (y mas costosos) de una manera sostenida.
El monomero fluorescente no requiere una smtesis qmmica intensiva y los polfmeros fabricados con este monomero fluorescente pueden supervisarse eficazmente a concentraciones relativamente bajas (por ejemplo, al menos de aproximadamente 20 ppm de polfmero marcado, u otros valores, tal como se describe en el presente documento). Otra ventaja de los polfmeros marcados es que el constituyente de monomero fluorescente de los mismos puede ser relativamente estable, que no se ve afectado significativamente por otras estructuras en el polfmero o por otros ingredientes en el sistema. El polfmero marcado puede ser capaz de funcionar como material antiincrustacion por derecho propio en el sistema acuoso. Como una opcion, el polfmero marcado puede usarse como un componente minoritario (por ejemplo como un trazador) en combinacion con otros agentes de tratamiento de agua, productos qmmicos o materiales introducidos en el sistema acuoso que se va a tratar, con el polfmero marcado mantenido en una cantidad suficiente al menos para fines de supervision, tal como se describe en el presente documento. Como una opcion, la composicion de tratamiento puede incluir al menos un producto qmmico o aditivo de tratamiento de agua que puede ser esencialmente igual que el polfmero marcado, pero sin el monomero fluorescente, o puede ser diferente del polfmero marcado. Si al menos un producto qmmico o aditivo de tratamiento de agua esta presente junto con el polfmero o polfmeros marcados, es ventajoso que el producto qmmico o aditivo de tratamiento de agua no sea el polfmero marcado que tenga una qmmica similar al polfmero marcado puesto que el producto qmmico o aditivo de tratamiento de agua que tiene una qmmica similar reaccionara o podna reaccionar y/o afectar de otra manera al sistema que se esta tratando, de manera que la reduccion en la concentracion de un producto qmmico o aditivo de tratamiento de agua similar sera la misma o muy similar a la del polfmero marcado, puesto que el polfmero marcado tendra los mismos componentes activos como parte del polfmero marcado, pero tambien el monomero fluorescente. Para fines de la presente invencion, sin embargo, si uno o mas productos qmmicos o aditivos de tratamiento de agua estan presentes, la qmmica del producto qmmico o aditivo de tratamiento de agua (por ejemplo el polfmero no marcado) pueden ser iguales o diferentes de la del polfmero marcado con respecto al producto qmmico activo o las unidades polimericas activas presentes que es capaz de controlar la incrustacion en un sistema.
Los presentes metodos pueden controlar la formacion de depositos de incrustaciones organicas y/o inorganicas, y/o inhibir la corrosion limitando las condiciones de oxidacion diferencial asociadas con los incrustantes y/o reducir la proliferacion microbiologica y/o sus consecuencias (bioincrustacion y corrosion inducida microbiologicamente (MIC) o cualquier combinacion de estos). Como se indica, en los metodos de la presente invencion, los presentes compuestos y composiciones pueden usarse para controlar el crecimiento de al menos un material de incrustacion en el sistema acuoso. Por ejemplo, el "control" del crecimiento de al menos un material de incrustacion puede significar que el crecimiento del material de incrustacion se previene, en el que no hay crecimiento o esencialmente ningun crecimiento del material de incrustacion. El "control" del crecimiento de al menos un material de incrustacion alternativamente puede significar la accion de que el agente de tratamiento del agua para reducir la acumulacion de costra completamente (incluso a lfmites indetectables, por ejemplo acumulacion cero) o al menos a un nivel mas bajo que el que ocurrina en el sistema sin tratamiento. El tratamiento de sistemas acuosos susceptibles de formacion de material de incrustacion con los presentes compuestos y composiciones, por ejemplo, puede evitar o al
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menos reducir la velocidad de esta acumulacion y los efectos perjudiciales resultantes provocados por el material de incrustacion.
Haciendo referencia a la Figura 1, se muestra un metodo 100 para controlar la concentracion de una composicion de tratamiento de agua en un sistema acuoso que incluye las etapas 101, 102, 103, 104A-B, 105, 106, 107 y 108. En la etapa 101, una composicion de tratamiento de agua que comprende un polfmero marcado (por ejemplo, un polfmero fluorescente) puede introducirse en una relacion o proporcion seleccionada o conocida "x" para al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente a un sistema acuoso para proporcionar agua tratada. El polfmero marcado comprende al menos una unidad monomerica fluorescente derivada de un fluoroforo que tiene al menos un extremo terminal que comprende un grupo olefmico. El polfmero marcado se describe con mayor detalle en otras secciones de este documento. En la etapa 102, se extrae una muestra del agua tratada. Una alfcuota de la muestra extrafda se ajusta con respecto al pH (por ejemplo, se acidifica) en la etapa 103 antes del analisis de fluorometna en la etapa 104B, y otra alfcuota se somete directamente al analisis de fluorometna en la etapa 104A sin ajuste del pH. En la etapa 104a, una senal de fluorescencia (por ejemplo la intensidad de emision relativa) de la muestra extrafda puede medirse ("Senal n.° 1") usando una longitud de onda de excitacion apropiada predeterminada (por ejemplo, el pico o la longitud de onda de absorcion maxima) y usandose una intensidad de emision relativa medida a una longitud de onda de emision apropiada predeterminada (por ejemplo, el pico o la longitud de onda de emision maxima) para el polfmero marcado. En la etapa 104B, una senal de fluorescencia (por ejemplo, la intensidad de emision relativa) de la muestra con pH ajustado se mide ("Senal n.