This thesis presents an overview of the research activities undertaken during my PhD under the supervision of Dr. F. Iza from the School of Electronic, Electrical and Systems Engineering and Dr. B. Buckley from the Chemistry Department at Loughborough University. The thesis is divided as follows. The first chapter of the thesis presents an introduction to plasma and chemical probes as well as the motivation for developing fluorescent probes for plasma characterisation. Analytical techniques used during this work to analyse chemical substances are described in the second chapter. Results and discussions from the experiments are discussed in chapters 3 to 7. Conclusions and future work are presented in chapter 8. In chapter 9, experimental data is presented. In the last century, plasma has attracted the attention of numerous researchers. Due to the wide-range of applications of this ionised gas, people from different fields have focused their effort on studying plasma. Low-temperature plasmas have received growing attention in the last 50 years when the development in cold plasma devices made them more controllable. Plasma played (and continues to play) a critical role in the fabrication process of integrated circuits and recent advances in the generation of low-temperature atmospheric-pressure plasmas have resulted in the emergence of new applications including treatment of temperature sensitive surfaces and biological targets. During the first months at Loughborough I worked on the ozonolysis of various alkenes with air plasmas. This allowed me to familiarised myself with plasma as this was new to me and get a feeling of some of the challenges lying ahead. Nonetheless, the data I obtained was encouraging and I presented the results of batch and flow plasma-based ozonolysis of alkenes at the Technological Plasma Workshop held in Manchester in January 2012. Once I had familiarised myself with the plasma system, I worked on synthesising fluorescent probes to detect ozone, one of the many reactive species that are typically generated in oxygen containing plasmas. Details of the experiments conducted to date and most significant findings are discussed in this thesis.

The ability to monitor the presence of analytes is of great importance both in industrial applications and physiological systems. Since the crucial recognition events of chemistry, biology, and materials science occur in a much smaller world, it is very difficult to gather this kind of information. Therefore much effort has been devoted to the detection of chosen molecules selectively and signalling this presence. This thesis highlighted the uniqueness and utility of both fluorescent sensor and electrochemical sensor to investigate biologically important species. The determination of copper(II) ion is very crucial to both environment and human health. To utilise the fluorescent sensors for recognition has plenty of advantages, such as high sensitivity, “on-off” switch ability and submillisecond temporal resolution. Naphthalimide based probes has always been the key point of the chemosensors due to its excellent photophysical properties. Therefore, the aim of the project is to investigate boronic acid receptor linked to the naphthalimide fluorophore for copper(II) detection. And the utility of boronic acid as binding site is one of the rare examples of fluorescent chemosensors for Cu2+ detection. Neutral molecules such as glutathione (GSH) play a crucial role in maintaining appropriate redox homeostasis in biological systems. We creatively use the chromophore of dicyanomethylene-4H-pyran(DCM) for the design of probe, due to its emission located at the red or near infra-red (NIR) region, which is particularly suitable for application in biological samples. GSH, the most abundant cellular thiol, is of great importance in cellular defence against toxins and free radicals. Therefore we developed a colorimetric and NIR fluorescence turn-on thiol probe containing DCM as the fluorophore and DNBS as the fluorescence quencher and recognition moiety. The interaction of ferrocene-boronic acid with fructose is investigated in aqueous 0.1 M phosphate buffer at pH 7, 8, and 9. Two voltammetric methods, (i) based on a dual-plate generator-collector micro-trench electrode (steady state) and (ii) based on square-wave voltammetry (transient), are applied and compared in terms of mechanistic resolution. A combination of experimental data is employed to obtain new insights into the binding rates and the cumulative binding constants for both the reduced ferrocene-boronic acid (pH dependent and weakly binding) and for the oxidised ferrocene-boronic acid (pH independent and strongly binding). Finally, a redox-activated fluorescence switch based on a ferrocene - fluorophore - boronic ester conjugate was investigated. The development of multifunctional systems that can integrate individual basic logic gates into combinational circuits has drawn much attention to smart materials. A novel electrochemically and fluorescence active boronic ester sensor molecule has been developed containing ferrocence and naphthalimide as the redox and fluorophore units. The solid state electrochemical characterisation of the compound was investigated in aqueous media and it indicates a direct interaction with fluoride anions. The fluorescence can also be modulated through photoinduced electron transfer (PET) by a redox process. An OFF-ON fluorescence response occurs when the ferrocene is oxidised by Fe3+. While in the presence of F-, the fluorescence enhancement was offset. Therefore, the combinations of iron (Fe3+ ) ions, sodium L-ascorbate, and fluoride (F-) ions can be used to produce a molecular system displaying INHIBIT logic gate, due to indirect fluorescence quenching.

