A presente tese trata do desenvolvimento de uma língua eletrônica (LE) e da avaliação de seu uso na detecção de 2-metilisoborneol (MIB), geosmina (GEO) e isoborneol (ISO) em amostras de água. A água abastecida à região metropolitana de São Paulo provém de mananciais, os quais estão sujeitos à ploriferação de algas (eutrofização). Muitas delas podem ser tóxicas e ainda produzir compostos, como MIB e GEO, substâncias reconhecidas por provocar gosto e odor desagradáveis na água que consumimos. De fato, a presença de MIB e GEO na água é uma das maiores fontes de reclamação por parte dos consumidores junto à companhia de saneamento e abastecimento de São Paulo (SABESP). Apesar disso, ainda não existem tecnologias que possam ser aplicadas para a detecção in locu dessas substâncias. A LE usada nesta tese foi baseada em um arranjo de sensores químicos não-específicos, formados por microeletrodos interdigitados de ouro recobertos com filmes poliméricos nanoestruturados depositados pela técnica de automontagem e interrogados sob regime de corrente alternada. A calibração da LE foi realizada com soluções de concentração determinada de GEO, MIB e ISO preparadas em água destilada, mineral e de torneira. Foram avaliadas tanto soluções individuais contendo um único contaminante, quanto misturas contendo MIB e GEO. A resposta elétrica dos sensores (medidas de capacitância), foram interpretadas por análise das componentes principais (PCA) e por lógica Fuzzy, com as quais a LE consegue discriminar as diversas amostras com relativa facilidade e confiabilidade. Dentre as principais observações dessa investigação, notou-se que a LE desenvolvida consegue detectar MIB e GEO em amostras de água reais em concentrações tão baixas quanto 20 ng L-1. Os gráficos de PCA mostram a separação das amostras em clusters relativamente pequenos, bem separados e sem sobreposição. A LE é capaz de identificar de forma direta, a partir de variações na primeira componente principal, variações na razão molar nGEO/nMIB em misturas de MIB e GEO. Em um caso mais próximo da realidade, a LE consegue discriminar com relativa facilidade, amostras de água fornecidas pela SABESP, coletadas do sistema Guarapiranga antes e após a estação de tratamento. As taxas de acerto da LE usando os controladores Fuzzy desenvolvidos são próximas de 100% para a maioria das amostras. A menor taxa de acerto (93,33%) ocorreu com as amostras preparadas em água de torneira. Adicionalmente, nenhuma amostra de água pura foi classificada como contendo algum contaminante, ou seja, não houve falsos positivos. Conclui-se, portanto que a LE desenvolvida, tanto em termos de sensores quanto de análise de dados, apresenta potencial para monitoramento de MIB e GEO nos reservatórios de água, fornecendo em tempo real e in loco informações sobre a qualidade da água provinda da estação de tratamento. A tese também apresenta alguns resultados da preparação de filmes poliméricos com impressão molecular para aplicação em sensores específicos, obtidos durante o estágio na Universidade Autônoma de Barcelona. / Water from São Paulo metropolitan area comes from water reservoirs, which are prone to algae bloom (eutrophication). These algae can be toxic and produce compounds, such as geosmin (GEO) and 2-methylisoborneol (MIB) that give unpleasant taste and odour to the water supplied to consumers. In fact, their presence in water is one of the major complains of consumers to São Paulo\'s water company (SABESP). Despite that, technologies that can be applied for monitoring these substances in real time and in locu are still not available. In this sense, the present thesis work has focused on the development of an electronic tongue system (ET) and evaluate its performance on detecting MIB, GEO and isoborneol (ISO) in water samples. The ET is based on an array of non-specific chemical sensors, which are made of gold interdigitated microelectrodes covered with nanostructured polymeric films deposited via the layer-by-layer technique and interrogated in alternate current regime. The ET calibration was conducted by analyzing distilled, mineral and tap water samples tainted with known concentrations of MIB, GEO and ISO. The samples were solutions with a single tainting compound and solutions containing MIB and GEO mixed together. The sensors\' electrical response (capacitance measurements) was interpreted by principal component analysis (PCA) and Fuzzy logic. Among the main features of this work, the present ET presents a detection limit of about 20 ng L-1 for both tainting compounds. The ET can also discriminate with great easiness and confiability individual and mixture samples. PCA plots show that samples are grouped into relatively small and well-separeted clusters (no overlapping). The ET is also capable of detect, based on changes on the first principal component, changes in the nGEO/nMIB molar ratio of mixed samples. Also, the ET can discriminate with great easiness, water samples supplied by SABESP, collected at Guarapiranga\'s reservoir, before and after the water treatment plant. The influence of the water type on the sensors\' response has little significance when the Fuzzy controller is employed. The ET with the Fuzzy controller presents an excellent performance with very low error rates: 0.25% (distilled water), 5% (mineral water) and 6.66% (tap water). Besides that, Fuzzy logic results can be displayed in simpler plots which ensures easier readings of hit and error rates of the ET. Also, the numeric values (compound concentration) can be replaced by linguistic variables such as proper and improper. Finally, it can be concluded that the ET developed herein, when considering sensor and data analysis, shows a great potential for monitoring MIB and GEO in water reservoirs, providing in real time and in locu information about water quality in treatment stations. This thesis also presents the study on the assembly of molecularly imprinted polymeric films to be used in specific chemical sensors, carried out during the internship at the Universidade Autonoma de Barcelona.

