ES2313731T3 - Complejos de peroxido de hidrogeno de sales inorganicas y sintesis de los mismos. - Google Patents

Abstract

SE PUEDEN OBTENER COMPLEJOS DE SALES INORGANICAS CON PEROXIDO DE HIDROGENO, MEZCLANDO LA SAL DESEADA CON SUFICIENTE AGUA PARA FORMAR UNA PASTA BLANDA, MEZCLAR DICHA PASTA CON UNA DISOLUCION ACUOSA DE PEROXIDO DE HIDROGENO Y, A CONTINUACION, SECAR LA PASTA RESULTANTE, QUE CONTIENE PEROXIDO DE HIDROGENO. LA SAL PUEDE SER, POR EJEMPLO, UNA SAL DE FOSFATO O FOSFATO CONDENSADO DE SODIO, POTASIO, CALCIO O MAGNESIO.

Description

Complejos de peróxido de hidrógeno de sales inorgánicas y síntesis de los mismos.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

Esta invención se refiere a un procedimiento para sintetizar complejos de peróxido de hidrógeno inorgánico y a determinados complejos de peróxido de hidrógeno inorgánico.

Descripción de la técnica relacionada

Los instrumentos médicos se han esterilizado tradicionalmente usando bien calor, como por ejemplo el proporcionado por vapor de agua, o por un producto químico, como por ejemplo formaldehído u óxido de etileno en estado de gas o vapor. Cada uno de estos procedimientos tiene inconvenientes. Muchos dispositivos médicos, como por ejemplo dispositivos de fibra óptica, endoscopios, máquinas herramientas, etc. son sensibles al calor, la humedad o a ambos. El formaldehído y el óxido de etileno son ambos gases tóxicos que representan un riesgo potencial para el personal médico. Los problemas con el óxido de etileno son particularmente graves, porque su uso requiere tiempos de aireación largos para eliminar el gas de los artículos que se han esterilizado. Esto alarga indeseablemente el tiempo del ciclo de esterilización. Además, tanto el formaldehído como el óxido de etileno requieren de la presencia de una cantidad sustancial de humedad en el sistema. Por tanto, los dispositivos que se van a esterilizar tienen que humidificarse antes de que se introduzca el producto químico o se introducen simultáneamente el producto químico y la humedad. La humedad representa un papel en la esterilización con distintos productos químicos diferentes, en estado gaseoso o de vapor, además del óxido de etileno o el formaldehído, como se muestra en la Tabla 1.

TABLA 1

1

La esterilización que usa vapor de peróxido de hidrógeno ha demostrado que tiene algunas ventajas sobre otros procedimientos de esterilización química (véase por ejemplo, las Patentes de EE.UU. nº 4.169.123 y 4.169.124) y la combinación de peróxido de hidrógeno con plasma proporciona ventajas adicionales, como se revela en la Patente de EE.UU. nº 4.643.876. En estas revelaciones el vapor de peróxido de hidrógeno se genera a partir de una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno, lo que asegura que haya humedad en el sistema. Estas revelaciones, junto con las resumidas en la Tabla 1, muestran que se requiere humedad para que la fase de vapor del peróxido de hidrógeno sea efectiva o presente su actividad esporicida máxima. Sin embargo, el uso de disoluciones acuosas de peróxido de hidrógeno para generar vapor de peróxido de hidrógeno para la esterilización podría provocar problemas. A presiones superiores, como por ejemplo la presión atmosférica, el agua excedente en el sistema podría provocar condensación. Por tanto, la humedad relativa en el recinto de esterilización tiene que reducirse antes de introducir el vapor acuoso de peróxido de hidrógeno.

La esterilización de artículos que contienen áreas de difusión restringida, como, por ejemplo, lúmenes largos y estrechos, presenta un especial desafío para el vapor de peróxido de hidrógeno que se ha generado a partir de una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno, debido:

1.

El agua tiene una presión de vapor mayor que la del peróxido de hidrógeno y se evaporará más rápido que el peróxido de hidrógeno desde la disolución acuosa.

2.

El agua tiene un peso molecular inferior al del peróxido de hidrógeno y se difundirá más rápido que el peróxido de hidrógeno en estado de vapor.

Debido a esto, cuando se evapora una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno, el agua alcanza los elementos que se van a esterilizar primero y en una concentración mayor. El vapor de agua, por tanto, restringe la penetración del vapor de peróxido de hidrógeno en las áreas de difusión restringida, como las pequeñas grietas y los lúmenes largos y estrechos. La eliminación de agua de la disolución acuosa y el uso de peróxido de hidrógeno más concentrado pueden ser peligrosos debido a la naturaleza oxidante de la disolución.

Las Patentes de EE.UU. nº 4.642.165 y 4.744.951 intentan resolver este problema. La primera revela la dosificación de incrementos pequeños de una disolución de peróxido de hidrógeno sobre una superficie térmica para asegurar que cada uno de los incrementos se evaporará antes de que se añada el siguiente incremento. Aunque esto ayuda a eliminar la diferencia en la presión de vapor y la volatilidad entre el peróxido de hidrógeno y el agua, no resuelve el hecho de que el agua difunde más rápido que el peróxido de hidrógeno en el estado de vapor.

La última patente describe un procedimiento para la concentración de peróxido de hidrógeno a partir de una disolución relativamente diluida de peróxido de hidrógeno y agua, y el suministro del peróxido de hidrógeno concentrado en forma de vapor a la cámara de esterilización. El procedimiento implica la evaporación de una porción importante de agua de la disolución y la eliminación del vapor de agua producido antes de inyectar el vapor de peróxido de hidrógeno concentrado en la cámara de esterilización. El intervalo preferido para la disolución de peróxido de hidrógeno concentrada es del 50% al 80% en peso. Este procedimiento tiene la desventaja de que trabaja con disoluciones que están en el intervalo de peligro; esto es, que son superiores al 65% de peróxido de hidrógeno, y también, que no elimina toda el agua del estado de vapor. Debido a que todavía hay agua en la disolución, ésta se evaporará primero, difundirá más rápido, y alcanzará los artículos que se van a esterilizar primero. Este efecto será especialmente pronunciado en lúmenes largos y estrechos.

La Patente de EE.UU. nº 4.943.414 revela un procedimiento en el que un recipiente que contiene una pequeña cantidad de una disolución esterilizante en un líquido evaporable se conecta a un lumen, y el esterilizante se evapora y fluye directamente dentro del lumen del artículo, a medida que la presión se reduce durante el ciclo de esterilización. Este sistema tienen la ventaja de que el agua y el vapor de peróxido de hidrógeno se empujan hacia el lumen mediante la presión diferencial que existe, lo que incrementa la tasa de esterilización para lúmenes, pero tiene la desventaja de que se necesita unir el recipiente a cada uno de los lúmenes que se van a esterilizar. Además, el agua se evapora más rápido y precede al vapor de peróxido de hidrógeno dentro del lumen.

La Patente de EE.UU. nº 5.008.106 revela que un complejo de PVP y H_{2}O_{2}, sustancialmente anhidro, es útil para reducir el contenido microbiano de las superficies. El complejo, en la forma de un polvo fino blanco, se usa para formar disoluciones, geles, pomadas, etc., microbicidas. Se puede aplicar también a gasas, compresas de algodón, esponjas y similares. El H_{2}O_{2} se libera tras el contacto con el agua presente sobre las superficies que contienen los microbios. Así, este procedimiento requiere también la presencia de humedad para efectuar la esterilización.

Se han descrito determinados complejos de peróxido de hidrógeno inorgánico que incluyen ejemplos de las siguientes clases: carbonatos de amonio y de metales alcalinos, oxalatos de metales alcalinos, fosfatos de metales alcalinos, pirofosfatos de metales alcalinos, fluoruros e hidróxidos. El documento de patente de la URSS nº SU 168 1860 (Nikolskaya et al.) revela que se pueden descontaminar superficies, aunque no necesariamente esterilizar, utilizando fluoruro de amonio peroxohidratado (NH_{4}F\cdot H_{2}O_{2}). Sin embargo, este complejo de peróxido de hidrógeno inorgánico proporciona descontaminación sólo en un intervalo de temperatura muy estrecho, de 70-86ºC. Incluso en este intervalo, los tiempos de descontaminación fueron bastante largos, requiriendo al menos dos horas. Además, se sabe que el fluoruro de amonio se descompone a amonio y ácido fluorhídrico a temperaturas superiores a 40ºC. Debido a su tonicidad y a su reactividad, el ácido fluorhídrico es indeseable en la mayoría de los sistemas de esterilización. Además, Nikolskaya et al. revelan que, a pesar de una liberación del 90% de su peróxido de hidrógeno a 60ºC, el NH_{4}F\cdot H_{2}O_{2} es inefectivo para la descontaminación de superficies a esta temperatura. Así, parece que un factor distinto del peróxido de hidrógeno es el responsable de la descontaminación observada.

El peróxido de hidrógeno es capaz de formar complejos tanto con compuestos orgánicos como inorgánicos. La unión en estos complejos se atribuye a enlaces de hidrógeno entre los grupos funcionales ricos en electrones en el compuesto acomplejado y el peróxido de hidrógeno. Los complejos se han utilizado en aplicaciones comerciales e industriales, como por ejemplo como agentes de blanqueado, desinfectantes, agentes de esterilización, reactivos de oxidación en síntesis orgánica, y catalizadores de reacciones de polimerización inducidas por radicales libres.

Generalmente, estos tipos de compuestos se han preparado mediante la cristalización del complejo a partir de una disolución acuosa. Por ejemplo, Lu et al. (J. Am. Chem. Soc. 63 (1): 1507-1513 (1941)) prepararon un complejo de peróxido de hidrógeno y urea en fase líquida por la adición de una disolución de urea a una disolución de peróxido de hidrógeno y dejando que el complejo cristalizara bajo las condiciones apropiadas. La Patente de EE.UU. No. 2.986.488 describe la preparación del complejo de peróxido de hidrógeno y carbonato sódico mediante el tratamiento de una disolución acuosa saturada de Na_{2}CO_{3} con una disolución del 50 al 90% de H_{2}O_{2} en un sistema cíclico cerrado, a una temperatura de 0 a 5ºC, durante 4 a 12 horas. Más recientemente, la Patente de EE.UU. nº 3.870.783 revela la preparación de un complejo de peróxido de hidrógeno y carbonato sódico haciendo reaccionar disoluciones acuosas de peróxido de hidrógeno y carbonato sódico en una mezcla o en un cristalizador continuo. Los cristales se separan mediante filtración o centrifugación y los licores se utilizan para producir más disolución de carbonato sódico. Titova et al., (Zhurnal Neorg. Khim., 30: 2222-2227, 1985) describen la síntesis de carbonato de potasio peroxihidratado (K_{2}CO_{3}\cdot3H_{2}O_{2}) mediante la reacción de carbonato potásico sólido con una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno a baja temperatura seguido por la cristalización del complejo a partir de etanol. Estos procedimientos funcionan bien para complejos de peróxido que forman productos de libre fluencia cristalinos, estables, a partir de una disolución acuosa.

Las Patentes de EE.UU. nº 3.376.110 y 3.480.557 revelan la preparación de un complejo de peróxido de hidrógeno con un compuesto polimérico N-vinilheterocíclico (PVP) a partir de una disolución acuosa. Los complejos resultantes contienen cantidades variables de peróxido de hidrógeno y cantidades sustanciales de agua. La Patente de EE.UU. nº 5.008.093 describe que se pueden obtener complejos de PVP y H_{2}O_{2} de libre fluencia, estables y sustancialmente anhidros, haciendo reaccionar una suspensión de PVP y una disolución de H_{2}O_{2} en un disolvente orgánico anhidro similar al acetato de etilo. Más recientemente, la Patente de EE.UU. nº 5.077.047 describe un procedimiento comercial para la producción del producto peróxido de hidrógeno-PVP mediante la adición de gotitas finamente divididas de una disolución acuosa del 30% al 80% en peso de peróxido de hidrógeno a un lecho fluidificado de PVP, mantenido a una temperatura de temperatura ambiente a 60ºC. Se observó que el producto resultante era un polvo suelto estable, sustancialmente anhidro, con una concentración de peróxido de hidrógeno del 15 al 24%.