Redox potential, a measure of how oxidising or reducing an environment is, is tightly regulated by cells to minimise detrimental chemical oxidation and reduction reactions. In proteins, it is the sulfur containing cysteine residues that can be post-translationally modified through specific redox reactions, for example, the formation of disulfide bonds between cysteine residues can be crucial to protein structure. It has recently been hypothesised that signalling pathways utilising redox regulated proteins may be arranged into electrochemical series. The characterisation of the redox properties of specific cysteine residues in proteins has proven difficult using traditional redox characterisation methods such as cyclic voltammetry. A number of biochemical methods have been developed for studying the effect of the redox environment on proteins, many making use of mass spectrometry and allowing for localisation of the site of the modification to specific cysteine residues. However, fewer methods have been reported that facilitate accurate quantification for the determination of the mid-point potential of these redox regulated cysteine residues. Here, a differential labelling protocol using high resolution mass spectrometry techniques for the study of redox chemistry of cysteine residues in proteins will be reported. The protocol exploits the novel chemistry of thiol groups for specific alkylation and allows for both qualitative and quantitative experiments. Thioredoxin-1 from E. coli and human systems was used as a model protein and a novel disulfide bond was characterised. The reducing potential of the active site cysteine residues of human thioredoxin were found to be very similar to those of the E. coli proteoform, -276 ± 1 and -281.4 ± 0.3 mV respectively. The remaining three cysteine residues of human thioredoxin were found to be regulated at more oxidising potentials. The protocol developed was applied to a protein from the cell death pathway of apoptosis; human caspase-3 is an executioner protease from the caspase cascade. Caspase-3 was found to contain three redox sensitive cysteine residues. The catalytically active cysteine residue was redox regulated via two mechanisms, glutathionylation and disulfide bond formation. One of these mechanisms gives the active site cysteine residue a calculated reducing potential of -165 ± 6 mV supporting the correlation between caspase-3 activity and its observed role in the apoptotic pathway but not in necrotic cell death.

Steven Paul McCormick. / Also issued as Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1989. / Includes bibliographical references. / Supported in part by the Joint Services Electronics Program. DAAL03-86-K-0002

La memoria de la tesis está organizada en 8 capítulos. Un resumen de cada capítulo se detalla a continuación. El Capítulo 1 es una Introducción, en la que se presenta el estado del arte así como los objetivos de la tesis. En el Capítulo 2 se describe el uso de la impedancia electroquímica a diferentes temperaturas para la discriminación de la mutación DF508 con respecto a la secuencia normal sin mutación. Las sondas de DNA (de 15 y 21 bases de longitud) fueron inmovilizadas en la superficie de los electrodos de oro y de la variación de la resistencia a la transferencia de carga (Rct) fue medida en función de la hibridación. Para la detección se han utilizado dos tipos de secuencias diana: secuencias sintéticas 15 mer y dos análogos sintéticos de productos de PCR de 82 (mutante) y 85 (normal) bases. La hibridación con la secuencia corta resulto en una variaciones de Rct muy específicas a la secuencia estudiada, con un factor de discriminación a temperatura ambiente de 5 veces cuando se comparó la respuesta obtenida con la secuencia totalmente complementaria con respecto a las no coincidentes. Sin embargo, en el caso de los productos de PCR sintéticos de cadena sencilla el factor de discriminación fue menor (1.5 veces). Por ellos, el efecto de la temperatura fue investigado como vía para mejorar la discriminación. El uso de lavados post-hibridación a temperatura elevada dio lugar a una mejora de 5 veces en el factor de discriminación. De esta manera, utilizando arrays de electrodos inmovilizadas con sondas selectivas a las secuencias de tipo mutante y normal, se logró una detección inequívoca de la mutación DF508. En el Capítulo 3 se describe el uso del azul de metileno como indicador electroquímico en la discriminación de la mutación DF508 de fibrosis quística de secuencias normales en productos de PCR. En condiciones experimentales óptimas se obtuvo