MXPA00007647A - Sintesis electrolitica de acido teracetico y otros oxidantes - Google Patents

Abstract

Una unidad de electrolisis (10) tiene una barrera selectiva a los iones (20) para separar, una cámara anódica (12) de una cámara catódica (14). Un electrolito dentro de la unidad incluye un precursor como, por ejemplo, acetato del potasio, o bienácido acético. Un potencial positivo se aplica a unánodo (6) dentro de la cámara anódica, lo que resulta en la generación de varias especies oxidantes de vida más corta o más larga como, por ejemplo,ácido peracético, peróxido de hidrógeno, y ozono. En una modalidad preferida, una solución que contiene las especies oxidantes es transportada a un sitio en el cual artículos como, por ejemplo, instrumentos médicos que deben ser descontaminados. Las especies oxidantes son generadas según lo necesario, evitando la necesidad de almacenar agentes peligrosos de descontaminación.

Description

> ? SÍNTESIS ELECTROLÍTICA DE ACIDO PERACETICO Y OTROS OXIDANTES ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a las técnicas de esterilización y desinfección. Encuentra aplicación particular con relación a soluciones producidas electroquímicamente que contienen agentes oxidantes tales como, por ejemplo, ácido peracético, peróxido de hidrógeno, y ozono, para la esterilización o desinfección de equipo médico y farmacéutico, y se describirá con referencia particular a éstos. Se observará sin embargo que la invención puede aplicarse también a otros métodos de esterilización, desinfección, e higiene que emplean tales agentes oxidantes, incluyendo el tratamiento del agua, alimentos, equipo para servir alimentos y similares. Agentes oxidantes tales como el ácido peracético, peróxido de hidrógeno y ozono son desinfectantes y esterilizantes útiles para varias aplicaciones. El ácido peracético tiene varios empleos, incluyendo la desinfección de residuos y la esterilización de equipo médico, recipientes, equipo de procesamiento de alimentos, y similares. El ácido peracético plantea pocos problemas de desecho puesto que se descompone en compuestos fácilmente degradados en las plantas de tratamiento de aguas negras. Tiene un amplio espectro de actividad contra microorganismos y es efectivo aun a temperaturas bajas. El peróxido de hidrógeno se emplea para esterilizar equipo médico. El ozono ha sido empleado de manera extensiva para la desinfección y el tratamiento de agua, y, más recientemente, para el tratamiento de alimentos y equipo para servir alimentos. Convencionalmente, para formar ácido peracético, se mezclan precursores de ácido peracético con agua y otras sustancias químicas en un baño. Los elementos a descontaminar, ya sea por esterilización o bien por desinfección, son después inmersos en el baño durante un período suficiente de tiempo para efectuar el grado requerido de descontaminación. Los elementos descontaminados son después típicamente enjuagados antes de su uso. Para asegurar una esterilización o desinfección efectiva dentro de un período preseleccionado de tiempo, la concentración de ácido peracético se mantiene arriba de un nivel mínimo efectivo, típicamente alrededor de 2300 ppm para la esterilización de instrumentos médicos. Cuando la concentración de ácido peracético se encuentra en el nivel mínimo efectivo o arriba de dicho nivel mínimo efectivo para la esterilización, se espera una esterilización completa. Niveles menores de ácido peracético son efectivos como desinfectantes. Concentraciones desde 2-10 ppm, o menos, son efectivas para propósitos de desinfección, lo que requiere solamente de la destrucción de microorganismos patogénicos. En instalaciones en las cuales los elementos deben ser esterilizados o desinfectados a intervalos frecuentes durante el día, el mismo lote de solución de ácido peracético es frecuentemente empleado de manera repetida. Sin embargo, el ácido peracético tiende a descomponerse con el paso del tiempo. Por ejemplo, un baño el cual se encuentra arriba de la concentración mínima efectiva de ácido peracético para esterilización de aproximadamente 2300 ppm al principio de un día baja frecuentemente hasta alrededor de 800 ppm, muy por debajo de la concentración efectiva, sin adiciones adicionales de los precursores de ácido peracético. Temperaturas ambientes elevadas, el número de elementos esterilizados o desinfectados, y el grado de contaminación de los elementos, todo contribuye a la reducción de la vida útil del baño. Además, las condiciones de almacenamiento llevan frecuentemente a la degradación de los precursores de ácido peracético antes de su uso. Además, los precursores son frecuentemente materiales peligrosos que a veces plantean problemas en el caso del embarque y del almacenamiento. Debido a los riesgos de almacenamiento y también debido al hecho que se degradan con el paso del tiempo, es preferible mantener un suministro limitado de los precursores y pedirlos otra vez a intervalos frecuentes. En el caso de peróxido de hidrógeno y ozono, surgen problemas similares. El ozono es una especie que tiene una vida especialmente corta que se descompone fácilmente. El peróxido de hidrógeno tiende a descomponerse en agua y oxígeno. El documento EP 0658 763 A presenta el uso de ácido peracético mezclado con peróxido de hidrógeno y ácido acético como desinfectante. La concentración del ácido peracético es monitoreada electroquímicamente. Recientemente, las propiedades de limpieza y descontaminación de soluciones formadas por la electrólisis de agua bajo condiciones especiales han sido exploradas. Dispositivos de electrólisis son conocidos los cuales reciben un suministro de agua como por ejemplo agua de grifo, comúnmente dopada con una sal, y llevan a cabo electrólisis del agua. Durante la electrólisis, una solución de anolito se produce a partir del agua dopada en un ánodo y una solución de católito se produce en un cátodo. Ejemplos de tales unidades de electrólisis de agua se describen en las Patentes Norteamericanas Nos. 5,635,040; 5,628,888; 5,427,667; 5,334,383; 5,507,932; 5,560,816; y 5,622,848. El documento EP 0 115 893 A de Battelle Memorial Institute divulga un aparato de esterilización que produce una solución de hipoclorito sódico a partir de cloruro de sodio en una célula electroquímica. Para crear estas soluciones de anolito y católito, agua del grifo, frecuentemente con adición de agente eléctrica o iónicamente conductores tales como sales de halógeno incluyendo las sales de cloruro de sodio y cloruro de potasio pasa a través de una unidad de electrólisis o