La Patente de EE.UU. nº 5.030.380 describe la preparación de un complejo electrolítico polimérico sólido con peróxido de hidrógeno mediante la formación, en primer lugar, de un complejo en una disolución acuosa, y posteriormente, el secado del producto de reacción bajo vacío o por secado por pulverización a una temperatura suficientemente baja para evitar la degradación térmica del producto. El documento US-3.809.746 revela un procedimiento para la preparación de K_{2}O_{2}. H_{2}O_{2} que comprende la mezcla de KOH y una disolución acuosa concentrada de H_{2}O_{2} bajo alto vacío. Una publicación de Menzel et al., (Zeitschrift für anorganische und allgemeine, Chemie, vol. 164, nº 6, páginas 187-214, 1927) revela distintos complejos de peróxido de hidrógeno y fosfato sódico y potásico, como por ejemplo Na_{2}HPO_{4}.2 H_{2}O_{2}, Na_{4}P_{2}O_{7}.3 H_{2}O_{2}, KH_{2}PO_{4}.1,25 H_{2}O_{2}, KH_{2}PO_{4}. 1 H_{2}O_{2}, K_{2}HPO_{4}. 2,5 H_{2}O_{2} y K_{4}P_{2}O_{7}. 3,5 H_{2}O_{2}.

Titova et al., (Russ. J. Inorg. Chem., 40: 384-387, 1995) formaron un complejo Na_{4}P_{2}O_{7}.3 H_{2}O_{2} mediante la mezcla de Na_{4}P_{2}O_{7}.10 H_{2}O con una disolución del 30-90% de H_{2}O_{2} seguido por secado mediante vacío. Se observó que el complejo se descomponía parcialmente tras una exposición isotérmica de dos horas al 120ºC y 140ºC.

Todos estos procedimientos previos de preparación de complejos de peróxido de hidrógeno usan disoluciones de peróxido de hidrógeno. El complejo se forma bien en una disolución que contiene peróxido de hidrógeno o bien se pulverizan gotitas de una disolución de peróxido de hidrógeno sobre un lecho fluidificado del material reactivo.

Las reacciones en fase de vapor y en fase de gas son procedimientos de síntesis muy conocidos. Por ejemplo, la Patente de EE.UU. No. 2.812.244 revela un procedimiento de sólido-gas para la deshidrogenación, el craqueo térmico y la desmetanización. Fujimoto et al. (J. Catalysis, 133: 370-382 (1992)) describen una carboxilación de metanol en fase de vapor. Zellers et al. (Anal. Chem., 62: 1222-1227 (1990)) discuten la reacción de vapor de estireno con un complejo de organoplatino plano cuadrado. Sin embargo, no se utilizaron estas reacciones en fase de vapor y gas de la técnica anterior para formar complejos de peróxido de hidrógeno.

Resumen de la invención

Un aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento en pasta para la generación de un complejo de peróxido de hidrógeno y una sal inorgánica. Este procedimiento incluye las etapas siguientes: (a) mezcla de una sal con agua suficiente durante un tiempo suficiente para formar una pasta suave, (b) mezclado de la pasta con una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno para formar una pasta que contiene peróxido de hidrógeno, y (c) secado de la pasta que contiene peróxido de hidrógeno. La sal puede ser cualquiera entre distintas sales inorgánicas, que incluyen una sal fosfato o una sal fosfato condensada. Los cationes preferidos en la sal incluyen sodio, potasio, calcio o magnesio. Así, una sal preferida es Na_{2}P_{2}O_{7}, especialmente cuando el complejo resultante tiene dos o más moléculas de H_{2}O_{2}, como por ejemplo Na_{4}P_{2}O_{7}.3 H_{2}O_{2}, Otro complejo preferido es un complejo K_{3}PO_{4}, especialmente cuando forma complejo con dos o más moléculas de H_{2}O_{2}, como por ejemplo K_{3}PO_{4}.3 H_{2}O_{2}. Otras sales inorgánicas preferidas incluyen las sales silicato, especialmente cuando el catión es sodio. Así, un complejo preferido es un complejo de Na_{2}SiO_{3}, especialmente cuando forma complejo con una o más moléculas de H_{2}O_{2}. La disolución acuosa de peróxido de hidrógeno usada tiene, preferentemente, una concentración de entre aproximadamente el 12 y aproximadamente el 80 por ciento. La etapa de secado puede implicar vacío y/o un horno de secado.

La invención se refiere también a distintas composiciones de materia, que incluyen aquellas que incorporan cualquiera de las sales siguientes: K_{2}HPO_{4}.n H_{2}O_{2} (en la que n=3 o B.15), Ca_{2}P_{2}O_{7}.n H_{2}O_{2} o Mg_{2}P_{2}O_{7}.n H_{2}O_{2}.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es un esquema de un aparato de esterilización con vapor.

La Figura 2 es un esquema de un aparato de esterilización con vapor que incluye un electrodo que se usa opcionalmente para generar plasma.

La Figura 3A es un esquema de un dispositivo que se puede usar para calentar los complejos de peróxido.

La Figura 3B es un esquema de un contenedor preferido para mantener la fuente de peróxido, para la esterilización según la presente invención.

La Figura 4 es una gráfica que representa la liberación de vapor de peróxido de hidrógeno a partir de un complejo inestable al vacío, no acuoso, de peróxido y anhídrido de glicina.

La Figura 5 es un esquema de un sistema de control de la presión de un calorímetro de barrido diferencial (DSC), usado para determinar la liberación de peróxido de hidrógeno o las propiedades de descomposición de los complejos de peróxido inorgánico, según la presente invención.

La Figura 6 es una gráfica que muestra el efecto de la presión sobre la liberación de peróxido de hidrógeno a partir de un complejo de peróxido y oxalato potásico, con un agujero pequeño sobre la tapa que cubre al complejo.

La Figura 7A es una vista esquemática de un fuelle para introducir el vapor de peróxido dentro de una cámara antes de introducir el vapor de peróxido.

La Figura 7B es una vista esquemática del fuelle de la Figura 7A que muestra una placa térmica en contacto con un complejo peróxido, durante la introducción.

La Figura 8 es una vista esquemática de una cámara de esterilización y de un aparato de calentamiento para complejos de peróxido de hidrógeno inorgánico.

La Figura 9 es una vista esquemática de una capa difusa empaquetada de un complejo de peróxido de hidrógeno, para su uso en la esterilización con vapor.

La Figura 10 muestra el efecto de una cubeta de aluminio abierta y de una cubeta con dos agujeros en la tapa que cubre al complejo, sobre las curvas DSC de K_{2}C_{2}O_{7}.H_{2}O_{2} a presión atmosférica.

La Figura 11A es un perfil DSC de Na_{4}P_{2}O_{7}.2 H_{2}O_{2} y Na_{4}P_{2}O_{7}.3 H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr).

La Figura 11B es un perfil DSC de Na_{4}P_{2}O_{7}.4 H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr).

La Figura 12 es un perfil DSC de Na_{3}PO_{4}.5 H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr), a 0,9 KPa (7 Torr) y a 0,05 KPa (0,35 Torr).

La Figura 13 muestra perfiles DSC de Na_{2}HPO_{4}.1 H_{2}O_{2} y Na_{2}HPO_{4}.2 H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr).

La Figura 14 muestra un perfil DSC de Na_{5}P_{3}O_{10}.H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr).

La Figura 15 muestra un perfil DSC de K_{3}PO_{4}.3,34 H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr), a 0,9 KPa (7 Torr) y a 0,133 KPa (1 Torr).

La Figura 16 es un perfil DSC de K_{4}P_{2}O_{7}.7H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr) y a 0,9 KPa (7 Torr).

La Figura 17 muestra un perfil DSC de K_{2}HPO_{4}.3,15 H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr) y a 0,133 KPa (1 Torr).

La Figura 18 muestra un perfil DSC de KH_{2}PO_{4}.H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr).

La Figura 19 muestra un perfil DSC de Na_{2}CO_{3}.1,5 H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr) y a 0,9 KPa (7 Torr).

La Figura 20 muestra un perfil DSC de Ca_{2}P_{2}O_{7}.3,42 H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr).

La Figura 21 es un perfil DSC de Mg_{2}P_{2}O_{7}.4,60 H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr) y a 0,9 KPa (7 Torr).

La Figura 22 es un perfil DSC de Na_{2}SO_{4}.1,28 H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr).

La Figura 23 es un perfil DSC de K_{2}SO_{4}.O,62 H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr).

La Figura 24 es un perfil DSC de Na_{2}SiO_{3}.2,15 H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr) 0,1/3 KPa (1 Torr) y 0,067 KPa (0,5 Torr).

La Figura 25 es un perfil DSC de Na_{2}SiO_{7}.0,6H_{2}O_{2} a 101 KPa (760 Torr).

Descripción detallada de la invención

Esta solicitud contiene determinadas revelaciones de la Solicitud en tramitación nº 08/549.425 de los solicitantes, presentada el 27 de octubre de 1995, la revelación de la cual se incorpora en esta memoria por referencia (véase EP-A-0780130).

Los esterilizadores por peróxido de hidrógeno que se han utilizado en el pasado usaban, invariablemente, una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno como su fuente de esterilizante. Estos esterilizadores tienen desventajas provocadas por la presencia de agua en el sistema. A presiones superiores, como por ejemplo la presión atmosférica, el agua excedente en el sistema puede provocar condensación. Esto requiere que se realice una etapa adicional para reducir hasta un nivel aceptable la humedad relativa de la atmósfera en el recinto que se va a esterizar, antes de introducir el vapor de peróxido de hidrógeno acuoso. Estos esterilizadores tienen también inconvenientes provocados por los hechos de que el agua, que tiene una presión de vapor mayor, se evapora más rápidamente que el peróxido de hidrógeno desde una disolución acuosa; y de que el agua, que tiene un peso molecular inferior, difunde más rápido que el peróxido de hidrógeno. Cuando un dispositivo médico o similar se encierra en un esterilizador, el esterilizante inicial que alcanza el dispositivo desde una fuente de peróxido de hidrógeno, está diluido en comparación con la concentración de la fuente. El esterilizante diluido puede ser una barrera para el esterilizante que llega más tarde, particularmente si el dispositivo que se está esterilizando es un artículo, como por ejemplo un endoscopio, que tiene lúmenes estrechos. La utilización de una disolución concentrada de peróxido de hidrógeno como fuente, para intentar superar estos inconvenientes, no es satisfactoria, debido a que las disoluciones de este tipo son peligrosas.

En la presente invención, las deficiencias de los esterilizadores de peróxido de hidrógeno de la técnica anterior se superan mediante el uso de una fuente de peróxido de hidrógeno, sustancialmente no acuosa (esto es, sustancialmente anhidra), que libera un vapor de peróxido de hidrógeno, sustancialmente no acuoso. En una forma de realización preferida, el vapor de peróxido de hidrógeno, sustancialmente no acuoso, se produce directamente a partir de un complejo de peróxido de hidrógeno, sustancialmente no acuoso. Sin embargo, el vapor de peróxido de hidrógeno, sustancialmente no acuoso, se puede generar también a partir de un complejo acuoso que se procesa durante la evaporación para eliminar el agua, como por ejemplo bajo vacío. Así, cuando se usa un complejo de peróxido de hidrógeno acuoso, el complejo acuoso se puede convertir a un complejo de peróxido de hidrógeno, sustancialmente no acuoso, a la vez que se lleva a cabo el procedimiento de la presente invención. Preferentemente, los complejos de peróxido de hidrógeno, sustancialmente no acuosos, contienen menos de aproximadamente el 20% de agua, más preferentemente no más de aproximadamente el 10% de agua, todavía más preferentemente no más de aproximadamente el 5% de agua, y lo más preferentemente no más de aproximadamente el 2% de agua.

Como se deduce de los porcentajes de agua preferidos en los complejos de peróxido de hidrógeno, sustancialmente no acuosos, usados en la presente invención, como los proporcionados anteriormente, los complejos de peróxido de hidrógeno más preferidos y el vapor de peróxido generado a partir de los mismos, están sustancialmente libres de agua. No obstante, como ese deduce también de estos números, puede haber algo de agua presente en el sistema. Parte de este agua podría derivar de la descomposición del peróxido de hidrógeno para formar agua y oxígeno como subproductos y puede ocurrir la unión de parte del hidrógeno de este agua al complejo.