° 2") usando la misma longitud de onda de excitacion y con la intensidad de emision medida en la misma longitud de onda que la medicion tomada en la etapa 104A. En la opcion 1 mostrada en la Figura 1, los analisis de fluorometna se realizan en paralelo sobre alfcuotas de la muestra extrafda. En otra opcion mostrada en la Figura 2 (opcion 2), las etapas pueden realizarse en serie, en las que una secuencia de etapas 104A, 103 y 104B puede realizarse sobre la muestra extrafda de la etapa 102. En una opcion, la senal de fluorescencia puede medirse, por ejemplo en las etapas 104A y 104B usando el mismo instrumento o tipo de instrumento, ajustes, condiciones y escala de intensidad de emisiones, de manera que los resultados puedan normalizarse. En la etapa 105, la senal de fluorescencia de la senal extrafda puede corregirse para el ruido de fondo y la interferencia restando la senal de la muestra no acidificada (es decir, Senal n.° 1) de la muestra con pH ajustado (es decir, Senal n.° 2). Los residuos suspendidos y solidos en la muestra pueden provocar el ruido y la interferencia encontrados durante las mediciones de fluorescencia. Usando la senal de diferencia como se ha descrito anteriormente, el ruido de fondo y la interferencia pueden reducirse o eliminarse; y cambiando el pH la senal de fluorescencia se maximiza para una sensibilidad optima. En la etapa 106, una concentracion del polfmero marcado en la muestra extrafda puede determinarse usando la senal de fluorescencia corregida de la etapa 105. Como alternativa, la concentracion del polfmero marcado puede determinarse tal como en una manera no corregida mas aproximada, directamente a partir de la etapa 104B sin correccion de la etapa 105 (no mostrada). Conociendo la proporcion de polfmero marcado anadido y al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente en la composicion de tratamiento anadida originalmente, una concentracion de al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente tambien es determinable a partir de la concentracion determinada del polfmero marcado. En el metodo, la concentracion del polfmero marcado puede correlacionarse proporcionalmente a un unico producto qmmico de tratamiento diferente o multiples productos qmmicos de tratamiento diferentes. En la etapa 107, la concentracion determinada del polfmero marcado (por ejemplo, polfmero fluorescente) se compara con un punto de consigna de lfmite inferior seleccionado (o intervalo de concentracion seleccionado). Si la concentracion determinada es menor que el punto de consigna del lfmite inferior seleccionado (o intervalo de concentracion seleccionado), puede ajustarse la concentracion del polfmero marcado asf como cualquier otro compuesto de tratamiento de agua en la formulacion, en la etapa 108, anadiendo al sistema acuoso cantidades nuevas de estos componentes en la misma relacion o proporcion seleccionada o conocida "x" que la usada en la etapa 101. Si se determina que la concentracion no esta por debajo del punto de consigna, la etapa de ajuste 108 se salta. La sucesion de etapas 102-108 puede repetirse cualquier numero de veces durante un periodo de supervision en una base regular o aleatoria. El metodo puede mantener cantidades de la composicion de tratamiento de agua en el sistema acuoso en cantidades en las que puede interactuar con el sistema acuoso suficientemente para controlar el crecimiento de al menos un material de incrustacion en el sistema acuoso.
Para los fines de realizar las etapas de analisis de fluorometna 104A y 104B en la Figura 1, los metodos convencionales pueden adaptarse para usarlos para predeterminar una longitud de onda de absorcion maxima (normalmente la misma que el maximo de excitacion) y la longitud de onda de la intensidad de emision relativa maxima del polfmero marcado que comprende el fluoroforo (es decir, el polfmero fluorescente). Un monomero fluorescente (o componente) del polfmero marcado, que se describe con mayor detalle en otras secciones de este documento, puede ser la unica o principal fuente de la propiedad de fluorescencia del polfmero marcado que se detecta espectroscopicamente y se analiza en los presentes metodos. Una concentracion de la muestra extrafda puede calcularse, por ejemplo, por comparacion del valor de intensidad relativa medido para la muestra extrafda con un valor de intensidad de emision relativa observado para al menos una formulacion normalizada de concentracion conocida del polfmero marcado con sus otros co-ingredientes activos usando el mismo instrumento y ajustes. La correlacion de concentraciones del polfmero marcado y los valores de intensidad de emision relativa, como tal como se determina por los metodos de fluorometna indicados en el presente documento, se trata como una funcion directa o lineal. Por ejemplo, si el valor de intensidad de emision relativa medido para una muestra extrafda es 10, y la muestra normalizada que contiene los mismos productos qmmicos de tratamiento de agua, incluyendo el polfmero marcado en una concentracion conocida (por ejemplo 5 ppm de polfmero marcado), tiene un valor de intensidad de
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emision relativa en unas condiciones de medicion de excitacion y emision similares de 20, entonces puede calcularse que la muestra ex^da tiene una concentracion de poUmero marcado de 2,5 ppm de polfmero marcado (por ejemplo j = 5 x (10/20) = 2,5 ppm), donde j es la concentracion desconocida del polfmero marcado en la muestra extrafda que se va a calcular). Ademas, donde el polfmero marcado se usa opcionalmente en una relacion o proporcion conocida respecto a otros productos qmmicos de tratamiento de agua, la determinacion de la concentracion del componente fluorescente en la muestra extrafda en los metodos tal como se ha indicado, permite calcular las concentraciones de otros productos qmmicos de tratamiento diferentes de una manera directa basandose en su relacion de uso conocida. Por ejemplo, si el polfmero marcado se usa para tratar un sistema acuoso a una relacion de adicion conocida o constante de 1:10 respecto a un polfmero de tratamiento no marcado (por ejemplo el polfmero no marcado es similar excepto que no incluye el monomero fluorescente), una concentracion determinada de 1 ppm para el polfmero marcado en una muestra extrafda permite que la concentracion del polfmero no marcado se calcule como de 10 ppm consistente con su relacion de uso conocida indicada (es decir 1:10).
