La salud de los dientes y la cavidad bucal se encuentra relacionada con la salud y bienestar general, suponiendo un problema económico importante debido a su alto coste y los largos periodos de tiempo que requiere. Des del punto de vista científico, el cuidado oral es un campo multidisciplinario donde científicos de distintas especialidades contribuyen en el desarrollo de nuevos conocimientos y objetivos. En el presente trabajo, los estudios han sido desarrollados en el área de Química Analítica y están centrados en tres objetivos: mejora del proceso de remineralización dental, optimización de un blanqueante dental y prevención de la formación de sarro (cálculos dentales). Una de las enfermedades orales más comunes es la caries dental, infección que causa desmineralización de los tejidos duros y la destrucción del material orgánico debido a la producción de ácido por la hidrólisis de restos de comida. La administración de flúor es uno de los agentes principales de prevención participando en la formación de fluorapatita y combatiendo las bacterias presentes en el medio oral. La formación de una capa de fluorapatita en la capa externa del esmalte es uno de los objetivos de este estudio. La mayoría de los productos existentes que contienen fluoruros no forman fluorapatita debido a deficiencias en el sistema de liberación que únicamente les permite formar especies de fosfato cálcico. En la primera parte del estudio se han evaluado dos sistemas de intercambio de iones: macro y nanopartículas cargadas con flúor y los iones responsables de la remineralización. El sistema macro consiste en una mezcla de resinas de intercambio iónico débiles que ha sido desarrollado por el grupo. El segundo sistema consiste en un primer estudio con nanopartículas de sílice modificadas con los grupos químicos necesarios para el intercambio de los iones de interés. Con este propósito, se testaron diversas condiciones de carga para obtener los valores más elevados de concentración del ión deseado. Adicionalmente, se evaluó el efecto de la presencia de una proteína de origen dental en el proceso de remineralización. La caracterización de estos procesos se llevo a cabo mediante las técnicas de microscopia Raman e IR con radiación sincrotrón, permitiendo detectar la formación de una capa de fluorapatita en la superficie del esmalte. La observación mediante microscopio electrónico de rastreo (SEM) mostró la importancia de la proteína en la cristalización del esmalte. La segunda parte del trabajo consistió en la modificación de un blanqueante comercial con el fin de optimizar el proceso de blanqueo dental. La aplicación de las reacciones tipo Fenton en un medio heterogéneo, como el que proporcionan las zeolitas, permitió obtener una fuente de radicales hidroxilos evitando la transferencia de hierro al material dental y la formación de manchas que estos pueden provocar. Finalmente, se estudió un nuevo sistema antitártar o antisarro basado en la inhibición de la formación de cálculos dentales de oxalato de calcio. El sistema aprovecha el efecto sinérgico del fitato y pirofosfato como inhibidores cristalinos. Adicionalmente se evaluaron los efectos sobre la dureza del esmalte dental dando los primeros resultados para una futura aplicación en formulaciones de pastas de dientes o productos dentales. / The health of our teeth and mouth are linked to overall health and well-being in a number of ways. Dental diseases impose both financial and social burdens as treatment is costly and require time. From the scientific side, oral health is a multidisciplinary field where scientifics from different areas are interested and contribute in the development of new knowledge and novel goals. In the present work, the studies are developed from Analytical Chemistry area and are focused to three main targets: teeth remineralisation process, dental aesthetics represented by teeth whitening and prevention of dental calculus. The most common oral diseases are dental caries, nearly 100% of adults suffer this illness, often leading to pain, discomfort and occasionally the loss of tooth. Dental caries is an infection, usually bacterial in the origin, that causes demineralization of the hard tissues and the destruction of the organic matter of dental tissues due to the production of acid by hydrolysis of the food that remains. Fluoride administration is one of the main caries prevention agents producing: inhibition of demineralization at the crystal surfaces of the tooth, enhancement of remineralization and inhibition of bacterial enzymes. The formation of a layer of fluoroapatite in the external enamel is one important goal of the present studies. Most of the fluoride release systems