El efecto del agua se midió en una serie de análisis, con una cámara de esterilización mantenida a humedades relativas diferentes. Las condiciones de análisis fueron las descritas en el Ejemplo 1, a continuación, manteniéndose las esporas sobre hojas de acero inoxidable (AI) en lúmenes de acero inoxidable de 3 mm x 50 cm. Como se muestra en la Tabla 2, bajo las condiciones del análisis, el 5% de humedad relativa no tiene efecto sobre la eficacia, pero el 10% de humedad relativa disminuye la tasa de esterilización. Este ejemplo muestra que se pueden permitir pequeñas cantidades de humedad en el sistema con peróxido de hidrógeno generado a partir de un complejo de peróxido no acuoso, y la presencia de agua en el sistema se puede superar incrementando el tiempo de exposición.

TABLA 2 Efectos de la humedad relativa en la eficacia Hojas Al en lúmenes de Al de 3 mm x 50 cm

2

Un criterio primario para la composición de la fuente de peróxido de hidrógeno es la relación entre su estabilidad y la tasa de evaporación del peróxido de hidrógeno en función de la temperatura y de la presión. Dependiendo de los parámetros del proceso de esterilización, por ejemplo presión, temperatura, etc., se podría preferir una tasa de evaporación de peróxido más alta o más baja, y se podría, o no, requerir el calentamiento de la fuente de peróxido. La necesidad de calentamiento del complejo peróxido depende de la presión de vapor del complejo. Algunos complejos de peróxido tienen una presión de vapor suficientemente alta, de forma que una cantidad significativa de vapor de peróxido de hidrógeno se puede liberar sin el calentamiento del complejo. En general, el calentamiento del complejo aumenta la presión de vapor del peróxido de hidrógeno y acelera la liberación del peróxido del complejo.

Para proporcionar una tasa de evaporación deseablemente alta, la fuente debería tener, preferentemente, un área de superficie grande. Así, la fuente podría ser un polvo fino o un recubrimiento sobre un material que tenga un área de superficie grande. Se da por supuesto que también son criterios importantes la seguridad, la disponibilidad y el coste del material. Se evaluó la liberación de peróxido de hidrógeno a partir de complejos de peróxido de hidrógeno con urea, polivinilpirrolidona, nylon-6, anhídrido de glicina y 1,3 dimetil urea. Los complejos de peróxido de hidrógeno con urea, polivinilpirrolidona, nylon-6 y anhídrido de glicina son sólidos. El complejo peroxido con 1,3 dimetil urea es líquido. El complejo de peróxido de hidrógeno con anhídrido de glicina es un complejo menos estable bajo presión reducida que los otros complejos evaluados, y bajo condiciones de vacío, la mayor parte del peróxido de hidrógeno se puede liberar del complejo sin necesidad de un calentamiento adicional.

El complejo de peróxido de hidrógeno y urea está disponible en forma de comprimidos en Fluka Chemical Corp., Ronkonkoma, NY, y en polvo en Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI. Este complejo se conoce también como peróxido de urea, complejo urea-peróxido de hidrógeno, urea peróxido, aducto de urea peróxido, aducto de peróxido de urea, percarbamida, carbamida perhidrato y peróxido de carbamida. El término "peróxido de urea", según se utiliza en este documento, incluye a todos los términos anteriores.

El complejo peróxido de hidrógeno-polivinilpirrolidona (PVP-H_{2}O_{2}) se puede preparar mediante el procedimiento revelado en la Solicitud Internacional Pub. nº WO 92/17158. Alternativamente, los complejos con PVP, con nylon-6, con 1,3-dimetilurea y con anhídrido de glicina, así como con otros compuestos orgánicos e inorgánicos, se pueden preparar mediante el procedimiento revelado en detalle a continuación.

La obtención de tasas de evaporación adecuadas de vapor de peróxido anhidro, a partir de la fuente, se podría facilitar mediante temperaturas elevadas y/o presión reducida. Así, un calentador de la fuente de peróxido y/o una bomba de vacío para evacuar la cámara de esterilización formarían, preferentemente, parte del esterilizador. Preferentemente, la fuente se cubriría con una capa de material permeable a gases, como por ejemplo el material de polietileno no tejido TYVEK^{TM}, un material de polipropileno no tejido tal como SPUNGUARD^{TM}, o con un material similar que permita pasar al vapor peróxido pero no al material peróxido acomplejado. También se puede utilizar como cubierta, aluminio perforado u otros materiales perforados adecuados.

La Figura 3A muestra un dispositivo 80 que se puede usar para medir la liberación de peróxido de hidrógeno a partir de complejos de peróxido de hidrógeno, bajo varias condiciones de temperatura. En este dispositivo, una cubeta de aluminio 90 se cubre con una capa permeable a gases 92, como por ejemplo una capa de TYVEK^{TM} de categoría sanitaria. La cubeta 90 se coloca encima de la almohadilla térmica 94, que se coloca en una cubeta de pyrex 96. Se coloca un termómetro termoacoplado 98 sobre el exterior de la cubeta 90, aproximadamente a 1 cm de fondo de la misma. En una forma de realización preferida, la cubeta de aluminio 90 está abierta a la atmósfera para permitir una liberación mayor del complejo de peróxido de hidrógeno y oxalato de potasio a presión atmosférica.

En la Figura 3B se ilustra un contenedor 99 preferido para mantener la fuente de peróxido. El contenedor 99 comprende una placa de metal 100, por ejemplo una placa de aluminio, con un calentador opcional unido, que se usa para calentar el complejo peróxido sólido. Se puede colocar un monitor de temperatura 101, como por ejemplo un termómetro, sobre la placa 100 para monitorizar la temperatura. El complejo peróxido se coloca directamente sobre la placa 100. Alternativamente, con el fin de proporcionar un calentamiento uniforme de todo el complejo peróxido, éste se puede colocar entre una o más pantallas de aluminio 102 y 104, colocadas sobre la placa 100. Las pantallas de aluminio 102 y 104 proporcionan un área de superficie mayor y un calentamiento uniforme del complejo cuando se utilizan cantidades mayores del complejo peróxido. El complejo peróxido, o la pantalla o pantallas 102 y 104, se cubren posteriormente con una capa 106 permeable a gases, como por ejemplo un capa de calidad sanitaria TYVEK^{TM} o SPUNGUARD^{TM}, de forma que el peróxido de hidrógeno liberado del complejo pase a través de la cubierta 106 antes de difundir dentro del resto de la cámara. Una placa de aluminio perforada 108 se coloca opcionalmente sobre la capa 106 de TYVEK^{TM} o SPUNGUARD^{TM} para proporcionar presión para mantener el complejo en contacto con la placa térmica 100 y para asegurar un calentamiento uniforme del complejo peróxido.

El dispositivo descrito anteriormente proporciona un calentamiento uniforme del complejo, que resulta en la liberación de una mayor cantidad de peróxido de hidrógeno del complejo peróxido.

La Figura 1 representa un esquema del aparato de esterilización por vapor de peróxido de hidrógeno. La cámara 10 sostiene al artículo 12 que se va a esterilizar y que, por conveniencia, se coloca sobre el estante 14. La puerta 16 proporciona acceso al interior de la cámara 10. Se representa una fuente de peróxido de hidrógeno no acuosa 18 sobre un calentador opcional 20, que se controla por el controlador de temperatura 22. La concentración de peróxido se puede monitorizar mediante un monitor opcional 24. Si se desea, la cámara 10 se puede evacuar usando la bomba 26; sin embargo, la esterilización se puede realizar también a presión atmosférica.

El contenedor que mantiene los artículos que se van a esterilizar puede ser una cámara de esterilización convencional, que se evacua, o puede ser un contenedor (o una habitación), a presión atmosférica.

El tiempo requerido para esterilizar los artículos depende de la naturaleza, número y empaquetamiento de los artículos y de su colocación en la cámara. Alternativamente, puede ser la misma cámara (o una habitación entera) la que se está esterilizando. En cualquier caso, los tiempos óptimos de esterilización se pueden determinar empíricamente.

El uso de pulsos de presión para aumentar la penetración y la actividad microbicida de los gases esterilizantes, que es muy conocido en la técnica de esterilización, se puede aplicar también al procedimiento de peróxido de hidrógeno no acuoso. Un procedimiento ejemplar de pulsos de presión, que se puede adaptar para su uso en conexión con los procedimientos y aparatos descritos en esta memoria, se describe en la Patente de EE.UU. nº 5.527.508, la revelación de la cual se incorpora en esta memoria como referencia. Como se describe con mayor detalle en esta memora, más adelante, se puede usar también plasma para aumentar adicionalmente la actividad y/o para eliminar compuestos residuales.

Cuando concluye el procedimiento de esterilización, se puede eliminar el exceso de peróxido de hidrógeno de los dispositivos que tienen una afinidad por el peróxido, mediante el cambio del aire en contacto con los dispositivos. Esto se puede realizar aplicando un flujo de aire caliente sobre los dispositivos durante un periodo de tiempo prolongado o mediante la evacuación de la cámara.

Los artículos que se han esterilizado previamente por exposición a vapor de peróxido de hidrógeno, se podrían exponer también a plasma para eliminar el peróxido de hidrógeno residual que pudiera quedar en los artículos. Debido a que el peróxido de hidrógeno se descompone en productos no tóxicos durante el tratamiento con plasma, los artículos esterilizados se podrían usar sin necesidad de ninguna etapa adicional.

Podría ser deseable aislar la fuente de peróxido del esterilizador después de la liberación del vapor de peróxido, para evitar la reabsorción del vapor o, cuando se usa plasma, para evitar la exposición de la fuente al plasma. El aislamiento es ventajoso también cuando el complejo usado no es estable bajo vacío. El aislamiento se puede realizar usando válvulas u otros dispositivos de aislamiento muy conocidos en la técnica.

La Figura 2 representa un esquema de un sistema de esterilización con peróxido de hidrógeno y plasma. La esterilización se puede realizar con o sin el uso de plasma. El plasma se puede usar para aumentar la actividad esporicida del vapor peróxido, y/o para eliminar cualquier traza de peróxido de hidrógeno residual que quede en los artículos esterilizados.

La esterilización se lleva a cabo en la cámara 30, que incluye una puerta o una abertura 32, a través de la cual se introducen los artículos que se van a esterilizar. La cámara 30 incluye una salida 34 a una bomba de vacío 36, a través de la cual se evacua la cámara. La salida 34 contiene una válvula 38 para aislar la cámara de la bomba de vacío 36. La cámara 30 incluye también una entrada 40 unida a un recinto 42 que contiene el complejo de peróxido de hidrógeno. La entrada 40 contiene una válvula 44 que permite que el recinto 42 esté aislado de la cámara. El sistema de esterilización puede contener también una entrada 41 que conecta el recinto 42 y la bomba de vacío 36, que contienen una válvula 43. Este sistema permite la evacuación simultánea del recinto 42 y de la cámara 30, o la evacuación independiente bien del recinto 42 o bien de la cámara 30. La evacuación se controla abriendo y cerrando las válvulas 38, 44 y 43. Como será evidente para cualquier experto en la técnica, también se pueden utilizar dos bombas, una para cada cámara, en este sistema.

El recinto 42 contiene un calentador opcional 49 unido a un controlador de temperatura 46 para controlar la temperatura del complejo de peróxido de hidrógeno. La concentración del complejo de peróxido de hidrógeno en el estado de vapor se puede monitorizar mediante un monitor de peróxido opcional 48. El interior de la cámara contiene un electrodo de radiofrecuencia (RF) 50, que está unido a una red de adaptación 52 y a una fuente de alimentación RF 54. Una forma conveniente para el electrodo es un cilindro perforado, que rodea a las muestras y está abierto en ambos extremos. La operación general del presente procedimiento es como sigue:

1.

Los artículos 56 que se van a esterilizar se colocan en la cámara 30.

2.