módulo que tiene al menos una cámara anódica y al menos una cámara catódica, generalmente separadas entre ellas por una barrera parcialmente permeable. Un ánodo hace contacto con el agua que fluye en la cámara anódica, mientras que un cátodo hace contacto con el agua que fluye en la cámara catódica. El ánodo y el cátodo están conectados a una fuente de potencial eléctrico para exponer el agua a un campo eléctrico. La barrera puede permitir la transferencia de especies que llevan electrones entre el ánodo y el cátodo pero limita el movimiento definido entre las cámaras anódica y catódica. La sal y los minerales naturalmente presentes en el agua y/o agregados al agua se someten a oxidación en la cámara anódica y se someten a reducción en la cámara catódica. Un anolito resultante en el ánodo y un católito resultante en el cátodo pueden ser retirados de la unidad de electrólisis. El anolito y el católito pueden emplearse individualmente o bien como una combinación. El anolito tiene propiedades antimicrobianas incluyendo propiedades antivirales. El católito tiene propiedades de limpieza. Sin embargo, el agua activada electroquímicamente presenta limitaciones. El agua activada electroquímicamente tiene una alta energía superficial lo que no permite fácilmente la penetración del agua activada electroquímicamente en áreas de grietas de instrumentos médicos. Así, no se puede lograr una destrucción completa de los gérmenes. Problemas adicionales se presentaron en el caso de superficies metálicas que entran en contacto con el agua electroquímicamente activada, incluyendo las superficies del equipo de descontaminación y dispositivos médicos metálicos. El agua activada electroquímicamente es corrosiva a ciertos metales. El acero inoxidable, empleado para producir muchos dispositivos médicos, es especialmente susceptible a la corrosión provocada por el agua activada electroquímicamente. Otros productos químicos pueden también emplearse para la conversión electroquímica. El documento EP 0 244 565 A divulga el tratamiento de agua con ozono generado electrolíticamente. Khomutov et al. ("Study of the Kinetics of Anodic Processes in Potassium Acétate," (Estudio de las características cinéticas de procesos anódicos en acetato de potasio), Izv. Vyssh. Uchebn. Sabed., Khim. Teknol. 31(11) páginas 71-74 (1988)) divulga un estudio de la conversión de soluciones de acetato en ácido peracético y peróxido de acetilo en el rango de temperatura de -10°C a 20°C empleando una célula de tres electrodos. Las regiones de ánodo y cátodo de la célula de Khomutov et al., fueron separadas por una barrera de vidrio poroso. Ánodos de platino, oro o carbono, en un potencial de 2-3.2 V con relación a un electrodo de referencia de plata/cloruro de plata se emplearon en el estudio. Concentraciones de acetato de potasio fueron inicialmente de 2-10 mol/L. A partir de mediciones de conductividad y viscosidad, Khomutov et al., estimaron que las soluciones de ácido peracético fueron generadas en el ánodo con concentraciones de oxígeno activo de 0.1 gramo equivalente/L. Sin embargo, no realizaron mediciones directas de la concentración de ácido peracético en la solución global. Además, el rango de pH de 8.2-10.4 divulgado por Khomutov et al., es indeseable para muchas soluciones de descontaminación práctica. Para reducir la corrosión de los componentes metálicos de los instrumentos a descontaminar, se desea un pH cercano al neutro. La presente invención ofrece un sistema novedoso y mejorado para generar ácido peracético y otros agentes oxidantes, dicho método supera los problemas antes mencionados así como otros problemas. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN De conformidad con un aspecto de la invención, se proporciona un método para descontaminación microbiano. El método incluye la generación electroquímica de una solución antimicrobiana que contiene una especie oxidante. El método incluye la separación de una cámara anódica y una cámara catódica de una célula electroquímica con una barrera sustancialmente impermeable a las especies oxidantes. El método incluye además la aplicación de un potencial positivo a un ánodo en la cámara anódica para convertir un precursor en un electrolito adyacente a al menos uno del ánodo y cátodo a la especie oxidante. El método se caracteriza por la generación electroquímica de ácido peracético como al menos un componente significativo de la especie oxidante. La concentración del ácido peracético en la solución antimicrobiana es de aproximadamente 10 ppm o más. El método incluye además el transporte de la solución antimicrobiana que contiene ácido peracético a lo largo de una trayectoria de flujo de fluido hacia un sitio en el cual los elementos a descontaminar microbianamente y la puesta en contacto de los elementos con la solución antimicrobiana que contiene ácido peracético con el objeto de descontaminar microbianamente dichos elementos. De conformidad con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema para la descontaminación antimicrobiana de dispositivos. El sistema incluye una célula electroquímica que incluye un ánodo y un cátodo separados por una barrera sustancialmente impermeable a una especie oxidante. Una fuente de potencial eléctrico se conecta a al menos uno del ánodo y cátodo. Un electrolito es adyacente a al menos uno del ánodo y cátodo. El sistema se caracteriza por un precursor en el electrolito que puede convertirse en ácido peracético en una concentración de aproximadamente 10 ppm o más mediante la aplicación de un potencial a al menos uno del ánodo y cátodo, la especie oxidante incluye ácido peracético. Se proporciona una trayectoria de flujo de fluido para transportar el ácido peracético generado desde la célula electroquímica hasta un sitio en el cual se debe de descontaminar microbianamente un dispositivo a través del ácido peracético. Una ventaja de la presente invención es que permite la preparación in situ de soluciones de ácido peracético, según se desea. Otra ventaja de la presente invención es que se evita el almacenamiento y transporte de esterilizantes peligrosos. Otra ventaja de la presente invención es que permite mantener la concentración de ácido peracético en un baño de descontaminación microbiana durante el uso repetido del baño. Otras ventajas de la presente invención serán aparentes a las personas con ciertos conocimientos en la materia al leer y entender la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención puede tomar la forma de varios componentes y arreglos de componentes, en varios pasos y arreglos de pasos. Los dibujos tienen solamente el propósito de ilustrar una modalidad preferida y no se consideran como limitativos de la invención. La figura 1 es un diagrama esquemático de una modalidad preferida de una unidad de electrólisis para la generación de soluciones esterilizantes y desinfectantes de la presente invención; La figura 2 es una vista superior de una unidad de electrólisis de la presente invención; y La figura 3 es un diagrama de plomería de un sistema de esterilización o desinfección que incluye la unidad de electrólisis de la figura 1, un pozo de recepción de copa de reactivo y una copa de reactivo. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Con referencia a las figuras 1 y 2, una célula electroquímica o unidad de electrólisis 10 genera especies oxidantes para su uso como esterilizantes y desinfectantes líquidos como por ejemplo ácido peracético, peróxido de hidrógeno, y ozono. La unidad 10 incluye dos cámaras de electrodo, a saber una cámara anódica 12 y una cámara catódica 14. Se coloca un electrodo en cada una de las cámaras. Específicamente, un ánodo 16 se encuentra soportado dentro de la cámara anódica y un cátodo 18 se encuentra soportado dentro de la cámara catódica. Una barrera o membrana 20 conecta las cámaras anódicas y catódicas 12, 14 y controla el flujo de especies disueltas entre ellas. La barrera es de preferencia sustancialmente impermeable a al menos uno de los agentes oxidantes. Una barrera preferida es una membrana específica para iones, como por ejemplo una membrana permeable a los protones, que permite la migración de iones hidrógeno entre las cámaras pero limita la mezcla de otras especies dentro de las dos cámaras. Una membrana permeable a los protones de este tipo NAFION® 117, se encuentra disponible en DuPont y Aldrich. Alternativamente, papel filtro, como por ejemplo papel filtro P-5 de la marca Fisher se emplea para la barrera 20. Una fuente de potencial eléctrico 22 aplica un potencial positivo al ánodo. El potencial positivo se selecciona para que sea suficientemente alto para la generación de especies oxidantes en el ánodo, sin provocar simplemente la disociación de agua en oxígeno e hidrógeno en los electrodos. Un potencial de aproximadamente +1.6 a +5 voltios, con relación a Ag/AgCl en NaCl 3 M se prefiere para este propósito, prefiriéndose particularmente un potencial de aproximadamente 3.2V. Para la generación de especies oxidantes, al menos la cámara anódica 12 recibe una solución de electrolito. La solución de electrolito incluye un precursor que es oxidado en la especie oxidante en la cámara anódica. Soluciones formadas a partir de la solución de electrolito en las cámaras anódica y catódica durante la electrólisis se conocen como anolito y católito, respectivamente. En el caso de la generación de ácido peracético, por ejemplo, el anolito comprende una solución de ácido peracético. Otras especies oxidantes pueden también estar presentes.

Opcionalmente, un tanque de precursor o bien tanque de contención 24 se proporciona en comunicación fluida con la cámara anódica para contener una solución del precursor. La solución de precursor se suministra a la cámara anódica a partir del tanque de contención mediante una bomba, alimentación por gravedad, o bien otros medios convenientes. Alternativamente, se lleva un precursor sólido en solución a la cámara anódica como se describirá con detalles más adelante. El ánodo 16 tiene de preferencia un área superficial grande e incluye un material que facilita la formación de especies oxidantes en el ánodo. Materiales adecuados incluyen, sin limitarse a ellos, carbono (incluyendo grafito), platino, iridio, dióxido de plomo y óxido de rutenio. En el caso del dióxido de plomo o del óxido de rutenio, el óxido se coloca de preferencia en un sustrato, como por ejemplo malla de alambre de titanio o bien otro sustrato de metal noble, que soporta el óxido y ofrece al ánodo una gran área superficial para la generación de especies oxidantes. Shepelin, et al., (Élektrokhimiva, vol. 26, no. 9., páginas 1142-1148 (1990)) y Chernik et al., (Elektrokhimiva, Vol. 33, No. 3, páginas 289-292 (1997)) divulgan electrodos de dióxido de plomo para la electrosíntesis de ozono. El cátodo se forma a partir de cualquier aceptador adecuado de electrones como por ejemplo platino, titanio, oro o carbono (incluyendo grafito) . El carbono, como por ejemplo grafito, se prefiere particularmente para la generación de peróxido de hidrógeno, mientras que el platino se prefiere para la generación de ácido peracético. Opcionalmente, la cámara anódica se encuentra conectada de manera fluida con un electrodo de referencia 26, como por ejemplo plata/cloruro de plata para asegurar que el potencial aplicado seleccionado se mantiene. Válvulas de alivio de presión 28 y 30 se proporcionan opcionalmente para aliviar la acumulación excesiva de presión dentro de las cámaras anódica y catódica. En la generación de ácido peracético, por ejemplo, las especies oxidantes generadas en la cámara anódica pueden incluir varias especies tanto de vida corta como de vida más larga, las cuales reaccionan directamente con el precursor de ácido peracético para formar ácido peracético o bien las cuales participan en esquemas de reacción que llevan a la formación de ácido peracético a partir del precursor. Dichas especies adicionales incluyen ozono, una especie de vida corta pero altamente oxidante, y peróxido de hidrógeno, una especie que tiene una vida más larga que es un intermediario importante en los métodos convencionales de síntesis de ácido peracético. Opcionalmente, se agrega una cantidad de peróxido de hidrógeno al electrolito en la cámara anódica como un iniciador para iniciar la reacción o combinación de reacciones que resultan en la formación de ácido peracético. Una cámara de peróxido 32 en comunicación fluida con la cámara anódica suministra a la cámara dicho peróxido de hidrógeno. Otras sustancias químicas pueden también agregarse a la cámara anódica como iniciadores, tales como perborato, que eleva la concentración de peróxido de hidrógeno en la solución de anolito. Los precursores preferidos de ácido peracético incluyen ácido acético y otros donadores de acetilo, como por ejemplo acetato de sodio, acetato de potasio, ácido acético y acetaldehído. Un donador particularmente preferido de acetilo es el acetato de potasio. El acetato de potasio es también un donador efectivo, pero tiende a ser menos soluble en el electrolito. Cuando se emplea ácido acético como precursor, se