un factor de discriminación de 1.5 entre el tipo mutante y el normal. El ensayo propuesto es cuantitativo y lineal en el rango de 10 - 100 nM, exhibiendo un límite de detección (LOD) de 2.64 nM. Estudios electroquímicos en distintas condiciones de fuerza iónica permitió elucidar el mecanismo de la interacción de azul de metileno con el DNA y, al parecer, este es el primer reporte sobre la detección de hibridación a través de la interacción guanina específica del MB con de DNA, a diferencia de la interacción electrostática como quedó demostrado en el estudio de la fuerza iónica. La introducción de formamida en el tampón de hibridación para mejorar la discriminación también fue investigada. Por último, a una concentración de 10 nM, la secuencia mutante fue efectivamente discriminada respecto de la normal ajustando los parámetros de configuración de un multi-sensor. el DNA y, al parecer, este es el primer reporte sobre la detección de hibridación a través de la interacción guanina específica del MB con de DNA, a diferencia de la interacción electrostática como quedó demostrado en el estudio de la fuerza iónica. La introducción de formamida en el tampón de hibridación para mejorar la discriminación también fue investigada. Por último, a una concentración de 10 nM, la secuencia mutante fue efectivamente discriminada respecto de la normal ajustando los parámetros de configuración de un multi-sensor. El Capítulo 4 presenta un biosensor electroquímico basado en la discriminación de la mutación DF508 de fibrosis quística de secuencias normales en productos de PCR sintéticos. Para ello se empleo una sonda tipo faro molecular de 34 pares de bases complementaria a la mutación DF508 inmovilizada en la superficie de un electrodo de oro y azul de metileno como indicador electroquímico, el cual interacciona con el extremo 5' del faro molecular. La inmovilización del faro molecular en la superficie del electrodo de oro se logró a través un derivado tiolado en el extremo 3' para formar un enlace S-Au en la superficie del electrodo. El efecto de diferentes tipos de tampón (PBS, PBS-T, CSE, HEPES y Trizma) fue investigado. Dos mecanismos de inmovilización fueron examinados en este trabajo: co-inmovilización e inmovilización en dos etapas ("backfilling") con el objetivo de determinar el procedimiento que más tarde sería mejor para la estabilidad de la sonda. También se estudió la temperatura de fusión de la sonda obteniéndose un valor de 31.5ºC, lo cual asegura la estabilidad de la sonda a temperatura ambiente. El tiempo optimo del proceso de hibridación fue de 20 minutos, lo cual segura un ensayo rápido. En condiciones experimentales óptimas se obtuvo un factor de discriminación de 2.5 entre la secuencia mutante y la normal. En el Capítulo 5 se presenta un método para la determinación precisa de la temperatura de fusión (Tm) de secuencias de DNA de doble hebra inmovilizadas que explota las propiedades de extinción de fluorescencia de superficies de oro. Para ello se empleo una sonda de DNA de cadena simple tiolada quimisorbida en la superficie de oro que se híbrida a una secuencia complementaria marcada con un fluoróforo. Tras la formación del dúplex, la fluorescencia de la etiqueta se extingue de manera efectiva por la superficie de oro. Al aumentar la temperatura y deshibridarse el dúplex, el fluoróforo se mueve lejos de la superficie del oro y la señal de fluorescencia se recupera de nuevo. De esta manera el aumento de la fluorescencia se mide cuando temperatura se eleva de secuencias relacionadas a la mutación DF508 se determinaron en tres formatos: en disolución, inmovilizados en nanopartículas de oro (Au-NPs) y en chips de oro (Au-chips). progresivamente y graficando la primera derivada de la variación e fluorescencia con respecto a la temperatura se determina Tm. Para demostrar este el enfoque, los valores de Tm En el Capítulo 6 se introduce una propuesta de discriminación de la mutación DF508 basada en la modificación del DNA a determinar con la etiqueta redox. Para ello se preparó un conjugado de ferroceno con la secuencia mutante (Mut-Fc) que se hibrida con dos posibles secuencias complementarias inmovilizadas en una superficie de oro, una con complementaridad total y otra conteniendo 3 bases no coincidentes. Las diferencias en las señales del ferroceno entre los dos métodos de hibridación se han mejorado estudiando las variaciones de la temperatura de fusión, obteniéndose alrededor de 8 ºC de diferencia en los valores de Tm entre ambas secuencias. La mejor discriminación se obtuvo a 40 ºC, en la que la sonda respecto a la secuencia