La cámara 30 podría estar a presión atmosférica o, alternativamente, se podría evacuar para facilitar la penetración del peróxido de hidrógeno. La evacuación se realiza abriendo la válvula 38 y conectando la bomba de vacío 36. Alternativamente, se podrían evacuar tanto la cámara 30 como el recinto 42 mediante la apertura de las válvulas 38 y 44, y/o 43.

3.

Las válvulas 38 y 43 están cerradas para aislar a la bomba de vacío 36 de la cámara 30 y del recinto 42, y la válvula 44 está abierta. El vapor de peróxido de hidrógeno se libera dentro de la cámara 30 a partir de la fuente de peróxido de hidrógeno, que podría calentarse para facilitar la liberación del vapor de peróxido de hidrógeno. Opcionalmente, se puede añadir también aire o un gas inerte.

4.

Los artículos 56 que se van a esterilizar, bien se tratan con vapor peróxido hasta que se esterilicen, o bien se tratan previamente con vapor peróxido en la cámara 30 antes de que se genere plasma con la suficiente fuerza como para esterilizar. Si es necesario, la cámara 30 se podría evacuar en este tiempo para facilitar la generación del plasma. La duración del periodo de mantenimiento previo al plasma depende del tipo de empaquetamiento utilizado, de la naturaleza y del número de artículos que se van a esterilizar y de la colocación de los artículos en la cámara. Los tiempos óptimos se pueden determinar empíricamente.

5.

El artículo 56 se somete a plasma mediante la aplicación de energía desde la fuente de alimentación RF 54 al electrodo RF 50. La energía RF usada para generar el plasma podría ser en pulsos o continua. El artículo 56 permanece en el plasma durante un periodo que permita efectuar una esterilización completa y/o eliminar el peróxido de hidrógeno residual. En ciertas formas de realización, se aplica el plasma de 5 a 30 minutos. Sin embargo, los tiempos óptimos se pueden determinar empíricamente.

Con el término "plasma" se pretende incluir, cuando se usa en la presente memoria descriptiva y reivindicaciones, cualquier porción de un gas o vapor que contiene electrones, iones, radicales libres, átomos disociados y/o excitados o moléculas producidas como resultado de la aplicación de un campo eléctrico, que incluye cualquier radiación acompañante que se pudiera producir. El campo aplicado podría cubrir un amplio intervalo de frecuencias; sin embargo, comúnmente se usa una radiofrecuencia o microondas.

El sistema de liberación de peróxido de hidrógeno no acuoso revelado en la presente invención se puede usar también con plasmas generados mediante el procedimiento revelado en la Patente de EE.UU. nº 4.643.876, mencionada previamente. Alternativamente, se podría usar con los plasmas descritos en las Patentes de EE.UU. nº 5.115.166 ó 5.087.418, en las que el artículo que se va a esterilizar se coloca en una cámara que se separa de la fuente de
plasma.

El dispositivo descrito anteriormente es particularmente ventajoso cuando se usan complejos de peróxido que no son estables bajo vacío. Existen, al menos, dos procedimientos posibles que se pueden usar para minimizar la pérdida de peróxido de hidrógeno durante la etapa de vacío. Primero, la cámara pequeña se puede evacuar independientemente. Segundo, si se usa una cámara suficientemente pequeña, no hay necesidad de evacuar la cámara pequeña en absoluto.

Uno de estos complejos de peróxido no acuosos inestables es el anhídrido de glicina-peróxido. Este compuesto libera vapor de peróxido de hidrógeno cuando se coloca bajo vacío. La Figura 4 es una gráfica que ilustra la liberación de vapor de peróxido de hidrógeno a partir del complejo anhídrido de glicina-peróxido, bajo vacío. El procedimiento usado para liberar el peróxido de hidrógeno del complejo con anhídrido de glicina es el siguiente: (1) La cámara principal 30 se evacuó con las válvulas 43 y 44 cerradas. (2) La cámara que contiene el complejo de peróxido de hidrógeno 42 se evacuó con las válvulas 38 y 44 cerradas y con la válvula 43 abierta. (3) La válvula 43 se cerró y la válvula 44 se abrió y se dejó que el vapor de peróxido de hidrógeno difundiera dentro de la cámara 30.

Como se muestra en la gráfica, el vapor de peróxido de hidrógeno se libera del complejo a medida que se reduce la presión, incluso sin calentamiento adicional. Como se ilustra en la Figura 4, la liberación de vapor peróxido aumenta significativamente por el calentamiento del complejo a una temperatura superior. Así, incluso complejos de peróxido inestables son útiles en el procedimiento de esterilización de la presente invención.

La presente invención proporciona, al menos, cuatro ventajas sobre los sistemas de esterilización por peróxido de hidrógeno anteriores:

1.

Se evita el uso de disoluciones de peróxido de hidrógeno concentradas, potencialmente peligrosas.

2.

Se elimina la necesidad de reducir previamente la humedad relativa de las áreas que se van a esterilizar con el fin de evitar condensación.

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3.

Se elimina sustancialmente el agua del sistema, de forma que existe poca competición entre el agua y el peróxido de hidrógeno para la difusión en lúmenes largos y estrechos.

4.

Se puede eliminar frecuentemente la necesidad de unir un recipiente especial para liberar los gases esterilizantes en los lúmenes largos y estrechos.

Uno de los sorprendentes descubrimientos de la presente invención es que se puede efectuar la esterilización utilizando vapor de peróxido de hidrógeno en ausencia sustancial de humedad. La técnica anterior indica que se requiere agua para alcanzar la esterilización en los procedimientos de esterilización con compuestos químicos en estado de gas o de vapor. Ventajosamente, la presente invención elimina sustancialmente el agua del sistema, lo que resulta en una esterilización más rápida, más eficiente y más efectiva.

Los complejos de peróxido de hidrógeno de la presente invención pueden proporcionar una esterilización efectiva en periodos de tiempo significativamente más cortos que los procedimientos anteriores de la técnica. Además, se puede usar también plasma para aumentar la actividad de esterilización del vapor de peróxido de hidrógeno. Los artículos que se van a esterilizar se someten a plasma después de la exposición a vapor peróxido, y permanecen en el plasma durante un periodo de tiempo suficiente para efectuar la esterilización completa.

Los artículos que se han esterilizado por exposición a vapor de peróxido de hidrógeno se pueden exponer a plasma para eliminar cualquier traza de peróxido de hidrógeno residual que quede en los artículos. Debido a que el peróxido de hidrógeno residual se descompone en productos no tóxicos durante el tratamiento con plasma, los artículos esterilizados están preparados para su uso después del tratamiento, sin la necesidad de etapas adicionales.

Los complejos de peróxido no acuosos son útiles en distintas aplicaciones, que incluyen como un componente de un empaquetamiento para autoesterilización. Además, los complejos son adecuados para su uso en distintos procedimientos para la esterilización por vapor de artículos, como por ejemplo el procedimiento revelado en la Patente de EE.UU. nº 4.943.414. Esta patente revela un procedimiento en el que un recipiente que contienen una pequeña cantidad de una disolución de un líquido esterilizante evaporable, se une a un lumen, y el esterilizante se evapora y fluye directamente dentro del lumen del artículo, a medida que se reduce la presión durante el ciclo de esterilización. El procedimiento revelado en la patente se puede modificar para permitir el uso de un compuesto peróxido no acuoso. El compuesto se coloca en un recipiente y se conecta al lumen del artículo que se va a esterilizar. Posteriormente, el artículo se coloca en un contenedor y éste se evacua. El lumen del artículo y el exterior del artículo entran en contacto con el vapor de peróxido de hidrógeno liberado a partir del compuesto no acuoso. Se puede generar opcionalmente plasma y utilizarse para aumentar la esterilización y/o para eliminar cualquier traza de peróxido de hidrógeno residual de los artículos.

El uso de complejos de peróxido no acuosos en el sistema que se acaba de describir supera la desventaja de que el agua de la disolución acuosa se evapora más rápido y precede al vapor de peróxido de hidrógeno dentro del lumen. Así, se alcanza una esterilización más efectiva y se requiere menos tiempo para efectuar la esterilización. Los complejos de peróxido de hidrógeno, como por ejemplo los de anhídrido de glicina, son especialmente ventajosos debido a que liberan una cantidad importante de peróxido de hidrógeno a presión reducida sin la necesidad de calentamiento adicional del complejo.

Síntesis de complejos de peróxido de hidrógeno no acuosos

La presente invención proporciona adicionalmente un procedimiento para la preparación de complejos de peróxido de hidrógeno no acuosos que son útiles como la fuente en un esterilizador por vapor de peróxido de hidrógeno, o como un componente de empaquetamientos para autoesterilización, como se describió anteriormente. Se da por supuesto que los complejos de peróxido de hidrógeno se pueden usar para otras aplicaciones, como por ejemplo para agentes de blanqueado, disoluciones para lentes de contacto, catalizadores y otras aplicaciones que serán muy conocidas para los expertos en la técnica.

El procedimiento general para la preparación de los complejos de peróxido de hidrógeno es el siguiente:

(1) Colocar el material reactivo en la cámara

El material que se va a hacer reaccionar con el peróxido de hidrógeno puede ser un sólido en varias formas (por ejemplo, polvo, cristal, película, etc., preferentemente que tenga un área de superficie alta para aumentar la tasa de reacción). El material reactivo puede estar presente, también, como una disolución en agua o en otro disolvente, si se deja suficiente tiempo para evaporar el disolvente después de reducir la presión en la cámara. El material podría ser también un líquido cuyo punto de ebullición sea más alto que el del peróxido de hidrógeno (150ºC). Debido a que las tasas de reacción son más rápidas a temperaturas elevadas, preferentemente, la cámara se calentará antes o después de introducir la composición reactiva. Sin embargo, la temperatura no deberá ser tan alta como para hacer hervir o evaporarse al reactivo.

La composición reactiva podría estar incluida en cualquier contenedor que proporcione acceso al vapor peróxido. Si está en forma de un polvo o de otra forma que se pudiera esparcir alrededor cuando se evacua la cámara, entonces el reactivo se podría retener en un contenedor permeable que permita la difusión del peróxido de hidrógeno en el contenedor.

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(2) Evacuar la cámara

En ciertas formas de realización, la cámara se evacua a una presión inferior a la presión atmosférica, como por ejemplo a una presión inferior a la presión de vapor del peróxido de hidrógeno (que depende de su concentración y temperatura), con el fin de asegurar que todo el peróxido esté en la fase de vapor. La presión de vapor aumenta al incrementar la temperatura y disminuye al incrementar la concentración de peróxido. En la mayoría de los experimentos, la cámara se evacuó a aproximadamente 0,027 KPa (0,2 Torr) y la temperatura fue la del ambiente o superior.

(3) Generar vapor de peróxido de hidrógeno

El vapor de peróxido de hidrógeno se puede generar a partir de una disolución de peróxido de hidrógeno o a partir de un complejo de peróxido de hidrógeno sustancialmente anhidro. Los últimos generan peróxido de hidrógeno seco en estado de vapor, lo que es una ventaja si, bien el material que se va a hacer reaccionar con el vapor, o bien el complejo que se va a formar, es higroscópico. Otra ventaja de la generación de vapor de peróxido de hidrógeno a partir de un complejo sustancialmente libre de agua es que el porcentaje de peróxido de hidrógeno en el complejo que se está formando es más alto que si el vapor se genera a partir de una disolución acuosa de H_{2}O_{2}. Esto se debe, probablemente, a la competición entre las moléculas de agua y las moléculas de H_{2}O_{2} por los sitios de unión en el complejo, cuando se utiliza una disolución acuosa para generar el vapor de H_{2}O_{2}.

El vapor peróxido se puede generar en la misma cámara que aloja al material reactivo o en otra cámara separada de ella mediante una válvula de vacío.

(4) Hacer reaccionar el material reactivo con el peróxido de hidrógeno

El tiempo requerido para la reacción depende, por supuesto, de la tasa de reacción del reactivo con el peróxido de hidrógeno. Se puede determinar empíricamente monitorizando la presión, que disminuye durante la unión del peróxido al material reactivo. Típicamente, el tiempo de reacción es de aproximadamente 5-30 minutos. La concentración del peróxido de hidrógeno evaporado y el peso del material de partida, determinan el porcentaje en peso de peróxido en el producto de reacción final. A medida que la relación en peso del reactivo respecto del peróxido de hidrógeno aumenta, el porcentaje en peso del peróxido de hidrógeno en el complejo disminuye. La reacción se puede repetir múltiples veces para aumentar la concentración de peróxido de hidrógeno en el complejo.