agrega de preferencia a la cámara anódica a un régimen de adición tal que se permite el mantenimiento del pH dentro del rango seleccionado para la generación de especies oxidantes. La adición gota a gota del ácido acético a la misma velocidad con la cual se consume es una forma adecuada de adición. La concentración preferida del precursor en el electrolito depende de la solubilidad del precursor y de la concentración deseada de especie oxidante. En el caso de la formación de ácido peracético a partir de acetato de potasio, por ejemplo, la concentración de acetato de potasio en el electrolito es de preferencia dentro del rango de aproximadamente 0.5M a aproximadamente 5M. Se agrega opcionalmente un sistema de regulación al electrolito en la cámara anódica para mantener el electrolito a un nivel de pH apropiado para generar la especie oxidante deseada. Las especies oxidantes particulares por sustancias intermedias generadas y sus concentraciones respectivas dependen, hasta cierto punto, del pH seleccionado. A un pH aproximadamente neutral, es decir, de aproximadamente pH 6 a aproximadamente pH 8, la generación de ozono se favorece. Conforme se eleva el pH, se incrementa la generación de peróxido de hidrógeno. Así, en el caso del peróxido de hidrógeno, se prefiere un electrolito con un pH ligeramente alcalino, de preferencia alrededor de 7-9, prefiriéndose especialmente un pH de 8 o ligeramente superior a este valor. Para la preparación de soluciones diluidas de especies oxidantes adecuadas para su uso como esterilizantes y desinfectantes, se prefiere un pH aproximadamente neutral. Fosfatos de metales alcalinos son reguladores adecuados. Un sistema de regulación preferido incluye una combinación de fosfato monosódico, fosfato disódico y tripolifosfatos. Dicho sistema de regulación proporciona también propiedades anticorrosión. Otro sistema de regulación preferido incluye uno o varios fosfatos de potasio. El hidróxido de sodio puede agregarse para elevar el pH. Otros sistemas de regulación o ajustadores de pH útiles en la generación de ozono y ácido peracético incluyen ácido sulfúrico y perclorato. El electrolito empleado en las cámaras anódica y catódica es de preferencia el mismo, en términos de los reguladores y otros aditivos empleados, aun cuando electrolitos diferentes se contemplan también. De preferencia, la presión dentro de la célula es mayor que la presión atmosférica. A título de ejemplo, la electrólisis bajo presión de 10 p.s.i.g. (0.7 kg/cm2) duplica aproximadamente la velocidad de producción de ácido peracético a partir de acetato de potasio, en comparación con la electrólisis realizada a presión atmosférica, y se considera que incrementos mayores pueden obtenerse a presiones aun más elevadas. Opcionalmente, un agitador 34 como por ejemplo un agitador magnético o mecánico, agita el anolito. La temperatura de la solución de anolito se encuentra de preferencia dentro del rango de aproximadamente el punto de congelación del anolito hasta aproximadamente 60°C, según la composición del ánodo y la especie a generar. Para la generación de ácido peracético, se prefiere una temperatura de aproximadamente 0°C a aproximadamente 60°C. Para mantener la temperatura dentro de este rango, la unidad de electrólisis es opcionalmente refrigerada, como por ejemplo mediante inmersión en un baño de hielo, o bien otro dispositivo de enfriamiento, o bien mediante la circulación de una porción del anolito y católito a través de un intercambiador de calor. Alternativamente, la temperatura se mantiene mediante la extracción de una porción del anolito a intervalos, o bien continuamente, y mediante su reposición con una solución fresca de precursor, o bien mediante la recirculación del anolito a través de un sistema de descontaminación como se comentará con mayores detalles más adelante. Alternativamente, la electrólisis se lleva a cabo a temperaturas que varían desde la temperatura ambiente y arriba de dicha temperatura, evitando la necesidad de refrigeración. Cuando se desean soluciones de descontaminante calentadas, los esterilizantes y desinfectantes se generan opcionalmente en una unidad de electrólisis calentada. Aditivos de inhibición de corrosión y reducción de energía superficial se introducen opcionalmente en una solución de ácido peracético, ya sea mediante su adición al anolito antes de la electrólisis o bien durante dicha electrólisis o bien posteriormente. Otros aditivos, incluyendo, sin limitarse a ellos, detergentes, agentes de quelación y agentes de secuestro, pueden también agregarse a la solución, ya sea en combinación con los demás aditivos, o bien de manera separada. os agentes de inhibición de la corrosión se seleccionan de conformidad con la naturaleza de los materiales en los elementos a limpiar y/o descontaminar con la especie oxidante. Inhibidores de la corrosión que protegen contra la corrosión de aluminio y acero, incluyendo acero inoxidable, incluyen fosfatos, sulfatos, cromatos, dicromatos, boratos, molibdatos, vanadatos, y tungstatos. Algunos inhibidores adicionales de la corrosión del aluminio incluyen 8- hidroxiquinolina y orto-fenilfenol . Más específicamente, se prefieren fosfatos para la inhibición de la corrosión del acero inoxidable. Los fosfatos preferidos incluyen, sin limitarse a ellos, fosfato monosódico (MSP) , fosfato disódico (DSP) , tripolifosfato sódico (TSP) , hexametafosfato sódico (HMP) , y sulfato sódico, ya sea solo o en combinación. Boratos preferidos incluyen metaborato de sodio (NaB02) . Inhibidores de la corrosión de cobre y bronce incluyen triazoles, azoles, benzoatos, toliltriazoles, dimercaptotiadiazoles, y otros compuestos de anillo de 5 miembros. Los inhibidores de corrosión de cobre y bronce especialmente preferidos incluyen sales sódicas de benzotriazol y toliltriazol que se prefieren debido a su estabilidad en presencia de compuestos oxidantes fuertes. Se puede emplear también el mercaptobenzotiazol pero tiene propensión a ser oxidado o desestabilizado por oxidantes fuertes. El ácido salicílico es un ejemplo de un inhibidor de corrosión de benzoato aceptable. En agua dura, reguladores de fosfato e inhibidores de la corrosión tienden a provocar que las sales de calcio y magnesio presentes en el agua dura se clasifiquen y recubran los instrumentos en proceso de descontaminación y/o limpieza, y dejen también depósitos en partes del sistema de electrólisis. En estos casos, se proporciona de preferencia un agente de secuestro apropiado para evitar la precipitación como por ejemplo hexametafosfato