normal dio una respuesta cercana a cero. Este resultado indica que es posible etiquetar las sondas de PCR con ferroceno con el fin de obtener muestras de DNA real marcadas, lo cual haría posible distinguir entre secuencias mutantes y normales mediante medidas de la temperatura de fusión. En Capítulo 7 se discute un ensayo basado en mediciones de temperatura de fusión empleando azul de metileno como indicador electroquímico en la discriminación de la mutación DF508 de fibrosis quística de secuencias normales en productos de PCR sintéticos. La sonda complementaria mutante inmovilizada en la superficie de electrodos de oro resultó ser térmicamente estable hasta 70 ºC. La influencia de la fuerza iónica sobre la estabilidad del sistema también se estudió, siendo 0.5 M la concentración de NaCl óptima. El factor de discriminación entre las secuencias de tipo mutante y normal mejoró de 1.1 a 27 ºC hasta 4.26 a 55 ºC. El valor calculado de la temperatura de fusión del dúplex mutante con la secuencia complementaria inmovilizada sobre la superficie del electrodo de oro estuvo de acuerdo con la ecuación de Wallace. El efecto en la estabilidad de dúplex en términos de temperatura de fusión de secuencias laterales situadas en el mutante también fue investigado. Finalmente, en el Capítulo 8 se presentan las conclusiones principales del trabajo de esta tesis y el trabajo futuro.

El plom s’ha emprat per a múltiples propòsits durant segles (canalitzacions d’aigua, pintures, bateries, etc.). Actualment, degut a la seva toxicitat i al seu caràcter bioacumulatiu, el seu ús es troba en recessió. No obstant, degut a la seva gran persistència en el medi, aquest encara es pot trobar en quantitats apreciables. La present tesi té com a objectiu principal proporcionar la informació i/o les eines necessàries per tal de conèixer si es compleix amb la legislació vigent referent a la concentració de plom en diferents medis. Aquesta tesi es divideix en dos blocs principals. Al primer bloc es monitoritza la contaminació per plom en l’aigua de consum i en sòls emprant bàsicament les tècniques analítiques clàssiques. La contaminació de l’aigua per plom és una problemàtica existent encara en algunes llars degut a l’existència de canonades de plom com a sistema de distribució domiciliaria d’aigua. En aquesta tesi, i sota un conveni de col·laboració amb l’empresa Societat d’Aigües de Barcelona i Adasa Sistemas, es dissenya i optimitza un sistema automàtic emprant l’extracció en fase sòlida i es proposa un protocol de mostreig per avaluar la ingesta de plom per l’aigua de consum seguint els requeriments de la directiva 98/83/CE. Per altre banda, s’avalua la lixiviació del plom en una canonada nova per a estudiar la ingesta de plom que es va fer en un passat per aquesta via. Una breu introducció com la descripció del desenvolupament, la caracterització i la validació de l’equip es presenten en el capítol 3. La contaminació, aquest cop en el sòl, es presenta en zones properes a la indústria metal·lúrgica. Aquesta situació queda exemplificada en aquesta tesi en el cas de la ciutat de Torreón (Mèxic). Així, en el marc d’un conveni de col·laboració amb l’empresa Met-Mex Peñoles, es monitoritza de forma periòdica (2000-2013) aquesta zona i s’avaluen les accions dutes a terme per l’empresa per tal de minimitzar les fuites fugitives i remeiar la zona afectada. La informació relativa a aquest estudi es troba al capítol 4. Degut als inconvenients (retràs en la informació, cost econòmic elevat, només operatives en ambients controlats) que presenten les tècniques analítiques clàssiques alhora de satisfer la gran demanda d’informació que seria desitjable per a la monitorització ambiental, l’objectiu del segon bloc es buscar alternatives que solucionin/minimitzen aquests inconvenients. Així, es desenvolupen sistemes de cribatge emprant sensors electroquímics (potenciomètrics i voltamperomètrics) com a sistemes de detecció tot aprofitant les avantatges que proporcionen les noves tecnologies de miniaturització. Aquests sistemes s’han desenvolupat per a ser operatius tant en condicions de flux continu com en condicions discretes (batch). Per aconseguir aquest objectiu, al capítol 5 s’avaluen diferents elèctrodes selectius de plom (comercials, sinteritzats en el Grup de Recerca), diferents transductors conductors sòlids compatibles amb la tecnologia de microfabricació LTCC (serigrafiats, modificats sota diferents condicions d’electrodeposició) i s’optimitza la configuració de la cel·la de detecció per a microsistemes de flux. Al capítol 6 s’avaluen diferents materials d’elèctrodes, alguns