A presente tese trata do desenvolvimento de uma língua eletrônica (LE) e da avaliação de seu uso na detecção de 2-metilisoborneol (MIB), geosmina (GEO) e isoborneol (ISO) em amostras de água. A água abastecida à região metropolitana de São Paulo provém de mananciais, os quais estão sujeitos à ploriferação de algas (eutrofização). Muitas delas podem ser tóxicas e ainda produzir compostos, como MIB e GEO, substâncias reconhecidas por provocar gosto e odor desagradáveis na água que consumimos. De fato, a presença de MIB e GEO na água é uma das maiores fontes de reclamação por parte dos consumidores junto à companhia de saneamento e abastecimento de São Paulo (SABESP). Apesar disso, ainda não existem tecnologias que possam ser aplicadas para a detecção in locu dessas substâncias. A LE usada nesta tese foi baseada em um arranjo de sensores químicos não-específicos, formados por microeletrodos interdigitados de ouro recobertos com filmes poliméricos nanoestruturados depositados pela técnica de automontagem e interrogados sob regime de corrente alternada. A calibração da LE foi realizada com soluções de concentração determinada de GEO, MIB e ISO preparadas em água destilada, mineral e de torneira. Foram avaliadas tanto soluções individuais contendo um único contaminante, quanto misturas contendo MIB e GEO. A resposta elétrica dos sensores (medidas de capacitância), foram interpretadas por análise das componentes principais (PCA) e por lógica Fuzzy, com as quais a LE consegue discriminar as diversas amostras com relativa facilidade e confiabilidade. Dentre as principais observações dessa investigação, notou-se que a LE desenvolvida consegue detectar MIB e GEO em amostras de água reais em concentrações tão baixas quanto 20 ng L-1. Os gráficos de PCA mostram a separação das amostras em clusters relativamente pequenos, bem separados e sem sobreposição. A LE é capaz de identificar de forma direta, a partir de variações na primeira componente principal, variações na razão molar nGEO/nMIB em misturas de MIB e GEO. Em um caso mais próximo da realidade, a LE consegue discriminar com relativa facilidade, amostras de água fornecidas pela SABESP, coletadas do sistema Guarapiranga antes e após a estação de tratamento. As taxas de acerto da LE usando os controladores Fuzzy desenvolvidos são próximas de 100% para a maioria das amostras. A menor taxa de acerto (93,33%) ocorreu com as amostras preparadas em água de torneira. Adicionalmente, nenhuma amostra de água pura foi classificada como contendo algum contaminante, ou seja, não houve falsos positivos. Conclui-se, portanto que a LE desenvolvida, tanto em termos de sensores quanto de análise de dados, apresenta potencial para monitoramento de MIB e GEO nos reservatórios de água, fornecendo em tempo real e in loco informações sobre a qualidade da água provinda da estação de tratamento. A tese também apresenta alguns resultados da preparação de filmes poliméricos com impressão molecular para aplicação em sensores específicos, obtidos durante o estágio na Universidade Autônoma de Barcelona. / Water from São Paulo metropolitan area comes from water reservoirs, which are prone to algae bloom (eutrophication). These algae can be toxic and produce compounds, such as geosmin (GEO) and 2-methylisoborneol (MIB) that give unpleasant taste and odour to the water supplied to consumers. In fact, their presence in water is one of the major complains of consumers to São Paulo\'s water company (SABESP). Despite that, technologies that can be applied for monitoring these substances in real time and in locu are still not available. In this sense, the present thesis work has focused on the development of an electronic tongue system (ET) and evaluate its performance on detecting MIB, GEO and isoborneol (ISO) in water samples. The ET is based on an array of non-specific chemical sensors, which are made of gold interdigitated microelectrodes covered with nanostructured polymeric films deposited via the layer-by-layer technique and interrogated in alternate current regime. The ET calibration was conducted by analyzing distilled, mineral and tap water samples tainted with known concentrations of MIB, GEO and ISO. The samples were solutions with a single tainting