sódico (HMP), o bien ácido nitrolotriacético trisódico (NTA NA3) . Puesto que el hexametafosfato sódico es también un inhibidor de la corrosión, sirve un doble propósito, tanto como inhibidor de la corrosión como agente de secuestro. Otros agentes de secuestro incluyen poliacrilatos sódicos. Evidentemente, si se emplea agua suave o desionizada, el agente de secuestro puede ser eliminado. Sin embargo, para asegurar una capacidad de aplicación universal con cualquier agua que pueda emplearse, la presencia de un agente de secuestro se prefiere. Un agente reductor de energía superficial se agrega opcionalmente a la solución de ácido peracético para incrementar la penetración en grietas de los elementos a tratar. Esto es particularmente importante cuando se limpian y descontaminan instrumentos médicos complejos que pueden contener contaminantes microbianos en grietas, juntas, y lúmenes. Agentes reductores de energía superficial que pueden emplearse de conformidad con la presente invención incluyen varios gentes de humedecimiento. Tales agentes de humedecimiento incluyen surfactantes aniónicos, catiónicos, no iónicos, anfotéricos y/o zwiteriónicos. Clases específicas de agentes de humedecimiento que son útiles incluyen surfactantes aniónicos y no iónicos o combinaciones de los mismos. Ejemplos de agentes de humedecimiento no iónicos que pueden emplearse en la presente invención incluyen surfactantes tales como éteres de poliglicol de alcoholes grasos, nonilfenoxipoli (etilenoxi) etanol, y polioxipropileno etoxilado. Ejemplos específicos incluyen Genapol UD- 50®, Igepal®, Fluowet®, y Pegal®. Los agentes de humedecimiento presentados arriba pueden emplearse solos o bien en combinación entre ellos. Las cantidades de inhibidor de corrosión y agentes de humedecimiento a agregar a la solución de ácido peracético variarán según el tipo de agente agregado y si o no se agregan uno o varios agentes. Los inhibidores inorgánicos de la corrosión están de preferencia presentes en cantidades que se ubican dentro de un rango de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 20.0% en peso por volumen (peso/volumen) . Inhibidores orgánicos de la corrosión se encuentran presentes de preferencia en cantidades que se ubican dentro de un rango de aproximadamente 0.01% a 5.0% peso/volumen. Los fosfatos son efectivos en concentraciones dentro de un rango de aproximadamente 0.01% a aproximadamente 11.0% peso/volumen. Los agentes de humedecimiento están presentes de preferencia en cantidades que se ubican dentro de un rango de aproximadamente 0.0001% a aproximadamente 5.0% peso/volumen. Con mayor preferencia, el agente de humedecimiento se encuentra presente en cantidades que se ubican dentro de un rango de aproximadamente 0.0001% a aproximadamente 0.5% peso/volumen. En un sistema cerrado, bajo presión, un septo 35 permite opcionalmente el retiro de muestras de anolito para análisis químico para el monitoreo de concentraciones de especies oxidantes, precursores, o bien otros aditivos. La unidad de electrólisis 10 descrita de esta forma tiene una amplia variedad de usos. Soluciones diluidas de la especie oxidante generada, como por ejemplo ácido peracético, se emplean con provecho para la esterilización o desinfección, aun cuando el ácido peracético, o bien otras especies oxidantes generadas, se emplea de manera opcional para otros propósitos. En una modalidad preferida, la unidad se emplea para generar lotes de solución de ácido peracético que pueden emplearse inmediatamente, para desinfectar o esterilizar elementos, o bien pueden almacenarse para uso posterior. El ácido acético u otro precursor se agrega a la unidad y se aplica un potencial oxidante correspondiente hasta obtener una concentración deseada de ácido peracético. El potencial aplicado es después suspendido y la solución sale de la cámara anódica a través de una línea de salida 36. A presiones relativamente bajas, la unidad produce fácilmente concentraciones de ácido peracético adecuadas para propósitos de desinfección. Concentraciones de ácido peracético de 10-20 ppm, concentraciones de ozono de hasta aproximadamente 1.6 ppm, y concentraciones de peróxido de hidrógeno de hasta aproximadamente 10 ppm se obtienen fácilmente. En presiones más altas, se generan opcionalmente soluciones más concentradas de ácido peracético. En otra modalidad, que se muestra en la figura 2, la unidad se emplea para producir una corriente de solución de ácido peracético, que se remueve de la cámara anódica conforme se genera a través de una línea de salida 36 y se lleva directamente a los elementos a descontaminar. Una línea de entrada 38 rellena la cámara anódica con una solución que incluye el precursor de ácido peracético. La modalidad es adecuada para varios propósitos, como por ejemplo descontaminación de equipo, incluyendo equipo para procesar alimentos y para propósitos farmacéuticos, para desinfectar empaques tales como recipientes para alimentos, y para esterilizar residuos y agua. Una tercera modalidad incluye la recirculación de una solución esterilizante o desinfectante a partir de un recipiente que comprende elementos a esterilizar o desinfectar, a través de la cámara anódica de la unidad de electrólisis y de regreso al recipiente. La solución es de preferencia recirculada de esta forma hasta lograr la concentración deseada de ácido peracético. Una vez lograda la concentración deseada, la recirculación puede proseguir de manera intermitente para mantener la concentración deseada de ácido peracético. Alternativamente, la solución es recirculada continuamente y el potencial positivo aplicado intermitentemente para mantener la concentración. Con referencia a la figura 3, un sistema para recircular especies oxidantes, como por ejemplo ácido peracético, a través de un sistema de descontaminación incluye la unidad de electrólisis 10 y un aparato de descontaminación microbiana A, configurado para asentarse sobre la parte superior de un mostrador o bien otra superficie de trabajo conveniente. Mientras el sistema se describe aquí con referencia particular al ácido peracético, se observará que variando la composición del precursor, el pH, materiales de electrodo, y similares, como previamente descritos e emplean alternativamente diferentes especies oxidantes o combinaciones de los mismos. Una puerta o tapa 40 puede abrirse manualmente para proporcionar acceso a un charola 42 que define una región de recepción 44 para recibir elementos a descontaminar en cuanto a microbios. En la modalidad ilustrada, la charola 42 