(5) Evacuar la cámara de nuevo

Al final del periodo de reacción, la cámara se evacua adicionalmente a aproximadamente 0.27 KPa (2 Torr) para eliminar cualquier traza de peróxido de hidrógeno que no haya reaccionado.

(6) Ventilación de la cámara y retirada del complejo de peróxido de hidrógeno

El mecanismo por el que el peróxido de hidrógeno forma un complejo con el material reactivo no se entiende completamente. Se piensa que la formación del complejo implica la formación de un enlace de hidrógeno entre el peróxido de hidrógeno y los grupos funcionales ricos en electrones, que contienen oxígeno y/o nitrógeno, sobre el material reactivo. No se conoce si este es el único modo de unión; sin embargo, se ha observado que materiales con una amplia gama de grupos funcionales forman complejos con peróxido de hidrógeno.

Las ventajas de la reacción en fase de vapor sobre los procedimientos anteriores de formación de complejos de peróxido de hidrógeno incluyen:

1.

La relación entre el peróxido de hidrógeno y el material reactivo se puede controlar de forma precisa modificando la cantidad de peróxido de hidrógeno presente en el estado de vapor o la cantidad de material reactivo expuesto al vapor.

2.

Se elimina la necesidad de eliminar el disolvente del producto de reacción.

3.

Se pueden formar complejos de peróxido que son líquidos o sólidos, como por ejemplo polvos, cristales, películas, etc.

4.

Se pueden preparar complejos de peróxido de materiales higroscópicos.

La síntesis de complejos de peróxido no acuosos, según la presente invención, se describe adicionalmente en los siguientes ejemplos. Muchos de estos compuestos son útiles como catalizadores, además de tener las utilidades descritas en mayor detalle en esta memoria, como podrán apreciar fácilmente los expertos en la técnica. Los ejemplos representan formas de realización de las composiciones y de los procedimientos de la invención, pero no pretenden limitar de ninguna forma el alcance de la invención.

Ejemplo 1 Procedimiento para determinar el porcentaje en peso de peróxido de hidrógeno en los complejos

Se preparó un complejo de peróxido de hidrógeno de anhídrido de glicina como sigue: una muestra de 1,0 gramo de anhídrido de glicina (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI) se colocó en una bandeja de aluminio en una cámara de 173 litros, mantenida a una temperatura de 45ºC. La parte superior de la bandeja de aluminio se cubrió con el material no tejido TYVEK^{TM}, que evitó que el anhídrido de glicina saliera de la bandeja cuando se redujo la presión en la cámara, pero que era transpirable y no absorbía peróxido de hidrógeno. La puerta de la cámara se cerró y la presión en la cámara se redujo a 0,027 KPa (0,2 Torr) mediante la evacuación de la cámara con una bomba de vacío. Se generó una concentración de peróxido de hidrógeno de 10 mg/litro dentro de la cámara, mediante la evaporación de un volumen apropiado de una disolución acuosa del 70% de peróxido de hidrógeno (FMC Corp., Philadelphia, PA). El vapor de peróxido de hidrógeno se mantuvo en contacto con el anhídrido de glicina durante 20 minutos. Al final del periodo de reacción, la presión de la cámara se redujo a 0.27 KPa (2 Torr) y posteriormente de volvió a llevar a presión atmosférica. El producto de reacción se retiró de la cámara y se analizó el porcentaje en peso de peróxido de hidrógeno mediante las siguientes reacciones de titulación yodométrica.

\quad

H_{2}O_{2} + 2KI + H_{2}SO_{4} \rightarrow I_{2} + K_{2}SO_{4} + 2H_{2}O

\quad

I_{2} + 2 Na_{2}S_{2}O_{3} \rightarrow Na_{2}S_{4}O_{6} + 2 NaI

Se utilizó un indicador de almidón en la reacción de titulación de yodo-tiosulfato de sodio para aumentar el cambio de color en el punto final. El porcentaje en peso de peróxido de hidrógeno se calculó por la siguiente ecuación: % H_{2}O_{2} en peso = [(ml de Na_{2}S_{2}O_{3})*(normalidad del Na_{2}S_{2}O_{3})*1,7]/(peso de la muestra en gramos).

Se hallo que el porcentaje en peso del peróxido de hidrógeno en el complejo de anhídrido de glicina era de 24,3%.

Complejos de peróxido de hidrógeno inorgánicos

Los complejos de peróxido de hidrógeno inorgánicos son también adecuados para su uso como esterilizantes, como se describió en detalle anteriormente en esta memoria para los complejos de peróxido de hidrógeno orgánico. El vapor peróxido se puede liberar a partir de estos complejos inorgánicos a presión atmosférica y a temperatura ambiente. Sin embargo, como se describe en mayor detalle a continuación, se pueden liberar cantidades sustanciales de vapor de peróxido de hidrógeno a partir de los complejos de peróxido inorgánicos tras un calentamiento rápido hasta una temperatura de liberación particular, tanto bajo presión atmosférica, como bajo presión reducida. Con el fin de liberar, de forma efectiva, peróxido de hidrógeno a partir de peróxido inorgánico, la tasa de calentamiento de los complejos de peróxido inorgánicos es, preferentemente, al menos de 5ºC/minuto; más preferentemente, es al menos de 10ºC por minuto; todavía más preferentemente, al menos de 50ºC/min.; y lo más preferible, es al menos de 1000ºC por minuto.

En la Tabla 3 se presenta un listado representativo de estos complejos de peróxido inorgánicos, y del porcentaje en peso de peróxido de hidrógeno. Los complejos inorgánicos preferidos son aquellos que no se descomponen para formar un hidrácido de halógeno. Así, los complejos especialmente preferidos no contienen halógenos. También es posible proporcionar una mezcla de complejos de peróxido como fuente de vapor peróxido. Esta mezcla puede ser una "mezcla física" en la que se mezclan físicamente dos complejos de peróxido, preparados previamente, o una "mezcla química" en la que los compuestos en el complejo se mezclan antes de la preparación de los complejos de peróxido a partir de los mismos.

El procedimiento de titulación usado para determinar el porcentaje en peso de H_{2}O_{2} en los complejos, fue como se describió en el Ejemplo 1. El complejo de H_{2}O_{2} y carbonato de sodio se adquirió de Fluka Chemical Corp. El procedimiento de síntesis en fase de vapor usado para sintetizar los complejos de peróxido inorgánicos fue el mismo que se reveló en el Ejemplo 1, con las excepciones de que se emplearon 10 g de la muestra inorgánica sólida en lugar de 1-5 g, y que se realizaron dos ciclos de reacción en lugar de uno.

Ejemplo 2 Preparación de complejos de peróxido de hidrógeno

El procedimiento de reacción para la síntesis en fase líquida de los complejos de peróxido de hidrógeno inorgánicos fue esencialmente como el descrito por Jones et al. (J. Chem. Soc., Dalton, 12: 2526-2532, 1980). Brevemente, en primer lugar se disolvieron los sólidos inorgánicos en una disolución acuosa del 30% de peróxido de hidrógeno para generar una disolución saturada, seguido por la adición gota a gota de etanol. Para los complejos de oxalato potásico y de carbonato de rubidio, los precipitados blancos de peróxido se formaron a medida que la cantidad de etanol añadida se aumentaba gradualmente. Para carbonato potásico, pirofosfato potásico y pirofosfato sódico, las disoluciones saturadas se incubaron a -10ºC durante varias horas para facilitar la formación de un complejo de peróxido cristalino. Los complejos se separaron del líquido mediante filtración por vacío, se lavaron con etanol al menos tres veces y se secaron mediante vacío.

TABLA 3 Compuestos evaluados y porcentaje en peso del peróxido de hidrógeno presente en los complejos

3

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Se usó un calorímetro de barrido diferencial (DSC) (Model PDSC 2920, TA y Metler-Toledo Model DSC 27HP) para determinar la liberación de H_{2}O_{2} o las propiedades de descomposición de los complejos de peróxido inorgánicos. El DSC se llevó a cabo con una pendiente de calentamiento de 10ºC/min y a una temperatura que oscilaba en el intervalo de 30ºC a 220ºC, bajo condiciones de presión atmosférica y de vacío variable. En referencia ahora a la Figura 5, el DSC comprende una cámara de muestras 110, una placa de calentamiento 112 y un sistema de control de presión. El sistema de control de presión comprende un transductor de presión 114 conectado a un manómetro 116. El manómetro 116 está conectado a un contador 118 que, a su vez, está conectado a una válvula de control de presión 120. El transductor de presión 114 está en comunicación fluida con la válvula de control de presión 120 y con la bomba 122.

Se colocó el complejo de peróxido de hidrógeno y oxalato potásico, sintetizado como se describió anteriormente en esta memoria, en un DSC y se sometió a una presión de vacío particular a lo largo de un intervalo de temperaturas de 50ºC a 170ºC. Como se puede observar en la Figura 6, bajo estas condiciones de DSC con un agujero sobre la tapa de la cubeta de muestras, se produjo una liberación de H_{2}O_{2} mayor, un proceso endotérmico, a presiones inferiores, mientras que se favoreció la descomposición exotérmica de H_{2}O_{2} a presiones superiores. Sin embargo, como se muestra en la Figura 10, también se podría producir una liberación parcial de peróxido a presión atmosférica, cuando se repitió el mismo experimento sin ninguna cubierta sobre la cubeta (esto es, una cubeta abierta). Así, para ciertos complejos de peróxido de hidrógeno, un sistema más abierto y/o una presión reducida pueden facilitar la liberación de H_{2}O_{2} del complejo.

En el uso de complejos de peróxido inorgánicos para esterilización, es crítico para la estabilidad del complejo que el calentamiento se produzca rápidamente, lo que se podría efectuar precalentando la placa de aluminio antes de ponerla en contacto con la composición de peróxido inorgánica. En el uso de compuestos de peróxido inorgánicos, también se prefiere que la temperatura sea superior a 86ºC.

Como se ha descrito anteriormente, se prefiere que el complejo de peróxido de hidrógeno inorgánico se caliente rápidamente, esto es, tan rápido como 1000ºC/minuto o más. Esto se puede llevar a cabo poniendo en contacto el peróxido con una placa térmica precalentada. Una forma de realización preferida para llevar a cabo este calentamiento rápido se muestra en las Figuras 7A y 7B. En referencia a la Figura 7A, se muestra un aparato 125 para inyectar vapor de peróxido en una cámara de esterilización 131 en una posición cerrada. El complejo de peróxido de hidrógeno inorgánico se incorpora a un disco de peróxido 132. El disco 132 comprende cinco capas: tres capas de envoltura CSR, el complejo de peróxido en polvo y papel de aluminio recubierto con polipropileno. El disco 132 se sella por calor alrededor de su borde para retener al complejo de peróxido en polvo. El disco de peróxido 132 se coloca debajo de una placa de aluminio perforada 130 que está acoplada a una carcasa 150 mediante piezas de unión de aluminio 142. El disco 132 se sujeta débilmente en su lugar entre los anillos en O 151. Antes de la introducción del vapor de peróxido de hidrógeno en la cámara, un rodillo de aluminio 134 calentado se separa del disco de peróxido 132 y se acopla a una placa de aluminio 136. Un muelle (no mostrado) dentro del fuelle 138 mantiene la placa 136 hacia abajo en posición cerrada. Cuando la cámara 131 se evacua, el fuelle 138 se evacua también. La placa 136 está asentada contra los anillos en O 148, separando así la cámara de liberación de peróxido 152 de las vías de paso 158. El aparato se mantiene en su lugar y está conectado a una cámara de esterilización 131 por los pernos 144, 146, 154 y 156.