d’ells obtinguts per tecnologia microelectrònica, com a sensors voltamperomètrics per a la determinació de plom. / Lead has been used for multiple purposes during centuries (water pipes, paint, batteries, etc.). Currently, due to their toxicity and their bioaccumulative nature, its use is in recession. However, due to its high persistence in the environment, it can still be found in significant amounts in the environment and water sources. The main objective of the present work is to provide tools and/or information necessary to ascertain whether the legislation relating to the concentration of lead in different media is complied. This thesis is divided into two main parts. The first is the monitoring of lead contamination in drinking water and soils, basically using classical analytical techniques. Water pollution by lead is a problem that still exists in some households due to the presence of old lead pipes as domiciliary water distribution system. In this thesis, and under a contract agreement with the companies Societat d’Aigües de Barcelona and Adasa Sistemas, an automated system based on solid phase extraction is designed and optimized and a protocol to assess the sampling intake of lead for drinking water is proposed, following the requirements of Directive 98/83/EC. On the other hand, in order to assess the ingestion of lead during the use of a pipe, a study of the lead leaching of a new lead pipe has been done. A brief introduction on this field and the description of the development, characterization and validation of the equipment are presented in Chapter 3. On the other hand, soil pollution usually appears in areas close to metallurgical industry. This situation is exemplified in this thesis in the case of the city of Torreon (Mexico). Thus, in the framework of a cooperation agreement with the company Met-Mex Peñoles, the area near the company is monitored periodically during years (2000-2013) in order to evaluate the actions taken by the company to minimize fugitive emissions and leaks and to remediate the affected area. The information on this study can be found in Chapter 4. Due to the problems (information delay, high cost, and operability only in controlled environments) that classical analytical techniques present to meet the desired high information demands for environmental monitoring, the main goal of the second part of this thesis is focused into finding alternatives to solve/minimize these drawbacks. Thus, screening systems have been developed using electrochemical sensors (potentiometric and voltammetric) as detection systems, while taking advantage of the features that miniaturization technologies can offer. These systems have been developed to operate in both continuous flow and discrete (batch) conditions. To achieve this goal, different selective lead electrodes (commercial and synthesized in the GSB research group) as well as various solid conductor transducers, compatible with the microfabrication technology and the LTCC technology (screen printed, modified under different electroplating conditions) have been evaluated. Moreover, the configuration of the detection cell in microfluidic systems has been optimized. All this information is detailed in Chapter 5. After that, different electrode materials, some of them obtained by microelectronics (for instance voltammetric sensors) have been tested for lead determination. All this work is described in Chapter 6.

Two-dimensional correlation spectroscopy in solid-state NMR is an immensely important tool for the analysis of materials, such as technologically interesting nano-materials or bio-materials. After detailing one method that returns high-resolution one-dimensional solid-state proton NMR spectra, high-resolution proton-proton two-dimensional correlation experiments are described and demonstrated. Subsequently, a new two-dimensional NMR experiment is described which is suitable for obtaining a high-resolution proton dimension in heteronuclear dipolar correlation spectra of solids. This new experiment has been used to characterise the interface between the organic and inorganic components of "coreshell" colloidal nanocomposite particles. In addition, a new two-dimensional NMR experiment is described which is suitable for obtaining homonuclear scalar correlation spectra in solids. This new experiment has several advantages, including increased cross peak intensities coupled with good suppression of the diagonal. Its utility is demonstrated via carbon-13 spectra of natural abundance samples as well as the polymer phase of caesium fulleride.