En la Figura 2 se muestra un sistema para dosificar automaticamente una composicion de tratamiento de agua que incluye un polfmero marcado en un sistema acuoso. Como se representa en la Figura 2, un sistema refrigerante de agua 200 puede comprender un aparato de enfriamiento de agua 202, por ejemplo una torre de enfriamiento de agua. El agua refrigerante 214, que contiene la composicion de tratamiento y componentes de la misma tal como se ejemplifica en el presente documento, circula a traves de las tubenas o conductos 216 que forman parte del sistema de enfriamiento 200 (mostrado en parte). Una porcion del fluido que circula en los conductos 216, por ejemplo, puede desviarse como una corriente 210 desde el conducto 216, por ejemplo, usando una valvula de control 211 que controla el flujo de fluido desviado a un conducto de derivacion 212. La corriente 210 puede desviarse al sistema de analisis de corriente lateral 219 para exploracion de fluorometna y cuantificacion de la concentracion de los agentes de tratamiento. La corriente desviada 210 puede introducirse en una seccion de tubena con forma de T 213 que alimenta porciones respectivas 220 y 221 de la muestra de fluido desviada 210 a traves de las ramificaciones de conducto respectivas 222 y 223. Los conductos 222 y 223 alimentan las corrientes de fluido divididas a un primer fluorometro (espectrometro de fluorescencia) 224 y un segundo fluorometro 225, respectivamente. Puede usarse una valvula de control 226 (bidireccional o unidireccional, como se explica en el presente documento) para controlar el movimiento de flujo a ambas o a cualquiera de las ramificaciones del conducto 222 y 223. En una opcion, la valvula 226 se ajusta para permitir el flujo de la corriente desviada 210 hacia ambas ramificaciones 222 y 223. La porcion de alimentacion 220 en la ramificacion 222 se ajusta a su pH en la estacion 226 antes de su introduccion en el primer fluorometro 224. Por ejemplo, el suministro de acido (o suministro de base) y la introduccion del dispositivo/sistema 227 puede introducir suficiente acido (o base) a la muestra para subir (o bajar) el pH de la muestra. En el caso de usar acido, el pH puede ajustarse de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 u otros pH acidos (por ejemplo de 0,1 a 6,9). El acido puede ser un acido mineral, acido inorganico o acido organico y puede ser, por ejemplo, acido sulfurico, acido clorhndrico, acido mtrico, acido cftrico u otros acidos. El acido puede seleccionarse como un acido que no degrada el polfmero marcado antes de que la medicion de fluorescencia pueda completarse en el fluorometro 224. Analogamente, si se usa una base para ajustar el pH, la base puede seleccionarse de manera que la base no degrade al polfmero marcado antes de que se haga la medicion de fluorescencia. La base puede ser cualquier tipo de base, tal como hidroxido potasico, hidroxido de bario, hidroxido de cesio, hidroxido sodico, hidroxido de estroncio, hidroxido de calcio, hidroxido de magnesio, hidroxido de litio, hidroxido de rubidio y/o productos qmmicos capaces de subir el pH de la solucion que contiene el polfmero marcado. La porcion de alimentacion 221 alimentada en la ramificacion 223 al segundo fluorometro 225 no tiene el pH ajustado, y se mide al pH del sistema acuoso (por ejemplo aproximadamente 7,0 o 7 o mayor). Cada fluorometro puede comprender un diseno convencional u otra configuracion adecuada comparable adaptada para medir una propiedad de fluorescencia (por ejemplo intensidad de emision relativa) sobre los presentes polfmeros marcados. Por ejemplo, un aparato que puede adaptarse para su uso para medir fluorescencia activa de las muestras extrafdas del sistema acuoso puede ser un dispositivo en estado solido tal como el mostrado en la Patente de Estados Unidos n.° 7.301.158 B1, cedida a Turner Designs, Inc., Sunnyvale , California. La configuracion de los fluorometros puede comprender, por ejemplo, una celula portamuestras o cubeta localizada entre un diodo emisor de luz que puede generar luz a una longitud de onda de excitacion relevante para el polfmero diana (por ejemplo, el maximo de excitacion) y, en el lado opuesto de la misma celula, un filtro de paso de banda y un detector de fotodiodo para la deteccion de la luz emitida a una longitud de onda de emision relevante para el polfmero marcado (por ejemplo, el maximo de emision).
Como alternativa, en la opcion 219A, los fluorometros 225 y 224' (similar al fluorometro 224) pueden disponerse en serie y se muestran en lmeas discontinuas en la Figura 2. En esta alternativa, la medicion de la muestra con pH no ajustado ocurre (por ejemplo a aproximadamente pH 7 o por encima de 7 de un sistema acuoso) en primer lugar en el fluorometro 225, seguido de ajuste del pH (por ejemplo, por acidificacion) de la muestra en la estacion 226' (similar a la estacion 226), y se realiza la remedicion al pH ajustado en el fluorometro 224' (similar al fluorometro 224). Las muestras escaneadas en los fluorometros 224 y 225 pueden lavarse o retirarse de otra manera de cualquier modo conveniente antes de que se introduzca la siguiente muestra en su interior para exploracion.
En la Figura 2, las lmeas de comunicacion 228, 229 y 236-239 representan lmeas de comunicacion entre un controlador 230 y los diversos dispositivos descritos en el presente documento, tal como para transmitir senales sobre valores detectados, ordenes de control o ambas, dependiendo del dispositivo. Las lmeas de comunicacion
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pueden ser por cable, radiofrecuencia, internet u otros medios. Las senales de salida 228 y 229 de los fluorometros 224 y 225 o, si fuera aplicable, las senales 228' y 229 de los fluorometros 224' y 225, tienen una interfaz con el controlador 230. El controlador 230 puede comprender un procesador informatico programable digital con memoria, que puede procesar e interpretar las senales de fluorescencia adquiridas de los fluorometros. El controlador 230 puede configurarse, por ejemplo, para aplicar logaritmos a las senales de salida recibidas desde los fluorometros para calcular la diferencia de las senales para corregir el ruido de fondo. El controlador 230 puede programarse para correlacionar la senal de salida corregida con una concentracion del polfmero marcado (por ejemplo polfmero fluorescente) en la muestra extrafda. La concentracion de al menos un compuesto de tratamiento de agua diferente anadido en una proporcion conocida con el polfmero marcado en el sistema acuoso puede calcularse a partir de la concentracion del polfmero marcado que se ha determinado. Basandose en estas determinaciones de la concentracion de al menos el polfmero marcado y al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente (por ejemplo polfmero), pueden compararse una o ambas de las concentraciones determinadas con un punto de consigna de lfmite inferior o intervalo de concentracion seleccionado introducido y almacenado en el controlador. Estas entradas pueden introducirse, por ejemplo, mediante un teclado en el propio controlador (no mostrado), remotamente a traves de una interfaz grafica de usuario o teclado de otro dispositivo en comunicacion con el controlador (no mostrado), o pueden incluirse en la programacion cargada en el controlador. Si las comparaciones muestran que la concentracion o concentraciones han cafdo por debajo del punto de consigna de lfmite inferior o intervalo seleccionado, puede emitirse una senal desde el controlador 230 para accionar la operacion de una bomba qmmica 231 para anadir producto de tratamiento de agua adicional nuevo 232 almacenado en un contenedor de suministro 234 en el sistema acuoso. El producto de tratamiento de agua adicional nuevo 232 contiene el polfmero marcado o el polfmero marcado y al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente (por ejemplo polfmero) en una proporcion preseleccionada. Aunque la Figura 2 ilustra un unico punto de introduccion 235 para la adicion de producto de tratamiento de agua nuevo en el sistema de refrigerante de agua 200, pueden proporcionarse multiples puntos, por ejemplo, en diferentes localizaciones convenientes dentro del sistema de refrigerante de agua 200. Asimismo, aunque la ilustracion en la Figura 2 muestra la introduccion comun del polfmero marcado o el polfmero marcado y al menos un compuesto de tratamiento de agua diferente en forma de un producto premezclado 232, los diferentes ingredientes y compuestos pueden introducirse por separado de una manera coordinada usando el controlador 230 usando suministros y bombas especializados diferentes (no mostrados). Como se indica, la concentracion del polfmero marcado puede correlacionarse proporcionalmente a un unico producto qmmico de tratamiento diferente o multiples productos qmmicos de tratamiento diferentes. La cantidad de composicion nueva de enmascarado anadida al sistema acuoso puede ser una cantidad fija o una cantidad calculada por el controlador usando un algoritmo programado para compensar la deficiencia medida para la muestra extrafda frente al punto de consigna de lfmite inferior o valor diana.