es configurada para recibir dispositivos tales como endoscopios o bien otros elementos enrollables alargados. Otras charolas con regiones de recepción de elementos de configuraciones diferentes para recibir los elementos mismos o bien recipientes que contienen los elementos se contemplan también. Un pozo 46 recibe de preferencia una dosis unitaria de reactivos para formar una solución de esterilizante, desinfectante, o bien de otro tipo de descontaminación microbiana. La dosis de reactivos incluye un precursor de ácido peracético, de preferencia en forma sólida, como por ejemplo acetato de sodio o potasio. Alternativamente, el precursor de ácido peracético, que puede encontrarse en estado líquido o sólido se agrega a la unidad de electrólisis a partir del recipiente 24, o bien a través de cualquier otro medio adecuado. Un empaque C que contiene un reactivo, el cual contiene la dosis de reactivo, es insertado en el pozo 46. Opcionalmente, el precursor de ácido peracético se encuentra contenido separadamente de los demás reactivos dentro de la copa. Una vez cargados los elementos en la charola y una vez insertado en el pozo el paquete C que lleva el reactivo, se cierra la tapa 40 y se bloquea. Una proyección de abridor inferior o miembro 48 se coloca en el fondo del pozo 46 para enganchar una superficie inferior del paquete C conforme se inserta en el pozo. La proyección 48 corta o bien crea de otra forma una abertura en la copa, permitiendo que el agua en circulación disuelva o arrastre la dosis de reactivos. El agua y los reactivos circulan a través de la unidad de electrólisis hasta alcanzar una concentración seleccionada de ácido peracético. Opcionalmente, una válvula de fluido 50 pasa el agua a través de un filtro de remoción de microbio 52 en trayectorias de flujo de un sistema de circulación de fluido. El filtro de remoción de microbios 52 bloquea el pasaje de todas las partículas de aproximadamente 0.2 µ o más. El agua entrante, que ha pasado a través del filtro, es dirigida a través de una boquilla de rociado o distribución 54 y llena la región de recepción de elemento 44 en la charola 42. Conforme se recibe agua adicional, fluye en el pozo 46 disolviendo los reactivos sólidos o bien arrastrando los reactivos líquidos, en la copa C, formando una solución. El relleno prosigue hasta que todo el aire esté empujado a través de un sistema de aire 56 y hasta que se llene un volumen interior total con el agua. Después del cierre de la válvula de llenado 50, una bomba 58 hace circular el fluido a través de la región de recepción de elemento 44 de la charola, el pozo 46, la unidad de electrólisis 10, y, opcionalmente, un calentador 60. La bomba empuja también la solución antimicrobiana a través del filtro 52 hacia una válvula de retención 62 de descontaminación de filtro. Además, la bomba empuja la solución antimicrobiana a través de otro filtro para microbio 64 en el sistema de aire 56 hacia una válvula de retención 66. La circulación prosigue hasta alcanzar esterilización o desinfección. Un sensor de concentración de ácido peracético 68 detecta opcionalmente la concentración de ácido peracético en el aparato de descontaminación A. En una modalidad preferida, el sensor de concentración controla la aplicación del potencial a través del ánodo 16 y cátodo 18. En una modalidad alternativa, el sensor de concentración controla las válvulas que dirigen el flujo a través y alrededor de la unidad de electrólisis 10 hacia las concentraciones de control en el aparato de descontaminación. Cuando termina la descontaminación, se abre una válvula de drenaje 70, lo que permite el drenaje de la solución. Opcionalmente, la válvula de drenaje se conecta de manera fluida sobre la unidad de electrólisis para llevar la solución de ácido peracético empleada de regreso a la unidad para la destrucción de especies oxidantes. Se jala aire a través del filtro para microbios 64 de tal manera que un aire estéril remplace el fluido dentro del sistema. Después, la válvula de drenaje se cierra y la válvula de llenado 50 se abre otra vez para llenar el sistema con un fluido de enjuague estéril.

Mientras no pretendemos limitar la invención, los siguientes ejemplos son ilustrativos de los métodos de preparación de las soluciones antimicrobianas que contienen uno o varios agentes oxidantes. EJEMPLO 1 Generación de peróxido de hidrógeno y ozono en hidróxido de sodio La unidad de electrólisis de la figura 1 fue empleada para generar peróxido de hidrógeno y ozono. Una barra de grafito puro que tiene un área superficial de 21 cm2 se empleó como el cátodo. Antes del uso, el cátodo fue anodizado a través del siguiente procedimiento. El cátodo fue colocado en KH2P04 0.05 M y el pH fue ajustado a 6.88 con NaOH. Se aplicó un potencial de +1.6V al cátodo versus un electrodo de referencia de Ag/AgCl en NaCl 3M hasta que pase una carga total de 0.566 C/cm2. Se aplicó después un potencial de - 1.5 voltios al cátodo durante 1 minutos. El cátodo anodizado fue después insertado en la unidad de electrólisis, junto con un ánodo de platino. Se empeló NaOH 0.1 M a un pH de 12.54 como precursor. Una membrana de intercambio de protones NAFION 117 20 separaba las cámaras catódica y anódica. Se roció aire a través del católito durante 30 minutos. Un potencial de +1.6V versus el electrodo de referencia se aplicó después al ánodo de platino durante 30 minutos, mientras se seguía rociando aire. El potencial fue después elevado a '2.5 V y mantenido durante 18.5 horas adicionales. Concentraciones de peróxido de hidrógeno fueron medidas empleando un analizador CHEMetrics CHEMets. No se detectó peróxido de hidrógeno ni ozono en una hora. Después de 19.5 horas, se observaron cantidades medibles de estos agentes oxidantes. (0.6 ppm de 03 en el católito, 2 ppm de H202 en el anolito) . EJEMPLO 2 Generación de ácido peracético a partir de acetato de potasio a un pH alcalino La unidad de electrólisis de la figura 1 se empleó en la generación de ácido peracético a partir de una solución 5M de acetato de potasio a un pH de 9.15. Dos hojas de papel filtro P-5 de la marca Fisher se emplearon como barrera. El ánodo y el cátodo ambos fueron de platino, con un área superficial de 16.8 cm2. Un baño de hielo enfrió la unidad de electrólisis a una temperatura de aproximadamente 8-12 °C. El ánodo fue mantenido a un potencial de +3.2V. Se midió la concentración de ácido peracético espectrofotométricamente durante un período de 2 horas en términos de absorbencia. Después de 60 minutos, la concentración de ácido peracético