Las investigaciones recogidas en esta memoria versan sobre el desarrollo de nuevos materiales y membranas con propiedades mejoradas preparados mediante la técnica de Reactivos Incorporados en Fase Sólida (Solid-Phase Incorporated Reagents, SPHINER.). Esta técnica se basa en la incorporación de reactivos en una fase sólida mediante diferentes procedimientos como un primer paso para la preparación de materiales compuestos. Por este medio, se han preparado Membranas Compuesta Activadas (Activated Composite Membranes, ACM) con ácido di-(2-etilhexil)ditiofosfórico como transportador de iones metálicos. Este tipo de membranas son membranas bicapa formadas por un soporte microporoso de polisulfona y una capa densa y delgada de poliamida en la parte superior. En el interior se atrapa el reactivo incorporado que es capaz de formar complejos estables con los metales de interés. En este sentido, las ACM han demostrado su capacidad para el transporte selectivo y efectivo de varios iones metálicos como cinc, cadmio, bismuto, cobre, estaño e indio. A partir de los datos recogidos en el transcurso de las investigaciones, se ha confeccionado un modelo semicuantitativo para predecir el flujo de los iones en un sistema específico en la función de las constantes de equilibrio de las especies implicadas. Además, se ha realizado una caracterización morfológica exhaustiva para asociar los parámetros estructurales de la membrana con sus propiedades de transporte. Esta caracterización ha revelado que la formación de la capa de poliamida sobre soportes de polisulfona comercial produce unas membranas poco satisfactorias sin las propiedades de transporte requeridas. Además, se han preparado nuevos materiales que incorporan en su interior nanopartículas metálicas (Metal Nanoparticles, MNP) mediante el procedimiento de síntesis intermatricial tanto en polímeros funcionalizados como no funcionalizados. De esta manera se ha logrado sintetizar nanopartículas metálicas macizas y también nanopartículas mixtas con estructura "core-shell". Las nanopartículas formadas han sido caracterizadas por diferentes técnicas microscópicas para saber su tamaño, su distribución y su grado cristalino. Todos los parámetros determinados han sido considerados satisfactorios. Finalmente, los nanoobjetos desarrollados han sido incorporados como membranas sensoras en sensores amperométricos y, como resultado, su eficiencia ha aumentado considerablemente. / The research reported in this is memory deals with the development of new membranes and materials with enhanced properties prepared by using the SPHINER technique. This technique consists in the incorporation of reagents in solid phase as a first step to prepare composite materials. By these means, Activated Composite Membranes (ACM) containing di(2-ethylhexyl) dithiophosphoric acid as a carrier have been prepared. This type of membrane are bilayer membranes with a microporous support of polysulfone and a thin dense layer of polyamide in the top. Inside, the incorporated reagent is an extracting agent capable to complex metal ions of interest. The ACM have demonstrated their capacity to selective and effective transport several metal ions such as zinc, cadmium, bismuth, copper, tin and indium. From the data collected in the course of the investigations, a semiquantitative model has been obtained to predict the ion flux for a specific system in function of the equilibrium constant of the involved spices. Moreover, an exhaustive morphological characterization has been carried out in order to link the membrane structure parameters with their transport properties. This characterization has revealed that the formation of the polyamide layer onto commercial polysulfone supports yields to an unsatisfactory composite membranes without transport properties. In addition, new materials containing metal nanoparticles (MNP) have been prepared by inter-matrix synthesis in both functionalized and non-functionalized polymers that behave as synthetic nanoreactors. It has been possible to synthesise bulk metal nanoparticles and core-shell ones. The formed nanoparticles have been characterized by microscopic techniques in order to know their size, distribution, and crystalline degree. All the parameters have been found satisfactory. In addition, the developed nanoobjects have been incorporated in the sensing membranes of amperometric sensors and, as a results, their efficiency has increased considerably.

La memoria recoge una serie de procesos de intercambio iónico para el tratamiento de fuentes hidrominerales, tanto en lo que se refiere a procesos de producción como a la reducción de contaminantes. Los procesos se realizan bien sustituyendo los reactivos químicos por variables físicas como puede ser la temperatura, o bien recirculando los reactivos químicos empleados de modo que se evite su vertido al medio ambiente. Este tipo de procesos se han aplicado al tratamiento de dos muestras diferentes: el agua de mar y las aguas ácidas de mina. En primer lugar se ha desarrollado un proceso para la concentración y separación de calcio y magnesio del agua de mar utilizando la técnica de intercambio iónico a temperatura dual. A continuación se ha aplicado la misma técnica para la concentración selectiva de metales de aguas ácidas de mina. Por otro lado se ha desarrollado la nueva técnica de partición por intercambio iónico en tandem (TIEF) para la separación de mezclas metálicas multicomponentes. Finalmente se ha desarrollado un tratamiento integral de las aguas ácidas de mina que consiste en la precipitación selectiva del hierro, la conversión de contaminantes en fertilizantes y la recuperación de los metales.