Como se ha indicado, la presente invencion esta basada en parte en el descubrimiento de que los polfmeros de tratamiento marcados que contienen ciertos monomeros fluorescentes que son utiles en su preparacion, siendo capaces los polfmeros de tratamiento marcados de proporcionar la capacidad de supervisar en sistemas de agua industriales y otros sistemas acuosos a concentraciones relativamente bajas (por ejemplo a menos de 100 ppm de polfmero marcado, a menos de 50 ppm de polfmero marcado o menos de 25 ppm de polfmero marcado o menos de 10 ppm de polfmero, o menos de 7 ppm de polfmero marcado o menos de 5 ppm de polfmero marcado, o menos de 4 ppm de polfmero marcado o menos de 3 ppm de polfmero marcado o de 1 ppm a 25 ppm de polfmero marcado u otros valores). Puede conseguirse "marcar" el polfmero durante el uso de los monomeros fluorescentes de esta invencion, por ejemplo sintetizando el polfmero en presencia de al menos un monomero fluorescente en el que el monomero fluorescente forma una unidad monomerica de la estructura de polfmero sintetizada. El monomero fluorescente, como una opcion, puede ser un compuesto natural que puede incorporarse directamente en el polfmero sin derivatizacion. El monomero fluorescente puede proporcionar un resto qmmicamente reactivo, tal como por ejemplo, un grupo olefrnico terminal, que puede usarse para la incorporacion del monomero en el polfmero marcado. El resto qmmicamente reactivo puede ser un grupo que contiene insaturacion etilenica terminal, y puede estar opcionalmente unido a una estructura de anillo. El monomero fluorescente debe ser sensible a al menos una longitud de onda de la luz que puede supervisarse con un fluorometro y puede ser sensible al pH, como se describe en el presente documento. Aunque la siguiente ilustracion muestra dos tipos diferentes de monomeros no fluorescentes, se apreciara que no hay lfmite en el numero de tipos diferentes de monomeros no fluorescentes que pueden incorporarse en el polfmero marcado con el monomero fluorescente. Por ejemplo, el numero de diferentes tipos de monomeros no fluorescentes incorporados en el polfmero marcado con el monomero fluorescente puede ser de uno, dos, tres, cuatro, cinco o numeros mayores. Tambien es posible incorporar mas de un tipo de monomero fluorescente en el polfmero marcado, en el que los diferentes tipos de monomeros fluorescentes pueden seleccionarse, por ejemplo, para responder a diferentes longitudes de onda de luz que pueden supervisarse con un fluorometro. El polfmero fluorescente o polfmero marcado puede ser, por ejemplo, un polfmero soluble en agua.
Como una opcion, el polfmero marcado contiene unidades derivadas, por ejemplo, de un monomero fluorescente como se indica en el presente documento; con o sin ninguno de los siguientes: (1) un monomero carboxflico o sales del mismo; (2) una unidad derivada de ciertos monomeros exentos de carboxilo o sales de los mismos, (3) monomeros de tipo no ionizable insaturados o (4) sus combinaciones.
El polfmero tratamiento marcado puede ser, por ejemplo, de la formula:
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XaYbZc (I)
en la que c tiene un valor positivo distinto de cero (es dedr, valores > 0). Como una opcion, la formula (I) representa un terpolfmero, en el que a, b y c son todos valores positivos. Cada uno de X, Y y Z puede ser unicamente un tipo de monomero o uno o mas de X, Y y Z pueden estar representados en el polfmero por diferentes tipos de monomeros dentro de cada categona.
Cada X o Y en la formula (I) puede ser, independientemente, acido acnlico, acido metacnlico, acido maleico, antndrido maleico, acido crotonico, acido itaconico, acido vinilacetico, acido fumarico, antndrido tetrahidroftalico o sales del mismo, acrilamida, metacrilamida, acido 2-acrilamido-2-metil-1-propanosulfonico ("AMPS"), acido 2- metacrilamido-2-metil-1-propanosulfonico, acido 3-metacrilamido-2-metil-1-propanulsonico, tercbutilacrilamida,
isopropilacrilamida, tetraoctilacrilamida, butoximetilacrilamida, dimetilacrilamida, dietilacrilamida, N-alquil-
(met)acrilamida, N-alcanol(metilacrilamida, N,N-dialquil (met)acrilamida, sales cuaternarias de dimetilaminopropil acrilamida metil sulfato, sales cuaternarias de dimetilaminopropil metacrilamida metil sulfato, cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC), cloruro de dimetildialil amonio (DMDAAC), vinil formamida, cloruro de metacrilamidopropil trimetil amonio, cloruro de acrilamidopropil trimetil amonio, metilen bis acrilamida, trialilamina, sales de acidos de trialilamina, acrilato de etilo, acrilato de butilo , (met)acrilato de t-butilo, (met)acrilato de N-alquilo, (met)acrilato de 2-hidroxi N-alquilo, (met)acrilato de N-alcanol-N-alquilo, dimetacrilato de etilenglicol, hidroximetilacrilato, hidroxietilacrilato, hidroxipropilacrilato, hidroxipropilmetacrilato, dimetacrilato de dietilenglicol, dimetacrilato de trietilenglicol, acrilato de alcoxietilo, monometacrilato de polietilenglicol, dimetacrilato de polietilenglicol, metacrilato de glicidilo, alquil vinil eter, acido acrilamidometilpropano sulfonico y la sal sodica del mismo, sales cuaternarias de cloruro de dimetilaminoetilacrilmetilo, sales cuaternarias de cloruro de dimetilaminoetil acrilato bencilo, sales cuaternarias de sulfato de dimetilaminoetil acrilato metilo, sales cuaternarias de dimetilaminoetil metacrilato metil sulfato, sales cuaternarias de sulfato de dimetilaminoetil acrilamida metilo, acido estireno sulfonico, acido vinil sulfonico, acido alil sulfonico, acido 3-aliloxi-2-hidroxipropano sulfonico, alcohol vimlico, acetato de vinilo, N-vinilpirrolidona, vinil-2-pirrolidona o sales de las mismas o derivados de los mismos o cualquier combinacion de los mismos. X o Y pueden ser, por ejemplo, un monomero carboxflico insaturado; o un monomero que proporciona unidades monomero no ionizable insaturado en los compuestos de formula (I), tal como (met)acrilamida y similares. X o Y pueden ser, por ejemplo, un monomero exento de carboxilo, tal como AMPS y similares. Las sales pueden ser, por ejemplo, sales de sodio, potasio o amonio.