En referencia a la Figura 7B, con el fin de llevar el rodillo 134 hacia arriba para contactar con el disco de peróxido 132, se ventila el fuelle 138. Una vez que se incrementa la presión, el fuelle 138 se mueve hacia arriba, propulsando así al rodillo de aluminio 134 calentado contra el disco de peróxido 132. En una forma de realización preferida, el rodillo de aluminio 134 se calienta previamente a 175ºC; sin embargo, se pueden usar otras temperaturas. Posteriormente, el vapor de peróxido se libera del polvo a través de las capas de CSR, pasa a través de las perforaciones 160 en la placa de aluminio perforada 130, y entra en la cámara de liberación de peróxido 152. El movimiento hacia arriba del rodillo de aluminio 134 calentado, abre también la cámara de liberación de peróxido 152, permitiendo que el vapor de peróxido entre en los corredores 158, que están en comunicación fluida con la cámara de esterilización.

En referencia ahora a la Figura 8, se ilustra una cámara de esterilización 170 que contiene múltiples barras de vidrio 172 dispuestas en ella de forma ortogonal. Las hojas de bisturí de acero inoxidable 174 y 176, colocadas en la parte superior y en la parte inferior, respectivamente, de la cámara 170, contienen Bacillus stearothermophilus inoculados en ellas. Contenido dentro de la cámara de esterilización 170, y mostrado a la derecha de la misma, está un aparato 178 usado para calentar los complejos de peróxido de hidrógeno, que como ejemplo fueron complejos de peróxido de hidrógeno y de pirofosfato sódico (Na_{4}P_{2}O_{7}\cdot3 H_{2}O_{2}) y oxalato potásico (K_{2}C_{2}O_{4}\cdot H_{2}O_{2}). Un aparato 178 comprende un cuenco de pyrex 180 en la parte inferior de la cámara 170. Se dispuso una placa de pyrex 182 en la parte superior del cuenco de pyrex 180. Se colocó una placa de aluminio 184 con una almohadilla térmica 186 en la parte superior de la placa de pyrex 182. El complejo de peróxido se colocó sobre la placa de aluminio 184. Un cable de alimentación 188 está conectado a la almohadilla térmica 186 y un termopar 190 está conectado a la placa de aluminio 184. Las hojas de bisturí 174 están situadas 5,08 cm (dos pulgadas) por encima de la placa de aluminio 184.

Los complejos de peróxido de hidrógeno se pueden proporcionan dentro de un recinto separado, en comunicación fluida con el contenedor en el que se localiza el artículo que se va a esterilizar. Las presiones dentro del recinto y del contenedor pueden ser iguales o distintas. Una diferencia de presión positiva en el recinto facilitará el movimiento del vapor de peróxido, liberado del complejo de peróxido dentro del recinto, hacia el interior del contenedor. Esta presión positiva sería particularmente útil cuando el contenedor es grande, tal como cuando es una habitación entera.

También, se puede aplicar un complejo de peróxido en forma de polvo a una superficie adhesiva. Las superficies adhesivas preferidas incluyen las cintas adhesivas para temperaturas elevadas, tales como las cintas adhesivas A10 y A25 (3M Corp., Minneapolis, MN). Estas cintas adhesivas recubiertas con un complejo de peróxido en polvo se calientan, posteriormente, para efectuar la liberación del peróxido de ellas usando el aparato mostrado, por ejemplo, en las Figuras 3A, 7A y 8.

En referencia a la Figura 9, la cinta adhesiva para altas temperaturas 200, que tiente el complejo de peróxido en polvo 202, se dispone sobre una capa de papel de aluminio 204. Se apilan una o más capas de CSR 206 sobre la parte superior de la capa de cinta adhesiva 200. Esta disposición puede tener forma de láminas individuales de material, o se puede formar un rollo a partir de los materiales.

Los complejos de peróxido inorgánicos usados en los Ejemplos 3 y 4 para determinar la cantidad de peróxido liberado y la eficacia de la esterilización, fueron pirofosfato potásico (K_{4}P_{2}O_{7}\cdot3 H_{2}O_{2}: PP), oxalato potásico (K_{2}C_{2}O_{4}\cdot1 H_{2}O_{2}: OP) y carbonato sódico (Na_{2}CO_{3}\cdot1,5 H_{2}O_{2}: CS).

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Ejemplo 3

(Comparativo)

Liberación de peróxido a partir de CS, OP y PP

La temperatura ideal a la cual se libera H_{2}O_{2} a partir de CS, OP y PP se determinó por DSC. La cantidad real de H_{2}O_{2} liberado a partir de 2 g de cada uno de estos complejos se determinó a distintas temperaturas usando una cámara de 75 litros y el aparato mostrado en las Figuras 7A y 7B. La cantidad de H_{2}O_{2} liberada a partir de PP a 175ºC fue superior que a partir de CS y de OP. Aunque CS liberó menor cantidad de H_{2}O_{2} a 175ºC, se observó una liberación significativamente mayor cuando se aumentó la cantidad de muestra.

TABLA 4 Liberación de peróxido en una cámara de 75 litros

5

Ejemplo 4

(Comparativo)

Análisis de eficacia usando CS, OP y PP

Se inocularon 2 x 10^{8} esporas de B. subtilis var. niger en una cuchilla de acero inoxidable. En primer lugar, se colocaron tres cuchillas inoculadas en las posiciones frontal, media o posterior de una bandeja de óxido de polifenileno de 25,4 cm x 53,3 cm x 8,9 mm (10" x 21" x 3,5") envuelta con Spunguard. Posteriormente, la bandeja envuelta se colocó en una cámara de vacío de 75 litros que tenía una presión de vacío inicial de 0,027 KPa (0,2 Torr). Se preparó un disco de peróxido de 14 cm (5,5") sellando térmicamente los polvos de peróxido inorgánico de CS, OP o PP entre tres capas de Spunguard y una capa de papel de aluminio cubierta con una película de polipropileno. El peróxido se liberó poniendo en contacto el disco con la placa de aluminio, que se había precalentado a 175ºC, durante 2 minutos, seguido de un tiempo de difusión adicional de 8 minutos para un tiempo de exposición total de 10 minutos. Después del tratamiento, las tres cuchillas se colocaron separadamente en medio de soja tripticasa (TSB) a 32ºC durante 7 días y se registró el crecimiento bacteriano. Los resultados se resumen en la Tabla 5.

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TABLA 5 Resultados del análisis de eficacia

6

Como se puede observar en la Tabla 5, no se observó crecimiento de esporas, con la excepción de 2 g de CS (1/3). Sin embargo, cuando la cantidad de CS sometido a vaporización se incrementó a 3 gramos, no se observó crecimiento bacteriano. Estos resultados resaltan la eficacia de la esterilización usando complejos de peróxido de hidrógeno inorgánicos.

Los complejos de peróxido de hidrógeno inorgánicos se pueden incorporar fácilmente en los procedimientos de esterilización descritos anteriormente en esta memoria, en relación con los complejos de peróxido orgánicos. Por ejemplo, los complejos inorgánicos se pueden usar junto con un procedimiento de esterilización por plasma, o junto con un recinto auto-esterilizante en el que el peróxido se libera lentamente del complejo. De manera similar, los complejos inorgánicos también se pueden usar en la esterilización de artículos con lúmenes estrechos, en los que un recipiente, que contiene el complejo de peróxido inorgánico, se conecta al lumen. Además, se pueden emplear pulsos de presión del vapor liberado de los complejos de peróxido inorgánicos. Otros ejemplos del uso de complejos inorgánicos para la esterilización serán evidentes para los expertos en la técnica en referencia a la presente memoria descriptiva.

Síntesis de los complejos de peróxido de fosfato y de fosfato condensado

Algunos complejos de peróxido de fosfato y de fosfato condensado, junto con los procedimientos para su síntesis descritos en la bibliografía, se resumen en la Tabla 6. En general, estos complejos se pueden sintetizar mezclando las sales de fosfato con una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno (bien añadiendo el sólido a la disolución de peróxido o bien añadiendo la disolución de peróxido al sólido). Puesto que el calor generado por la reacción podría dar como resultado la descomposición del peróxido de hidrógeno, se han realizado intentos para controlar la temperatura de reacción mezclando lentamente el sólido con la disolución de peróxido o usando una disolución de peróxido fría (por ejemplo, 0ºC). También se han formado complejos de peróxido disolviendo el hidrato de las sales de fosfato o de fosfato condensado en la disolución de peróxido.

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TABLA 6

7

TABLA 6 (continuación)

8

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Procedimiento por pulverización

Se realizaron procedimientos similares a los descritos previamente en la bibliografía para determinar la facilidad y las limitaciones de los procedimientos para la preparación de complejos de fosfato y de fosfato condensado. En general, los complejos se prepararon por pulverización de una disolución de peróxido sobre sales sólidas distribuidas uniformemente, seguida por secado mediante vacío o en un horno. La Tabla 7 resume los complejos sintetizados mediante el procedimiento por pulverización. Las condiciones de síntesis detalladas se proporcionan en los Ejemplos 5 a 7, a continuación.

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TABLA 7

9

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Ejemplo 5 Síntesis por pulverización en fase líquida de K_{2}HPO_{4}\cdot3 H_{2}O_{2}

Se pulverizó, en forma de gota, una disolución concentrada de peróxido de hidrógeno sobre hidrogenofosfato potásico (98%, Aldrich) (PHP). La mezcla se incubó a 25ºC durante 1 hora, y se secó mediante vacío a 25ºC. Los resultados se muestran en la Tabla 8.

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TABLA 8

10

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Ejemplo 6 Síntesis por pulverización en fase líquida de Ca_{2}P_{2}O_{7}\cdot3,42 H_{2}O_{2}

Se pulverizó una disolución del 59% de peróxido de hidrógeno sobre pirofosfato cálcico sólido (Aldrich). La mezcla se incubó a 25ºC durante 1 hora, y se secó mediante vacío a 25ºC. Los resultados se resumen en la Tabla 9.

TABLA 9

11

Ejemplo 7 Síntesis por pulverización en fase líquida de Mg_{2}P_{2}O_{7 \cdot}4,60 H_{2}O_{2}

Se pulverizó una disolución del 59% de peróxido de hidrógeno sobre pirofosfato de magnesio sólido (Aldrich). La mezcla se incubó a 25ºC durante 1 hora, y se secó mediante vacío a 25ºC. Los resultados se resumen en la Tabla 10.

TABLA 10

12

Aunque se han descrito varios complejos de peróxido y fosfato, no se conoce un procedimiento general de síntesis para la producción de complejos estables. La reacción entre la disolución de peróxido de hidrógeno y un fosfato o un fosfato condensado es una reacción exotérmica. El calor producido por esta reacción exotérmica puede dar como resultado la descomposición del peróxido de hidrógeno. Como resultado, el complejo podría ser inestable, o podría tener una relación de peróxido respecto del fosfato o del fosfato condensado menor a la deseada. Este problema es particularmente pronunciado cuando se prepara una gran cantidad de complejo.

Procedimiento en pasta

En un esfuerzo por controlar el calor producido por la reacción de las disoluciones de peróxido de hidrógeno con el fosfato o con el fosfato condensado, los autores de esta memoria han desarrollado distintos procedimientos de síntesis. Uno de estos procedimientos se ha denominado procedimiento "en pasta" debido a que inicialmente se forma una pasta del fosfato, o del fosfato condensado, con agua. Este procedimiento de síntesis en fase líquida-pasta para complejos de peróxido de hidrógeno inorgánicos comprende la mezcla del compuesto inorgánico deseado con agua para formar una pasta blanda. La pasta se deja enfriar y se añade la disolución acuosa de peróxido de hidrógeno a la pasta inorgánica. La mezcla resultante se seca para eliminar el agua, dando lugar al complejo de peróxido de hidrógeno inorgánico.

La principal ventaja de este esquema sintético es que aunque la reacción del compuesto orgánico con agua es exotérmica, se genera muy poco calor durante la formación del complejo de peróxido inorgánico, evitando así la degradación del peróxido de hidrógeno durante la síntesis. Esta es una mejora importante sobre los procedimientos previos en los que se generan cantidades de calor significativas que degradan el peróxido de hidrógeno. Los cristales resultantes del complejo de peróxido inorgánico son más finos y más estables que los producidos según otros procedimientos y además se pueden usar concentraciones menores de H_{2}O_{2}.