se elevó a partir de una absorbencia inicial de 0.008 abs a 0.010 abs. Después de 2 horas, la absorbencia fue de 0.012 abs. EJEMPLO 3 Generación de ácido peracético a partir de acetato de potasio a un pH cercano a neutral Los procedimientos empleados en el ejemplo 2 fueron repetidos, excepto de conformidad con lo indicado. Se prepararon el anolito y el católito mediante la adición de ácido sulfúrico a acetato de potasio 5M, para llevar el pH a 7.2. Se removió el precipitado de sulfato de potasio y se introdujo la solución a la unidad de electrólisis. Se aplicó un potencial de +3.2V al ánodo versus el electrodo de referencia. (Voltaje real aplicado 9.6V). Se hicieron mediciones de ácido peracético, peróxido de hidrógeno y ozono. Después de 60 minutos, la concentración de ácido peracético del anolito fue de 10.34 ppm y la concentración de peróxido de hidrógeno fue de 3 ppm. Después de 2 horas se detectó una concentración de ozono de 1.6 ppm. La concentración de ácido peracético alcanzó 13.79 ppm después de 90 minutos, pero bajo posteriormente, lo que sugiere una migración de agentes oxidantes hacia el católito. EJEMPLO 4 Generación de ácido peracético a partir de acetato de potasio a un pH casi neutral en presencia de fluoruro de potasio y fosfato monosódico El procedimiento del ejemplo 3 fue seguido, excepto en cuanto a lo indicado. El electrolito fue preparado empleando acetato de potasio 5M, 0.2 g/L de fluoruro de potasio, y una solución de fosfato monosódico 0.5 M. Se agregó ácido sulfúrico para llevar el pH a 7.14. Se hicieron mediciones de ácido peracético y ozono. Después de 60 minutos, a un potencial de +2.5V versus el electrodo de referencia (voltaje real aplicado 9.6V), la concentración de ácido peracético en el anolito fue de 6.33 ppm (0.010 abs). Después de 90 minutos, la concentración fue de 10.13 ppm (0.011 abs.). Se detectó una concentración de ozono mayor que 1 ppm después de 2 horas. EJEMPLO 5 Generación de ácido peracético y ozono a presión superior a la presión atmosférica Se emplearon los procedimientos del ejemplo 3, excepto de conformidad con lo indicado. La presión del anolito fue mantenida a un nivel comprendido entre 2 y 6 p.s.i.g., y se empleó un filtro NAFION PEM para la barrera 20. Se ajustó el electrolito de acetato de potasio 5M a un pH de 6.98 con ácido sulfúrico. Se detectó 0.6 ppm de ozono después de 180 minutos. Se midió la concentración de ácido peracético cada 30 minutos durante 180 minutos, y se alcanzó un pico de 19.23 ppm a los 120 minutos, cayendo a 7.69 ppm después de 150 minutos. EJEMPLO 6 Generación de ácido peracético, peróxido de hidrógeno y ozono a presión superior a la presión atmosférica a partir de acetato de sodio Se emplearon los procedimientos del ejemplo 5, excepto de conformidad con lo indicado. Se empleó una solución 2.5 M de acetato de sodio, ajustada a un pH de 6.66 con ácido sulfúrico como el electrolito (una solución 5M no podía ser preparada debido a problemas de solubilidad) . Se aplicó un potencial de +4.77V versus el electrodo de referencia (voltaje real aplicado 9.5V). La presión del electrolito en la unidad de electrólisis se mantuvo a un nivel comprendido entre 2 y 10 p.s.i.g. mediante introducción de aire a través del septo con una jeringa. Se midieron las concentraciones de ácido peracético y peróxido de hidrógeno a intervalos de 30 minutos durante 2 horas. El anolito alcanzó una concentración máxima de ácido peracético de 4.55 después de 90 minutos. La concentración de peróxido de hidrógeno en el anolito alcanzó 10 ppm y se mantuvo estable a 10 ppm después de 60 minutos. Se detectó un ppm de ozono en el anolito después de 120 minutos. EJEMPLO 7 Generación de ácido peracético, peróxido de hidrógeno, y ozono a temperatura superior a la temperatura ambiente, en presencia de surfactantes e inhibidores de la corrosión Una composición anticorrosión y surfactante comercial que contenía fosfato e inhibidores de la corrosión, empleada comúnmente en la esterilización con ácido peracético, se agregó a un acetato de potasio 5M y se ajustó el pH a 6.96 empleando ácido sulfúrico. Después de la decantación del precipitado, se agregó la solución a una unidad de electrólisis con un ánodo de platino y un cátodo de platino, separados por una membrana celular NAFION PEM. La unidad de electrólisis fue colocada en un baño de agua caliente, lo que mantuvo la temperatura dentro de la unidad de electrólisis en un rango de 30 a 40°C. Se aplicó un potencial de +4.46V versus un electrodo de referencia de Ag/AgCl en NaCl 3M. Después de 30 minutos, las concentraciones de ácido peracético y peróxido de hidrógeno fueron 2.7 y 5 ppm, respectivamente. La concentración de peróxido de hidrógeno se elevó ligeramente en el periodo de 1 y media hora siguientes, mientras que la concentración de ácido peracético permaneció estable. Se detectó menos que 1 ppm de ozono después de 2 horas . EJEMPLO 8 Generación de ácido peracético, peróxido de hidrógeno, y ozono en pH bajo, en presencia de surfactantes e inhibidores de la corrosión Los procedimientos del ejemplo 7 fueron repetidos con las siguientes excepciones. La unidad de electrólisis fue enfriada con un baño de hielo y el pH fue ajustado a 5.96 con ácido sulfúrico. Se aplicó un potencial inicial de +4.8V versus ánodo de referencia Ag/AgCl en NaCl 3M. (El voltaje real aplicado fue de 9.5V). Después de 30 minutos, la concentración de ácido peracético que de 2 ppm, elevándose a 4 ppm después de 2 horas. La concentración de peróxido de hidrógeno se elevó de aproximadamente 5 ppm a los 30 minutos, aproximadamente 10 ppm después de 2 horas. Se detectó menos que 1 ppm de ozono después de 2 horas. EJEMPLO 9 Generación de ácido peracético, peróxido de hidrógeno, y ozono a partir de acetato de potasio 0.5M, en presencia de surfactantes e inhibidores de la corrosión Se siguieron los procedimientos del ejemplo 7, excepto en cuanto a lo indicado. Se empleó una concentración baja de electrolito. Se empleó acetato de potasio 0.5M en vez de acetato de potasio 5M. La unidad de electrólisis fue enfriada en un baño de hielo para mantener una temperatura de 13.5- 15°C. El pH de la solución de electrolito fue ajustado a 6.93 empleando ácido sulfúrico. Se aplicó un potencial inicial de +4.28V versus un electrodo de referencia de Ag/AgCl en NaCl 3M. (El potencial real aplicado fue de 9.5V9. La concentración de ácido peracético permaneció estable a 1.84 ppm después de 30 minutos. La concentración de peróxido de hidrógeno fue de 5ppm después de 30 minutos y 10 ppm después de 2 horas.