Cada Z en la formula (I) puede ser, independientemente, una unidad fluorescente derivada de un monomero fluoroforo que tiene al menos un extremo terminal que comprende un grupo olefmico o sal del mismo (por ejemplo un grupo que contiene insaturacion etilenica, opcionalmente fijado a una estructura de anillo. La sal puede ser, por ejemplo, sulfato, clorhidrato, diclorhidrato, bisulfato o gluconato. Como una opcion, el grupo olefmico es un grupo terminal reactivo de la estructura.
Los ejemplos de fluoroforos incluyen, por ejemplo, quinina e isomeros de la misma, tales como quinidina. Como una opcion, Z puede derivarse de compuestos tales como quinina, que tienen al menos un grupo hidroxilo (por ejemplo un grupo hidroxilo (-OH) o dos grupos hidroxilo, o mas), en el que esta funcionalidad hidroxilo se mantiene en el residuo de quinina u otro monomero que forma el resto Z del polfmero de tratamiento marcado (I).
La Figura 3 muestra estructuras ejemplares de quinina y quinidina. Estos tipos de compuestos tienen la estructura deseada indicada que incluye que tienen al menos un extremo terminal con un grupo olefmico (por ejemplo insaturacion etilenica), que puede incorporarse en los polfmeros marcados sin necesidad de derivatizacion adicional por adelantado de su uso en la smtesis del polfmero marcado. Como se indica, la quinina es un compuesto natural y tambien puede sintetizarse. Como se muestra en la Figura 3, la quinina contiene dos sistemas de anillo condensado principales, que son quinolina aromatica y la quinuclidina bidclica. Un nombre IUPAC para la quinina es (R)-(6- metoxiquinolin-4-il) (2S, 4S, 8R)-8-vinilquinuclidin-2-il) metanol. La quinina se ha descrito con el n.° CAS 130-95-0. La quinina es una amina basica y normalmente se presenta como una sal. Diversas formas de sal que existen incluyen, por ejemplo, sulfato de quinina, clorhidrato de quinina, diclorhidrato de quinina, bisulfato de quinina y gluconato de quinina. La dosificacion de quinina puede tener en cuenta la forma de sal particular de una fuente de quinina al calcular el contenido de quinina obtenido a partir de la misma. La quinidina, un estereoisomero de quinina, puede tener el nombre IUPAC (9S)-6'-metoxicinchonan-9-ol. Se ha descrito con el n.° CAS 56-54-2. Pueden usarse otros fluoroforos que tienen al menos un extremo terminal que comprende un grupo olefmico, tal como una estructura de anillo que puede comprender un sistema de anillo condensado multiple.
Como una opcion, la formula (I) puede contener unidades monomericas de los grupos Y y Z, X y Z, X, Y y Z o Z solo. Como una opcion, la unidad monomerica X o la unidad monomerica Y o la combinacion de unidades monomericas X e Y en el polfmero marcado de formula (I) puede tener una propiedad de control de incrustaciones o un efecto en el sistema acuoso que se esta tratando.
En la formula (I), "a" y "b" puede ser de 0 a aproximadamente 99 y "c" puede ser de aproximadamente 0,001 a aproximadamente 100. La suma de a, b y c puede ser 100 u otros valores menores, si se incorporan monomeros adicionales en el polfmero.
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Como una opcion, el poUmero marcado o poKmero fluorescente puede ser un terpoUmero de quinina o un isomero de la misma, acido acnlico y acrilamida. El poKmero marcado o polfmero fluorescente puede comprender, por ejemplo, de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 10 partes en peso de quinina o un isomero de la misma, de aproximadamente 80 a aproximadamente 99 partes en peso de acido acnlico y de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 partes en peso de acrilamida, basado en las partes totales en peso de dicho polfmero, o de aproximadamente 1 a aproximadamente 8 partes en peso de quinina o un isomero de la misma, de
aproximadamente 84 a aproximadamente 94 partes en peso de acido acnlico y de aproximadamente 2 a
aproximadamente 8 partes en peso de acrilamida, basado en las partes totales en peso de dicho polfmero, o de aproximadamente 3 a aproximadamente 7 partes en peso de quinina o un isomero de la misma, de
aproximadamente 87 a aproximadamente 93 partes en peso de acido acnlico y de aproximadamente 3 a
aproximadamente 7 partes en peso de acrilamida, basado en las partes totales en peso de dicho polfmero.
Estos polfmeros de tratamiento marcados pueden sintetizarse, por ejemplo, adaptando procedimientos para polimerizacion convencional por radicales libres en un medio acuoso, tal como se describe en el presente documento. Los polfmeros pueden crearse en primer lugar con los restos X e Y de la Formula (I), y el monomero fluorescente puede anadirse en una etapa posterior de la reaccion de smtesis del polfmero. Por ejemplo, para aquellos polfmeros de tratamiento marcados que contienen acido acnlico y acrilamida, los polfmeros pueden sintetizarse en primer lugar con acrilamida y monomeros de acido acnlico, y despues el monomero fluorescente puede anadirse durante una etapa posterior de la misma smtesis. En opciones alternativas, el monomero fluorescente puede anadirse como otras etapas de la reaccion de smtesis de polfmero, tal como en la fase inicial y/o en una o mas fases posteriores durante la smtesis.