Los autores de esta memoria, sin pretender estar limitados por ninguna teoría o mecanismo de acción particular, piensan que inicialmente se forma un hidrato tras la formación de la pasta, y que el agua de estos hidratos se reemplaza posteriormente por el peróxido para formar los complejos de peróxido inorgánicos. Los Ejemplos 8 y 9 proporcionan procedimientos ejemplares para la producción de dos complejos de peróxido y fosfato-diferentes.

Ejemplo 8 Síntesis en fase líquida-pasta de Na_{4}P_{2}O_{7}.2-3 H_{2}O_{2} usando diferentes concentraciones de H_{2}O_{2}

Se mezcló pirofosfato sódico sólido (98%, Aldrich) con agua desionizada y se agitó lentamente, dando como resultado la formación de una pasta blanda. Debido a que esta reacción es exotérmica, la pasta se dejó enfriar a temperatura ambiente. Se mezclaron disoluciones acuosas de H_{2}O_{2} que tenían diferentes concentraciones de H_{2}O_{2}, con la pasta. No se produjo incremento de la temperatura. Las mezclas se incubaron a 25ºC durante 1 hora y posteriormente se secaron mediante vacío a 25ºC. Las muestras secadas mediante vacío se secaron adicionalmente en un horno a 60ºC para eliminar cualquier resto de agua. Los resultados se resumen en la Tabla 11.

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TABLA 11

13

La Tabla 11 muestra varias ventajas del procedimiento en pasta para la preparación de complejos de peróxido de hidrógeno:

1.

La concentración de partida de H_{2}O_{2} no está restringida a ser superior al 50% para preparar pirofosfato sódico bis-peroxihidrato (Na_{4}P_{2}O_{7}.3H_{2}O_{2}). El complejo se pudo preparar cuando se empleó una disolución con sólo el 12% de H_{2}O_{2}.

2.

El Na_{4}P_{2}O_{7}.3H_{2}O_{2} se pudo preparar con éxito usando cantidades mayores de materiales de partida (por ejemplo 200 gramos de PS), debido a que no se produjo un incremento de temperatura durante la mezcla de la disolución de H_{2}O_{2} con la pasta de PS-agua.

3.

Se pueden preparar fácilmente complejos de peróxido con diferentes composiciones controlando la relación molar del H_{2}O_{2} respecto del PS en la mezcla de partida.

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Ejemplo 9 Síntesis en fase líquida-pasta de K_{3}PO_{4}\cdotn H_{2}O_{2}

Se mezcló fosfato potásico tribásico (97%, Aldrich) (PPT) con agua desionizada y se agitó lentamente, dando como resultado la formación de una pasta blanda que se dejó enfriar a temperatura ambiente. Una disolución acuosa de H_{2}O_{2} (59%) se mezcló con la pasta. No se observó un incremento de la temperatura. La mezcla se incubó a 25ºC durante 2 horas y se secó bajo vacío a 25ºC. Los resultados se resumen en la Tabla 12. No se pudo formar peroxido-fosfato potásico mediante el procedimiento por pulverización en fase líquida, que es el usado para la mayoría de las síntesis del complejo peróxido-fosfato. Cuando se pulverizó una disolución de peróxido de hidrógeno sobre fosfato potásico sólido, la temperatura de la mezcla de reacción se elevó hasta 80ºC aproximadamente. Lo más probable es que esta elevada temperatura dé como resultado la descomposición del peróxido de hidrógeno de forma que se produce una incorporación mínima del peróxido de hidrógeno en el fosfato potásico. El procedimiento en pasta es claramente superior al procedimiento por pulverización en fase líquida para la preparación del complejo de K_{3}PO_{4}\cdot3 H_{2}O_{2}.

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TABLA 12

14

Ejemplo 10 Estabilidad térmica del Na_{4}P_{2}O_{7}\cdot3 H_{2}O_{2}, preparado usando el procedimiento por pulverización y el procedimiento en pasta

Se almacenaron aproximadamente 0,3 g de la muestra del complejo en una botella de plástico de 5 ml que se dejó sin enroscar (abierta, condición 1) o tapada herméticamente (sellada, condición 2). Las botellas abiertas y selladas se colocaron en un incubador a 23ºC, con una humedad relativa del 50% (HR) o en un horno a 60ºC. Posteriormente, se determinó el contenido en H_{2}O_{2} del complejo. Los resultados se resumen en la Tabla 13.

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TABLA 13

15

Comparando los resultados presentados en la Tabla 13, la estabilidad del complejo producido mediante el procedimiento por pulverización fue menos estable a 60ºC que el complejo preparado mediante el procedimiento en pasta. Sin embargo, la estabilidad a 23ºC y a una humedad relativa del 50% fue aproximadamente comparable. Así, el procedimiento en pasta ofrece una estabilidad inesperada en condiciones de almacenamiento adversas, tales como las que se producen habitualmente durante el transporte.

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Síntesis de complejos de peróxido-silicato

Los autores de esta memoria sintetizaron también complejos de peróxido de hidrógeno de sales de silicato para su uso en asociación con los procedimientos de esterilización descritos en esta memoria. El Ejemplo 11 proporciona detalles de la síntesis de un complejo de sal de silicato ejemplar.

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Ejemplo 11 Síntesis en fase líquida-pasta de Na_{2}SiO_{3}.n H_{2}O_{2}

Se mezcló metasilicato sódico sólido (Na_{2}SiO_{3}, Aldrich) con agua, dando como resultado la formación de una pasta blanda, que se dejó enfriar a temperatura ambiente. La disolución acuosa de peróxido de hidrógeno (12%) se mezcló con la pasta. La temperatura durante la mezcla fue de 30-35ºC. La mezcla se incubó durante 1 hora a 25ºC y, posteriormente, se secó mediante vacío a 25ºC. Los resultados se resumen en la Tabla 14.

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TABLA 14

16

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De esta forma, los autores de esta memoria han demostrado que se pueden generar complejos de peróxido de hidrógeno de una amplia variedad de sales inorgánicas. Los autores piensan que la liberación con éxito de H_{2}O_{2} en asociación con los procedimientos de esterilización revelados en esta memoria se pueden alcanzar usando un gran número de sales de aniones capaces de unir hidrógeno, como por ejemplo aquellas que incluyen, al menos, un átomo de oxígeno y/o nitrógeno.

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Liberación de peróxido de los complejos

Las curvas del DSC mostradas en los ejemplos previos, por ejemplo Figura 6, se realizaron con un agujero sobre una cubeta tapada, tanto a presión atmosférica como a presión reducida. Con sólo un pequeño agujero en la tapa, se observó un pico exotérmico en el DSC a 101,3 kPa (una atmósfera) para el complejo de peróxido y oxalato potásico. Se repitió el mismo análisis bajo presión atmosférica para determinar si se puede liberar más peróxido usando un sistema más abierto, como se muestra a continuación en el Ejemplo 12.

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Ejemplo 12 Liberación de H_{2}O_{2} del complejo de peróxido-K_{2}C_{2}O_{4} a presión atmosférica

El complejo de peróxido de hidrógeno y oxalato potásico (K_{2}C_{2}O_{4}.H_{2}O_{2}) se calentó a presión atmosférica usando el aparato mostrado en la Figura 5 que tenía, bien dos agujeros en la tapa sellada de una cubeta de muestras sobre la placa térmica 112, o bien una cubeta de aluminio abierta a la atmósfera. El perfil del DSC se muestra en la Figura 10. Un pico endotérmico grande seguido por un pico exotérmico pequeño indicaron la liberación parcial de H_{2}O_{2} si la cubeta estaba abierta. Un pico endotérmico pequeño seguido por un pico exotérmico grande indicaron que se había producido algo de liberación, pero mayoritariamente degradación, cuando la cubeta tenía una tapa con dos agujeros.

A la vista de los resultados del Ejemplo 12 que indicaban que se puede producir liberación de una cantidad significativa de H_{2}O_{2} con una cubeta abierta, pero sin usar una tapa con dos agujeros, los autores realizaron el resto sus análisis de liberación de peróxido de los complejos a presión atmosférica usando una cubeta abierta y bajo presión reducida usando una cubeta cubierta con una tapa con un agujero, en DSC. Los perfiles del DSC de distintos complejos inorgánicos se muestran en las Figuras 11-25 y en la Tabla 15 se muestra un resumen del comportamiento térmico de los complejos de peróxido en los estudios de DSC.

La Figura 11A es un perfil DSC de Na_{4}P_{2}O_{7}.2 H_{2}O_{2} y Na_{4}P_{2}O_{7}.3 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr). Como se puede ver, se observó un pico endotérmico, que indicaba que se había producido una liberación casi completa.

La Figura 11B es un perfil DSC de Na_{4}P_{2}O_{7}.4 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr). Como se puede ver, se observaron dos picos endotérmicos, que indicaban que se había producido una liberación casi completa.

La Figura 12 es un perfil DSC de Na_{3}PO_{4}.5 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr), 0,931 kPa (7 torr) y 0,047kPa (0,35 Torr). El complejo se sintetizó usando el procedimiento por pulverización en fase líquida. Como se puede ver, los picos endotérmicos seguidos de un pico exotérmico pequeño indicaron que se había producido liberación parcial a 101,3 kPa (una atmósfera). Sin embargo, bajo vacío, un amplio efecto endotérmico indicó que se había producido una liberación casi completa

La Figura 13 muestra perfiles DSC de Na_{2}HPO_{4}.1 H_{2}O_{2} y Na_{2}HPO_{4}.2 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr). Ambos complejos mostraron un efecto endotérmico en DSC, que indicaba que se había producido una liberación casi total a presión atmosférica.

La Figura 14 muestra un perfil DSC de Na_{5}P_{3}O_{10}._{ }H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr). Varios picos endotérmicos indicaron que se había producido una liberación casi total a presión atmosférica.

La Figura 15 muestra un perfil DSC de K_{3}PO_{4}.3,34 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr), 0,931 kPa (7 torr) y 0,133kPa (1 Torr). Un pico exotérmico en DSC a presión atmosférica indicó que la mayoría del H_{2}O_{2} se había descompuesto a presión atmosférica, pero se produjo una liberación parcial bajo vacío puesto que se observó un pico endotérmico antes del pico exotérmico bajo vacío.

La Figura 16 es un perfil DSC de K_{4}P_{2}O_{7}.7 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr) y a 0,931 kPa (7 torr). En base a datos de pérdida de peso obtenidos independientemente, es probable que se haya contrarrestado un pico endotérmico por un pico exotérmico en el intervalo de temperaturas de 140ºC-180ºC a presión atmosférica. Así, DSC muestra que se produjo liberación parcial a presión atmosférica. Varios picos endotérmicos bajo vacío indicaron una liberación casi total en estas condiciones.

La Figura 17 muestra un perfil DSC de K_{2}HPO_{4}.3,15 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr) y a 0,133 kPa (1 Torr). Varios picos endotérmicos seguidos por picos exotérmicos indicaron que se había producido la liberación parcial a presión atmosférica, pero no se observaron picos exotérmicos bajo vacío, que indicaban una liberación casi total en estas condiciones.

La Figura 18 muestra un perfil DSC de KH_{2}PO_{4}.H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr). Se observaron dos picos endotérmicos, que indicaban que se había producido una liberación casi total a presión atmosférica.

La Figura 19 muestra un perfil DSC de Na_{2}CO_{3}.1,5 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr) y a 0,931 kPa (7 torr). Se cree que el pico endotérmico a 90-100ºC es de la liberación de H_{2}O, tanto en condiciones atmosféricas como de vacío. El pico exotérmico a aproximadamente 150ºC a presión atmosférica indicó la descomposición mayoritaria del H_{2}O_{2}. Sin embargo, el pico exotérmico se convirtió en endotérmico, seguido por un pico exotérmico pequeño en condiciones de vacío, lo que indicaba que la mayoría del H_{2}O_{2} fue liberado.

La Figura 20 muestra un perfil DSC de Ca_{2}P_{2}O_{7}.3,42 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr). Un pico endotérmico indicó que se había producido una liberación casi completa de H_{2}O_{2}.

La Figura 21 es un perfil DSC de Mg_{4}P_{2}O_{7}.4,60 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr) y a 0,931 kPa (7 torr). Un pico endotérmico seguido por un pico exotérmico indicó que se había producido una liberación parcial de H_{2}O_{2} a presión atmosférica, pero un pico endotérmico grande observado bajo vacío indicó la liberación casi total bajo vacío.