La presencia de contaminantes orgánicos en entornos no deseables y/o en cantidades mayores a las recomendadas es un asunto que preocupa actualmente, resultando necesario conocer los efectos nocivos que éstos pueden causar en la salud de la población. Para ello, se requiere una investigación profunda sobre los niveles de concentración de estos contaminantes en matrices de interés, como son los alimentos y las aguas, sobre todo si se trata de aguas de consumo humano. Estos estudios aparecen con el fin de abordar una visión global sobre la seguridad alimentaria y mantener un medio ambiente libre de contaminantes orgánicos, crucial para nuestra supervivencia. Entre los retos de la química analítica moderna se encuentran la investigación y elucidación de los contaminantes presentes en aguas y alimentos, que junto con la información de sus concentraciones, ayudan a encontrar las acciones adecuadas para combatir el problema de la contaminación del medio ambiente y mantener la seguridad alimentaria. Se han abordado diferentes problemas analíticos relacionados con el análisis tanto de matrices de alimentos, tal como frutas y verduras sometidas comúnmente a la aplicación de productos fitosanitarios, como de matrices medioambientales. Para ello se ha hecho uso de distintos métodos analíticos, en función de la complejidad y requisitos de los problemas abordados. La primera parte se centra en el uso del analizador QqQ MS, escogido para el desarrollo de métodos cuantitativos para la determinación de residuos de plaguicidas, tanto en matrices de carácter alimentario como medioambiental. Se realiza una detallada revisión de los métodos desarrollados mediante GC-MS/MS QqQ en la última década en dichos campos de aplicación y se muestra el desarrollo, validación y aplicación de un método cuantitativo para la determinación de 130 plaguicidas en diversos alimentos de origen vegetal, con la modalidad de trabajo de MS en tándem que ofrece dicho analizador. En una segunda parte se muestra el potencial del analizador TOF MS, simple o acoplado a un cuadrupolo (QTOF MS) para el análisis de residuos de plaguicidas, explorando diferentes enfoques. Se desarrolla un método cuantitativo target, basado en GC-TOF MS, para una lista seleccionada de plaguicidas en muestras de naranjas, tomates, zanahorias y manzanas. Además se realizó un análisis non-target de las muestras ya analizadas con el objetivo de descubrir la presencia de otros compuestos no considerados inicialmente. En otro trabajo, haciendo uso de GC-QTOF MS, con ionización química a presión atmosférica (APCI), se analiza muestras vegetales como manzana, naranja, tomate, zanahoria, lechuga, calabacín, pimiento rojo y fresa. Mediante uso de modo MSE, se aplica un método de screening para unos 130 plaguicidas. Tras la identificación de varios positivos en las muestras, se realiza una validación cuantitativa de todos ellos, procediendo seguidamente a cuantificarlos de forma retrospectiva en las muestras ya analizadas. Finalmente, se amplía el método de screening a 250 plaguicidas más, con la detección del ion molecular/molécula protonada, usando para ello la función de baja energía. Los positivos encontrados se estudiaron con mayor detalle intentando conocer, al menos de forma tentativa, la identidad del compuesto gracias a la información sobre iones fragmento aportada en la función de alta energía. Por último se aborda un campo de trabajo diferente con la investigación de contaminantes orgánicos volátiles en aguas y vegetales. En primer lugar se desarrolla un método para analitos volátiles en aguas, haciendo uso de una optimización multivariante para determinar las condiciones óptimas de la microextracción en fase sólida (SPME). La técnica instrumental utilizada para la optimización, validación y aplicación a muestras de aguas superficiales y residuales fue GC-MS/MS QqQ. En un trabajo colaborativo se realiza una investigación sobre los compuestos volátiles que emiten los bulbos de la flor del tulipán. Se utiliza inicialmente la técnica GC-TOF MS, llevando a cabo la búsqueda de unos compuestos concretos; realizando también una búsqueda non-target para descubrir sus componentes volátiles. Tras la detección e identificación de los posibles positivos, se crea un método cuantitativo mediante GC-MS/MS QqQ para su correcta cuantificación.