El procedimiento general para la fabricacion de alimentacion continua de polfmeros de tratamiento marcados puede ser como sigue. La Patente de Estados Unidos 6.312.644 B1 y la Patente de Estados Unidos 6.310.156 B1, pueden adaptarse a la presente qmmica y usos de la invencion. Un polfmero soluble en agua se obtiene realizando una reaccion de polimerizacion usando monomeros hidrofilos que contienen acido acnlico, acrilamida u otros monomeros solubles en agua, junto con una combinacion de una sal persulfato y bisulfito como iniciadores a pH reducido. Los tipos y cantidades de componentes espedficos en la formula (monomeros, por ejemplo) variara dependiendo del tipo de polfmero (cationico, anionico, no ionico) que se esta sintetizando.
Como un ejemplo, el agua inicial deseada puede cargarse al recipiente de reaccion, que puede estar equipado con una mezcladora, un termopar, un tubo de purga de nitrogeno y un condensador de agua. Puede aplicarse una purga de nitrogeno con agitacion vigorosa. El calentamiento comienza hasta que se alcanza la temperatura deseada, como se especifica por el peso molecular y la viscosidad deseada. Aunque la temperatura y la agitacion se mantienen, comienzan alimentaciones separadas de iniciadores redox (por ejemplo, una sal persulfato y una sal bisulfito) a velocidad constante. Despues de diez minutos u otro tiempo adecuado, pueden anadirse monomeros continuamente a velocidad constante junto con los iniciadores. Despues de anadir la cantidad deseada de monomeros en peso o en volumen durante un periodo de tres horas u otro periodo, la adicion del monomero puede detenerse mientras que la alimentacion de iniciador continua otros diez minutos para promover que se complete la reaccion. Al preparar un polfmero marcado con quinina, puede anadirse una solucion de quinina en etanol, por ejemplo durante los treinta minutos finales de la coalimentacion de monomero. La temperatura de reaccion puede mantenerse durante una hora mas despues de detener la coalimentacion de iniciador. El pH se ajusta al nivel deseado por adicion de una base fuerte. El peso del lote se mide y el agua se anade para mantener una concentracion de polfmero de, por ejemplo 45-50 %. El material puede muestrearse para verificar la viscosidad, pH, porcentaje de solidos, viscosidad reducida y concentracion de monomero residual.
Como una opcion, los polfmeros marcados pueden sintetizarse en un proceso discontinuo tambien. El procedimiento general para la fabricacion en modo discontinuo de polfmeros de tratamiento marcados solubles en agua puede ser el siguiente. Los tipos y cantidades de componentes espedficos en la formula (monomeros, por ejemplo) puede variar dependiendo del tipo de polfmero (cationico, anionico, no ionico) que se esta sintetizando. Una solucion acuosa que contiene uno o mas monomeros solubles en agua, asf como cualquier aditivo de polimerizacion, tal como quelantes, tampones de pH y/o agentes de transferencia de cadena, puede cargarse a un recipiente de reaccion equipado con una mezcladora, un termopar, un tubo de purga de nitrogeno y un condensador de agua. La solucion de monomero puede mezclarse vigorosamente, calentarse hasta la temperatura deseada y, despues, puede anadirse un iniciador soluble en agua. La solucion puede purgarse con nitrogeno mientras se mantiene la temperatura y se mezcla durante varias horas. Para sintetizar los presentes polfmeros de tratamiento marcados, se anade el monomero fluorescente, por ejemplo despues de la adicion de los otros monomeros, tal como durante aproximadamente los ultimos 30 minutos de la reaccion. Despues de este tiempo, los productos se enfnan a temperatura ambiente y cualquier aditivo post-polimerizacion se carga al reactor.
Todos los pesos moleculares del presente documento son pesos moleculares promedio en peso medidos por cromatograffa de permeacion en gel (GPC) a menos que se indique de otra manera. Pueden prepararse polfmeros de tratamiento marcados que tienen un amplio intervalo de pesos moleculares, tal como por los metodos descritos y referenciados en el presente documento. Los pesos moleculares (peso molecular promedio -- en Dalton) de los presentes polfmeros de tratamiento marcados puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 500 a aproximadamente
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El polfmero marcado que comprende un monomero fluorescente puede usarse en los sistemas de agua industrials individualmente o en combinacion con otros polfmeros, que no estan marcados. La expresion "no marcado" significa que el compuesto no incluye que el monomero fluorescente se supervise. La velocidad de dosificacion del polfmero de tratamiento marcado en un sistema de agua industrial, tal como un sistema de agua de enfriamiento, tal como cuando se usa para controlar la costra u otro material de incrustacion, puede ser por ejemplo de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 100 ppm, o de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 50 ppm, o de aproximadamente 0,75 a aproximadamente 25 ppm, o de aproximadamente 0,9 a aproximadamente 15 ppm o de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 ppm de componente solido activo. La proporcion (como una relacion en peso) del polfmero marcado a otros agentes de tratamiento de agua no marcados opcionalmente usados en combinacion con los polfmeros marcados en una proporcion seleccionada o conocida puede variar, por ejemplo, de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:100 polfmero marcado/agente de tratamiento diferente o de aproximadamente 1:2 a aproximadamente 1:25 polfmero marcado/agente de tratamiento diferente o de aproximadamente 1:3 a
aproximadamente 1:15 polfmero marcado/agente de tratamiento diferente o de aproximadamente 1:4 a
aproximadamente 1:10 polfmero marcado/agente de tratamiento diferente u otras relaciones en peso de los mismos. Estas cantidades y relaciones de uso pueden variar, por ejemplo, dependiendo de la qmmica de los compuestos de tratamiento de agua, del material de incrustacion que se quiere controlar y del tipo de sistema acuoso, en el que los valores de uso adecuados puede determinarlos un experto en la materia en vista de las descripciones en el presente documento.
El producto qmmico (o productos qmmicos) de tratamiento de agua que puede usarse en combinacion con el
polfmero marcado no esta necesariamente limitado. Pueden ser organicos o inorganicos. El producto qmmico de
tratamiento del agua puede ser un polfmero. El producto qmmico de tratamiento del agua puede ser un polfmero similar al producto qmmico de las unidades monomericas del mismo respecto al polfmero marcado, excepto que el polfmero omite el contenido de monomero fluorescente.