EJEMPLO 10 Generación de ácido peracético, peróxido de hidrógeno, y ozono en una célula de flujo La generación de especies oxidantes en un sistema de flujo fue estudiada con un ánodo de platino y cátodo de platino en la unidad de electrólisis. Se empleó acetato de potasio 5M como electrolito con un filtro NAFION PEM. El pH fue ajustado a 6.71 con ácido sulfúrico y el anolito y católito fueron circulados a través de trayectorias de flujo separadas y devueltos a la unidad de electrólisis. Dos bombas peristálticas fueron empleadas para recircular las soluciones de electrolito. Un intercambiador de calor de vidrio en un baño de enfriamiento enfrió las soluciones en las trayectorias de flujo. La unidad fue activada durante 150 minutos. La concentración de ácido peracético permaneció constante a 1.71 ppm después de 30 minutos. La concentración de peróxido de hidrógeno alcanzó un ppm después de una hora y permaneció constante a 2 ppm después de una hora y media. Se detectó 0.6 ppm de ozono a las 3 horas.

Claims (2)

1. \ 35 REIVINDICACIONES * . Un método para descontaminar microbianamente elementos con una especie oxidante, el método comprende la generación electroquímica de una solución antimicrobiana que contiene la especie oxidante, que incluye la separación de una cámara anódica (12) y una cámara catódica (14) de una célula electroquímica (10) con una barrera (20) sustancialmente impermeable a la especie oxidante, y la aplicación de un potencial positivo a un ánodo (16) en la cámara anódica para convertir un precursor en un electrolito adyacente a al menos uno del ánodo y cátodo (18) en la especie oxidante, el método se caracteriza por lo siguiente: generar electroquímicamente ácido peracético como al menos un componente significativo de la especie oxidante, la concentración de ácido peracético en la solución antimicrobiana es de aproximadamente 10 ppm o más ; transportar la solución antimicrobiana que contiene ácido peracético a lo largo de una trayectoria de flujo de fluido hacia un sitio (44) en donde los elementos deben ser descontaminados microbianamente; y poner en contacto los elementos con la solución antimicrobiana que contiene el ácido peracético para descontaminarlos microbianamente . El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la especie oxidante incluye además un agente oxidante seleccionado dentro del grupo que consiste de ozono, peróxido de hidrógeno, y combinaciones de los mismos. 3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el precursor incluye un donador de acetilo. 4. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el donador de acetilo se selecciona dentro del grupo que consiste de acetato de potasio, acetato de sodio, ácido acético, acetaldehído, y combinaciones de los mismos. . El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el donador de acetilo es acetato de potasio, a una concentración de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 5M. . El método de cualesquiera de las reivindicaciones anteriores 1-5, caracterizado además porque el electrolito incluye además un aditivo seleccionado dentro del grupo que consiste de inhibidores de la corrosión, surfactantes, agentes de secuestro, y combinaciones de los mismos. . El método de cualesquiera de las reivindicaciones anteriores 1-6, caracterizado además porque el electrolito es sometido a una presión superior a la presión atmosférica.

   8. El método de cualesquiera de las reivindicaciones anteriores 1-7, caracterizado además porque la temperatura del electrolito es aproximadamente la temperatura ambiente o bien superior a dicha temperatura ambiente. 9. El método de cualesquiera de las reivindicaciones anteriores 1-8, que se caracteriza además porque: las especies oxidantes usadas se recirculan desde el sitio hacia la célula electroquímica para su regeneración. 10. El método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores 1-9, que se caracteriza además porque: se monitorea la concentración de la especie oxidante, y se ajusta la velocidad a la cual se regenera la especie oxidante. 11. El método de cualesquiera de las reivindicaciones anteriores 1-10, que se caracteriza además porque: se regula el electrolito a un pH aproximadamente neutral.
2. 2. Un sistema (A) para la descontaminación antimicrobiana del dispositivo que comprende una célula electroquímica (10) que incluye un ánodo (16) y un cátodo (18) separados por una barrera (20) que es sustancialmente impermeable a una especie oxidante, una fuente de un potencia eléctrico (22) conectada a al menos uno del ánodo y del cátodo, y un electrolito adyacente al menos a uno del ánodo y cátodo, el sistema se caracteriza porque contiene: un precursor en el electrolito que puede convertirse en ácido peracético en una concentración de aproximadamente 10 ppm o más mediante la aplicación de un potencial a al menos uno del ánodo y cátodo, la especie oxidante incluye ácido peracético; y una trayectoria de flujo de fluido (36) que transporta el ácido peracético generado a partir de la célula electroquímica hacia un sitio (44) en donde el dispositivo debe ser descontaminado microbianamente por el ácido peracético. . El sistema de conformidad con la reivindicación 12 donde el sitio (44) en el cual un dispositivo debe ser descontaminado microbianamente comprende un recipiente (42) que recibe el dispositivo, el recipiente se encuentra conectado de manera fluida con la trayectoria de flujo de fluido.