compound and solutions containing MIB and GEO mixed together. The sensors\' electrical response (capacitance measurements) was interpreted by principal component analysis (PCA) and Fuzzy logic. Among the main features of this work, the present ET presents a detection limit of about 20 ng L-1 for both tainting compounds. The ET can also discriminate with great easiness and confiability individual and mixture samples. PCA plots show that samples are grouped into relatively small and well-separeted clusters (no overlapping). The ET is also capable of detect, based on changes on the first principal component, changes in the nGEO/nMIB molar ratio of mixed samples. Also, the ET can discriminate with great easiness, water samples supplied by SABESP, collected at Guarapiranga\'s reservoir, before and after the water treatment plant. The influence of the water type on the sensors\' response has little significance when the Fuzzy controller is employed. The ET with the Fuzzy controller presents an excellent performance with very low error rates: 0.25% (distilled water), 5% (mineral water) and 6.66% (tap water). Besides that, Fuzzy logic results can be displayed in simpler plots which ensures easier readings of hit and error rates of the ET. Also, the numeric values (compound concentration) can be replaced by linguistic variables such as proper and improper. Finally, it can be concluded that the ET developed herein, when considering sensor and data analysis, shows a great potential for monitoring MIB and GEO in water reservoirs, providing in real time and in locu information about water quality in treatment stations. This thesis also presents the study on the assembly of molecularly imprinted polymeric films to be used in specific chemical sensors, carried out during the internship at the Universidade Autonoma de Barcelona.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Eagle Creek Reservoir (ECR), located in the Midwestern U.S., is a freshwater limnic system plagued by seasonal Harmful Algal Blooms (HABs) which generate water-fouling Geosmin (GSM) and 2-Methylisoborneol (MIB) Taste and Odor (T&O) compounds. Past investigations of T&O event dynamics have identified Actinomycetes as responsible for MIB production and several genera of cyanobacteria for GSM production. During 2018, a temporally and spatially expansive sampling regimen of the reservoir was carried out and a battery of biological, chemical, physical, and hyperspectral experiments performed. The resulting data was analyzed using time series, cross-correlation, lag time, and multivariate analyses as well as machine learning algorithms to pick apart and interrogate any relationships between HABs, T&O events, and environmental parameters. The results show that local weather and watershed conditions exert significant control over the state of the reservoir and the behavior of the algal community. GSM and MIB peaked during early May under well-mixed, cold, and nutrient-rich water column conditions, then declined under summer thermal stratification before making a small resurgence during late season mixing. Bloom die-off and decay was effectively ruled out as a mechanism controlling T&O concentrations, and no links were found between T&O concentrations and algal biomass. Strong evidence was found that GSM/MIB concentrations were a response by bloom microbes to changing nutrient conditions within the reservoir, and it was determined that nutrient fluxes from the watershed 30-40 days prior to peak T&O concentrations are likely instrumental in the development of the slow- ix growing microbes characteristic of the reservoir. Attempts were made to assess spatial and temporal variability but no significant spatial differences were identified; differences between sampling sites were far smaller than differences between different sampling dates. The findings here add to the growing body of literature showing T&O and HAB dynamics are more closely linked to the relative abundance and speciation of nutrients than other parameters. Additionally, these findings carry important implications for the management of ECR and other similar freshwater reservoirs while highlighting the importance of reducing watershed eutrophication.