La Figura 22 es un perfil del DSC de Na_{2}SO_{4}.1,28 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr). Un pico endotérmico indicó que se había producido una liberación casi completa en condiciones atmosféricas.

La Figura 23 es un perfil DSC de K_{2}SO_{4}.\cdot0,62 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr). Un pico endotérmico indicó que se había producido una liberación casi completa en condiciones atmosféricas.

La Figura 24 es un perfil DSC de Na_{2}SiO_{3}.2,15 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr), 0,931 kPa (7 torr). y 0,067,kPa (0,5 Torr). Los picos exotérmicos a presión atmosférica y bajo presión reducida indicaron que la mayoría del H_{2}O_{2} se había descompuesto bajo estas condiciones.

La Figura 25 es un perfil DSC de Na_{2}Si_{3}O_{7}.0,68 H_{2}O_{2} a 101,3 kPa (760 Torr). Un pico exotérmico indicó que la mayoría del H_{2}O_{2} se había descompuesto a presión atmosférica.

La Tabla 15, a continuación, resume el comportamiento térmico de los complejos de peróxido en los estudios de DSC.

TABLA 15

17

Resultados de los análisis de eficacia

Los ejemplos previos, por ejemplo los Ejemplos 3 y 4, demuestran que los complejos de peróxido inorgánicos fueron capaces de proporcionar esterilización, en asociación con las técnicas descritas en la presente memoria y en otros documentos, en condiciones de vacío. Para demostrar que esos complejos inorgánicos eran capaces de proporcionar esterilización en condiciones atmosféricas, los autores de esta memoria analizaron la eficacia de esterilización de distintos compuestos. El Ejemplo 13A proporciona resultados en los que se produjo esterilización a 101,3 kPa (una atmósfera) y a baja temperatura (\leq60ºC) para un complejo con un único pico endotérmico en DSC a 101,3 kPa (una atmósfera). El Ejemplo 13B proporciona los resultados en los que se produjo esterilización a 101,3 kPa (una atmósfera) y a baja temperatura (\leq60ºC) para un complejo con los dos picos, endotérmico y exotérmico, en DSC a 101,3 kPa (una atmósfera). El Ejemplo 13C proporciona los resultados en los que se produjo esterilización a 101,3 kPa (una atmósfera) y a baja temperatura (\leq60ºC) para un complejo con un único pico exotérmico en DSC a 101,3 kPa (una atmósfera). El Ejemplo 14 proporciona los resultados en los que se produjo esterilización a 101,3 kPa (una atmósfera) y el complejo se calentó, usando un complejo con un único pico endotérmico en DSC a 101,3 kPa (una atmósfera). El Ejemplo 15 proporciona los resultados en los que se produjo esterilización a 101,3 kPa (una atmósfera) y el complejo se calentó, usando un complejo con los dos picos, endotérmico y exotérmico, a 101,3 kPa (una atmósfera). Como se observa a continuación, bajo estas condiciones, se podría conseguir una esterilización eficaz a una presión de 101,3 kPa (una atmósfera) usando estos complejos, incluso para un complejo que tenga un único pico exotérmico en DSC. Como se discutió anteriormente, se piensa que en ciertos casos un pico endotérmico se enmascara en DSC por un pico exotérmico que se produce en el mismo intervalo de temperaturas, lo que justifica la eficaz esterilización observada al usar complejos que sólo presentan un pico exotérmico en DSC.

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Ejemplo 13A Esterilización usando el complejo de peróxido KH_{2}PO_{4}.H_{2}O_{2} (101,3 kPa (1 atmósfera) y baja temperatura)

Se preparó una bolsa para autoesterilización como sigue: una hoja de acero inoxidable, que tenía 7,7 x 10^{5} esporas de B. stearothermophilus en su superficie, se colocó en una placa Petri estéril (60 x 15 mm). Se colocaron 2 gramos del complejo KH_{2}PO_{4}.H_{2}O_{2} en polvo (que contenía el 20,31% en peso de H_{2}O_{2}) en otra placa Petri. Ambas placas se introdujeron juntas en una bolsa de 100 x 250 mm formada de TYVEK^{TM}/MYLAR^{TM}. La bolsa se selló y se expuso a temperatura ambiente (aproximadamente 23ºC), 40ºC (en un incubador) y 60ºC (en un horno) durante diferentes períodos de tiempo. Los resultados del análisis de esterilidad se resumen en la Tabla 16A.

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TABLA 16A

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Ejemplo 13B Esterilización usando el complejo de peróxido K_{2}C_{2}O_{4}.H_{2}O_{2} (1114,3 kPa (1 atmósfera) y baja temperatura)

Se preparó una bolsa para autoesterilización como sigue: una hoja de acero inoxidable, que tenía 1,34 x 10^{6} esporas de B. subtilis var. niger en su superficie, se colocó en una placa Petri estéril (60 x 15 mm). Se colocaron 2 gramos del complejo K_{2}C_{2}O_{4}.H_{2}O_{2} en polvo (que contenía el 14,21% en peso de H_{2}O_{2}) en otra placa Petri. Ambas placas se introdujeron juntas en una bolsa de 100 x 250 mm formada de MYLAR^{TM}/MYLAR^{TM}. La bolsa se selló y se expuso a 40ºC (en un incubador) y a 60ºC (en un horno) durante diferentes períodos de tiempo. Los resultados del análisis de esterilidad se resumen en la Tabla 16B.

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TABLA 16B

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Ejemplo 13C Esterilización usando el complejo peróxido Na_{2}CO_{3}.1,5 H_{2}O_{2} (101,3 kPa (1 atmósfera) y baja temperatura

Se preparó una bolsa para autoesterilización como sigue: una hoja de acero inoxidable, que tenía 1,34 x 10^{6} esporas de B. subtilis var. niger en su superficie, se colocó en una placa Petri estéril (60 x 15 mm. Se colocaron 2 gramos del complejo Na_{2}CO_{3}.1,5 H_{2}O_{2} en polvo (que contenía el 27,78% en peso de H_{2}O_{2}, Fluka) en otra placa Petri. Ambas placas se introdujeron juntas en una bolsa de 100 x 250 mm formada de MYLAR^{TM}/MYLAR^{TM}. La bolsa se selló y se expuso a 60ºC (en un horno) durante diferentes períodos de tiempo. Los resultados del análisis de esterilidad se resumen en la Tabla 16C.

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TABLA 16C

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Ejemplo 14 Esterilización usando el complejo de peróxido Na_{4}P_{2}O_{7}.3 H_{2}O_{2} (101,3 kPa (1 atmósfera) y temperatura del complejo elevada)

Se usó Na_{4}P_{2}O_{7}.3 H_{2}O_{2} (% en peso = 27%) en el aparato de esterilización mostrado en la Figura 8. Los parámetros de esterilización fueron los siguientes: tamaño de la cámara = 15, 9 cm x 15,9 cm x 17, 8 cm (6,25'' x 6,25'' x 7'')(4,5 litros); temperatura de la cámara = 40ºC; presión de la cámara = 101,3 kPa (760 Torr); temperatura de calentamiento = 175-180ºC. Se usó B. stearothermophilus (1,5 x 10^{6}/hoja de bisturí) como inoculante. Los resultados se resumen en las Tablas 17A y 17B. Como es evidente por la Tabla 17A, la esterilización completa de las hojas de bisturí situadas 5,08 cm (dos pulgadas) por encima del aparato térmico se consiguió con sólo 0,01 g del complejo. Contrastando con esto, en los inóculos situados en la parte inferior de la cámara, fueron necesarios 0,3 g del complejo para la esterilización completa.

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TABLA 17A

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TABLA 17B

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Ejemplo 15 Esterilización usando el complejo de peróxido K_{2}C_{2}O_{4}.H_{2}O_{2} (101,3 kPa (1 atmósfera) y temperatura del complejo elevada)

Se usó K_{2}C_{2}O_{4}.H_{2}O_{2} (% en peso = 16,3%) en el aparato de esterilización mostrado en la Figura 8. Los parámetros de esterilización fueron los resumidos en el Ejemplo 14, con la excepción de que la temperatura de calentamiento fue de 155-160ºC. En este experimento, las hojas de bisturí inoculadas se colocaron únicamente por encima de la placa térmica. Los resultados se resumen en la Tabla 18.

TABLA 18

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Con el complejo de oxalato potásico, se produjo esterilización completa usando 0,01 g con 30 minutos de exposición. Se observó esterilización completa con 0,03 g del complejo en los tres ciclos.

En resumen, el H_{2}O_{2} se puede liberar del complejo a una presión de 101,3 kPa (una atmósfera) y a temperatura ambiente. Esta liberación se puede facilitar con temperaturas elevadas y presiones reducidas.

Sistema para la liberación de vapor de complejos de peróxido de hidrógeno

El aparato discutido anteriormente en relación con las Figuras 7A y 7B se puede usar en un sistema para la liberación de vapor de peróxido de hidrógeno de complejos de peróxido de hidrógeno. Este aparato se puede usar en asociación con complejos de peróxido formados en discos. No obstante, los autores de esta memoria han encontrado que el vapor se puede liberar más completa y eficazmente cuando se usa en forma pulverizada. El polvo se puede colocar en un aparato que use el mismo mecanismo descrito anteriormente en relación con las Figuras 7A y 7B. Sin embargo, otro procedimiento para la introducción de polvo se lleva a cabo mediante la aplicación inicial del polvo en una cinta adhesiva para temperaturas elevadas. Por ejemplo, la compañía 3M Corporation fábrica la cinta para temperaturas elevadas 9469, que hace uso de su adhesivo A10. El polvo se puede espolvorear sobre el adhesivo y la cinta se puede introducir en la cámara para la liberación del vapor de peróxido de hidrógeno. Otra cinta adhesiva ejemplar para este propósito puede estar formada por la cinta 3M 9485 con el adhesivo 3M A25.

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Conclusión

Se debe apreciar que la presente invención no está limitada únicamente a las formas de realización descritas en la Descripción detallada. Sin embargo, la invención está limitada únicamente por el alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (16)

1. Un procedimiento para fabricar en pasta un complejo de peróxido de hidrógeno-sal inorgánica, que comprende las etapas siguientes:

(a)

mezcla de dicha sal con agua suficiente durante un tiempo suficiente para formar una pasta blanda;

(b)

dejar que dicha pasta se enfríe;

(c)

mezcla de dicha pasta enfriada con una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno para formar una pasta que contiene peróxido de hidrógeno; y

(d)

secado de dicha pasta que contiene peróxido de hidrógeno.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha sal es una sal de fosfato o de fosfato condensado.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que dicha sal es una sal de fosfato o de fosfato condensado de sodio, potasio, calcio o magnesio.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que dicho complejo de peróxido de hidrógeno-sal es un complejo de Na_{4}P_{2}O_{7}.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que dicho Na_{4}P_{2}O_{7} está formando un complejo con dos o más moléculas de H_{2}O_{2}.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que dicho complejo es Na_{4}P_{2}O_{7}.3 H_{2}O_{2}.

7. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que dicho complejo de peróxido de hidrógeno-sal es un complejo K_{3}PO_{4}.

8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que dicho K_{3}PO_{4} está formando un complejo con dos o más moléculas de H_{2}O_{2}.

9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que dicho complejo es K_{3}PO_{4}.3 H_{2}O_{2}.

10. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha disolución acuosa de peróxido de hidrógeno tiene una concentración de entre aproximadamente el 12 y aproximadamente el 80%.

11. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha etapa de secado comprende secado por vacío.

12. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha etapa de secado comprende secado en un horno.

13. Una composición de materia que comprende K_{2}HPO_{4}. n H_{2}O_{2}, en la que n es igual a 3 ó 3,15.

14. Una composición de materia que comprende Ca_{2}P_{2}O_{7}. n H_{2}O_{2}.

15. Una composición de materia que comprende Mg_{2}P_{2}O_{7}. n H_{2}O_{2}.

16. El uso de la composición de una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15 para la esterilización de artículos usando vapor de peróxido de hidrógeno.