Los ejemplos de materiales de incrustacion que pueden controlarse usando los presentes metodos y polfmeros marcados fluorescentes incluyen, por ejemplo:
costra y/o incrustacion por precipitacion, como cristalizacion de sales solidas, oxidos e hidroxidos de soluciones acuosas, por ejemplo carbonato de calcio o sulfato de calcio;
incrustaciones de partfculas, es decir, acumulacion de partfculas, tipicamente partfculas coloidales sobre una superficie;
incrustacion por corrosion, por ejemplo crecimiento in situ de depositos de corrosion, por ejemplo magnetita sobre superficies de acero al carbono;
incrustacion por reaccion qmmica, por ejemplo descomposicion o polimerizacion de materia organica sobre superficies calefactoras;
incrustaciones por solidificacion, tal como cuando los componentes del fluido que fluye con un bajo punto fusion se congela sobre una superficie subenfriada;
bioincrustaciones, tal como sedimentaciones de bacterias y algas; e
incrustaciones compuestas que implican mas de un incrustante o mecanismo de incrustacion.
Algunos tipos de depositos de costra e incrustacion por precipitacion que pueden controlarse en sistemas acuosos usando los metodos y polfmeros marcados de la presente invencion incluyen, por ejemplo, sulfato de calcio (por ejemplo, anhidrita, hemihidrato, yeso), sulfato de bario, carbonato de calcio ( por ejemplo, calcita, aragonita), oxalato de calcio, hidroxido de magnesio, oxido de magnesio, silicatos (por ejemplo, serpentina, acmita, girolita, gehlenita, sflice amorfa, cuarzo, cristobalita, pectolita, xonotlita), hidroxidos de oxido de aluminio (por ejemplo, boehmita, gibbsita, diaspora, corindon), aluminosilicatos (por ejemplo, analcita, cancrinita, noselita), cobre (por ejemplo, cobre metalico, cuprita, tenorita), fosfatos (por ejemplo, hidroxiapatita), magnetita o ferrita de mquel.
El metodo de la presente invencion puede usarse en sistemas acuosos industriales o recreativos que requieren control de costra u otro control de incrustaciones. Tales sistemas acuosos incluyen, aunque sin limitacion, sistemas de agua de enfriamiento (torres de enfriamiento, aguas de enfriamiento de entrada y aguas de enfriamiento de salida), intercambiadores de calor, calderas, calentadores de agua, sistemas de agua de recirculacion, sistemas de agua de control de incendios, retortas, camaras de lavado de aire, sistemas de almacenamiento de agua, piscinas, jacuzzis, fuentes decorativas, lagunas de enfriamiento y otros sistemas acuosos. En general, cualquier sistema de agua industrial, recreativo o residencial puede beneficiarse de la presente invencion.
Aunque se muestran realizaciones en las que el compuesto de monomero fluorescente, tal como quinina o un isomero de la misma se incorpora qmmicamente en el polfmero de tratamiento que incluye diferentes materiales de monomero, tambien es posible usar el compuesto fluorescente en forma libre (por ejemplo, como marcador/trazador unicamente y no como un ingrediente activo) en el sistema acuoso que se esta tratando y supervisarse para las concentraciones de compuesto de tratamiento.
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La presente invencion se aclarara adicionalmente mediante los siguientes ejemplos, que pretenden ser ejemplares de la presente invencion
Ejemplos
Ejemplo 1:
Se realizaron experiments para analizar fluorometricamente poUmeros marcados en sistemas acuosos. Los polfmeros marcados se supervisaron en los sistemas cuando se usan a diferentes concentraciones y durante un periodo de tiempo en los sistemas. Estos sistemas implicaban cuatro repeticiones, denominadas en el presente documento Ensayo A, B, C y D. Los diferentes sistemas acuosos ensayados eran acido diluido (H2SO4 0,05 N, pH 1,86), agua de torre de enfriamiento (acidificada a pH 1,86) y aguas cloradas a 150 ppm de Cl- y 500 ppm de Cl-. Los resultados de la fluorometna de los estudios se resumen en la Tabla 1 mostrada en la Figura 4.
Para estos experimentos, un terpolfmero de acido acnlico/acrilamida marcado con monomero de quinina se preparo usando el mismo metodo de smtesis. El polfmero de tratamiento marcado se sintetizo adaptando procedimientos para smtesis de polfmero soluble en agua convencional, tal como se describe en el presente documento. En cada caso, se anadieron acido acnlico, acrilamida y el catalizador redox simultanea y continuamente durante un periodo de tres horas. Durante los ultimos treinta minutos de este periodo de tiempo, una solucion de clorhidrato de quinina en etanol tambien se anadio simultanea y continuamente. Las proporciones anadidas totales a los tres monomeros fueron 5 partes en peso de quinina, 91 partes en peso de acido acnlico y 5 partes en peso de acrilamida, basado en las partes totales en peso del polfmero.
El polfmero marcado se ensayo a diferentes concentraciones (1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 20 ppm) en diferentes sistemas acuosos a 24 horas (dfa 1), 48 horas (dfa 2) y 120 horas (dfa 5) como se indica en la Tabla 1 mostrada en la Figura 4. Las muestras de agua extrafdas de la torre de enfriamiento se acidificaron a pH 1,86 con acido sulfurico 0,05 N y despues se analizaron para intensidad de emision con un fluorometro. Los duplicados de las muestras extrafdas se miden sin acidificacion para obtener una medida del ruido de fondo y la interferencia. Estos resultados se restaron de las medidas de los valores de emision para las muestras acidificadas y la diferencia se muestra como el resultado en la Tabla 1.
Las muestras extrafdas se analizaron usando un espectrofluorometro Perkin-Elmer Modelo LS-5B, con la longitud de onda de excitacion ajustada a 345 nm; y la luz emitida se midio a 450 nm, y la intensidad de emision relativa se midio con el mismo dispositivo. Los valores de intensidad de emision en la Tabla 1 estan basados en una escala normalizada. Los resultados de estos experimentos se indican en la Tabla 1 mostrada en la Figura 4.
Las entradas de "fuera de escala" en la Tabla 1 se refieren a lecturas de fluorometro que superan el lfmite superior del ajuste de "ganancia" seleccionado del instrumento para mostrar la lectura de las intensidades de emision de las muestras. Como se entiende de forma general, aumentar el ajuste de "ganancia" en un fluorometro puede aumentar la sensibilidad del instrumento, por lo que pueden usarse diluciones de las muestras o reduccion en el ajuste de "ganancia" para evitar las lecturas fuera de escala del instrumento.
Los resultados demuestran que los polfmeros marcados pueden supervisarse fluorometricamente de una manera precisa y fiable cuando se usan a concentraciones relativamente bajas en diversos sistemas acuosos.
Ademas, cuando una cantidad, concentracion u otro valor o parametro se da en cualquiera intervalo, intervalo preferido o una lista de valores preferibles superiores y valores preferibles inferiores, esto debe entenderse como que desvela espedficamente todos los intervalos formados a partir de cualquier par de cualquier lfmite de intervalo superior o valor preferido y cualquier lfmite de intervalo inferior o valor preferido, independientemente de que los intervalos se desvelen por separado. Donde un intervalo de valores numericos se cita en el presente documento, a menos que se indique de otra manera, el intervalo pretende incluir los puntos finales del mismo, y todos los enteros y fracciones dentro del intervalo. No se pretende que el alcance de la invencion este limitado a los valores espedficos citados cuando se define un intervalo.
Otras realizaciones de la presente invencion resultaran evidentes para los expertos en la materia a partir de la consideracion de la presente memoria descriptiva y la practica de la presente invencion desvelada en el presente documento.
Claims (15)
- 51015202530354045505560REIVINDICACIONES1. Un metodo para controlar la concentracion de una composicion de tratamiento de agua en un sistema acuoso, que comprende:(a) introducir en dicho sistema acuoso una composicion de tratamiento de agua que comprende al menos un polfmero marcado sensible al pH para proporcionar agua tratada, en el que el polfmero marcado sensible al pH comprende al menos una unidad monomerica fluorescente derivada de un fluoroforo que tiene al menos un extremo terminal que comprende un grupo olefrnico;(b) extraer una muestra del agua tratada;(c) medir una senal de fluorescencia de fondo del agua extrafda;(d) ajustar el pH de la muestra extrafda para proporcionar una muestra con pH ajustado que tiene una senal de fluorescencia potenciada;(e) medir la senal de fluorescencia potenciada;(f) determinar una concentracion del polfmero marcado en la muestra usando la diferencia entre las senales de fluorescencia medidas en (c) y (e) anteriores;(g) introducir una cantidad nueva de la composicion de tratamiento de agua en el sistema acuoso, si la concentracion del polfmero marcado determinada en (f) esta por debajo de un punto de consigna seleccionado,en el que la composicion de tratamiento de agua controla el crecimiento de al menos un material de incrustacion en el sistema acuoso.
- 2. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la composicion de tratamiento de agua comprende ademas al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente.
- 3. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el fluoroforo comprende quinina o un isomero de la misma.
- 4. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el fluoroforo comprende quinina o quinidina.
- 5. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el polfmero marcado es un copolfmero o terpolfmero de (a) quinina o un isomero de la misma y (b) al menos un monomero que es acido acnlico o una sal del mismo, acido metacnlico o una sal del mismo, acido maleico o una sal del mismo, antndrido maleico, acido crotonico o una sal del mismo, acido itaconico o una sal del mismo, acrilamida, metacrilamida, acido 2-acrilamido-2-metilpropano sulfonico (AMPS) o una sal del mismo, monometacrilato de polietilenglicol, acido vinil fosfonico o una sal del mismo, acido estireno sulfonico o una sal del mismo, acido vinil sulfonico o una sal del mismo, acido 3-aliloxi-2-hidroxipropano sulfonico o una sal del mismo, N-alquil-(met)acrilamida, (met)acrilato de t-butilo, (met)acrilato de N-alquilo, (met)acrilato de N-alcanol-N- alquilo, cloruro de dimetildialil amonio (DMDAAC), cloruro de dialildimetil amonio (DADMAC), acetato de vinilo, (met)acrilato de 2-hidroxi N-alquilo, alquil vinil ester, acrilato de alcoxi etilo, N-alcanol(met)acrilamida, N,N-dialquil (met)acrilamida, vinil-2-pirrolidona o cualquier combinacion de los mismos.
- 6. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el polfmero marcado comprende de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 10 partes en peso de quinina o un isomero de la misma, de aproximadamente 80 a aproximadamente 99 partes en peso de monomero carboxflico insaturado y de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 partes en peso de acrilamida, basado en las partes totales en peso de dicho polfmero marcado.
- 7. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la composicion de tratamiento de agua comprende de aproximadamente 0,1 % en peso a aproximadamente 100 % en peso del polfmero marcado y de aproximadamente 0% en peso a aproximadamente 99,9% en peso de al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente.
- 8. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el polfmero marcado se mantiene en el sistema acuoso dentro de un intervalo de concentracion de aproximadamente 1 ppm a aproximadamente 200 ppm.
- 9. El metodo de la reivindicacion 2, en el que se mantiene el al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente en el sistema acuoso dentro de un intervalo de concentracion de aproximadamente 5 ppm a aproximadamente 100 ppm.
- 10. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas: repetir las etapas (b)-(g) al menos una vez.
- 11. El metodo de la reivindicacion 1, en el que medir la senal de fluorescencia comprende excitar la muestra con pH ajustado con luz a una longitud de onda de excitacion y detectar la intensidad de la luz emitida a una longitud de onda de emision de la luz emitida por la muestra con pH ajustado.
- 12. El metodo de la reivindicacion 11, que comprende ademas corregir la intensidad de la luz emitida medida de la muestra con pH ajustado restando una intensidad de luz emitida medida por separado de una muestra extrafda del agua tratada que no tiene el pH ajustado.5 13. El metodo de la reivindicacion 11, en el que la longitud de onda de excitacion es de aproximadamente 345 nm yla longitud de onda de la intensidad de emision es de aproximadamente 450 nm.
- 14. El metodo de la reivindicacion 2, en el que el al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente controla un material de incrustacion en el sistema acuoso que comprende costra.10
- 15. El metodo de la reivindicacion 2, en el que el al menos un producto qmmico de tratamiento de agua diferente controla la costra en el sistema acuoso.
- 16. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas:15(i) proporcionar al menos una localizacion de muestreo donde el fluido extrafdo del sistema acuoso se somete a analisis espectrofluorometrico con un fluorometro para medir la senal de fluorescencia; y(ii) proporcionar un controlador operable para controlar automaticamente la introduccion de la composicion de tratamiento de agua adicional en el sistema acuoso desde un suministro de material, basandose en el valor medido20 de la senal de fluorescencia de la muestra extrafda.
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