developed up to now are inefficient for that purpose, since the release mechanism is not appropriate to generate fluoroapatite and only phosphate calcium species are obtained. In this first part of the work, two ion-exchange systems have been studied, macro and nanoparticles, loaded with fluoride and the other remineralizating ions. The macrosystem consist in a mixture of weak acid and weak base ion exchange resins loaded with calcium, fluoride and phosphate in the same molar ratio as they are found in fluorapatite. The second system is based on the appropriate derivatization of silica nanoparticles in order to control the ion release for its application on teeth treatments. The present study is one of the primary steps towards the development and design of advanced bionanomaterial for future application in restorative dentistry. In addition, it is known the importance of specific proteins in the formation process dental enamel. In this work, the results obtained in presence of amelogenin are evaluated when each of the two remineralization systems under study are applied in the mineralization process. Concerning the results, Raman and synchrotron IR microscopy techniques reveal differences in morphology and composition between treated and reference samples observing in the external layer of treated samples the presence of fluorapatite. The observation of surface thoughts scanning microscope show the importance of proteins (amelogenin in this study) during the remineralization process. The second part of the present work consists on a modification of a commercial dental whitener product to enhance the bleaching results. The application of a Fenton-like reaction by zeolite material in the process of bleaching provided a powerful source of hydroxyl radicals obtaining faster results. The problem of staining emergence caused by iron ions from Fenton reaction is solved using a zeolite system which fixes the cations in its matrix. Finally, the study of a novel antitartar system based on the in-vitro inhibition of oxalate calculi formation was realized. The system exploits the synergism effects between phytate and pyrophosphate as crystallization inhibitors.

La degradació de la qualitat de les aigües superficials s'ha convertit en un greu problema, tant pel negatiu impacte que aquest fet té sobre molts ecosistemes fluvials com per al seu aprofitament en nombroses activitats antropogèniques (consum humà, ús industrial i agrícola, oci, etc.). El control de la qualitat d'aquest recurs escàs ha de proveir informació que permeti establir els nivells de degradació existents, avaluar el compliment de la legislació mediambiental, verificar l'efectivitat de les mesures correctores aplicades, alertar sobre abocaments il·legals i minimitzar riscos en l'aprofitament. La complexitat en els problemes analítics que es plantegen ha portat a la definició d'un conjunt de paràmetres bàsics (indicadors de qualitat) que ens subministren una visió global de la qualitat de l'aigua en funció del seu ús posterior. Idealment, un control adequat de la qualitat exigeix disposar d'informació en temps real de l'estat del recurs. Amb aquest objectiu, és molt important el desenvolupament d'eines analítiques que ens subministrin la informació de forma automatitzada i autònoma. Aquests instruments són claus per possibilitar la implantació de xarxes d'alerta automàtica de la qualitat de l'aigua i, aquestes xarxes són imprescindibles per a la realització d'una monitorització mediambiental efectiva.Un dels problemes greus que afecten a la qualitat de l'aigua és l'eutrofització. L'eutrofització és la condició d'un sistema aquàtic a on elevades concentracions de nutrients estimulen la floració d'algues, amb els problemes que d'això se'n deriven.L'increment de la concentració de nutrients, responsable d'aquest fenomen, apareix com a resultat d'aportacions antropogèniques massives i incontrolades. Un adequat coneixement del contingut de nutrients com a indicador de la qualitat en aigües superficials ens permetrà prendre les mesures correctores necessàries per reduir els abocaments i limitar al màxim possibles episodis d'eutrofització. D'entre tots els nutrients, el fòsfor sembla ser, en la majoria dels casos, el factor limitant en l'aparició dels processos d'eutrofització.En aquest context, l'objectiu global de la present tesi és el disseny, desenvolupament i avaluació d'un analitzador automatitzat i autònom d'ió fosfat per a la monitorització continua d'aquest indicador de qualitat en aigües superficials. El desenvolupament d'aquest equip es basa en la integració de tècniques automatitzades de flux continu (FIA) amb detectors potenciomètrics i, concretament, l'ús d'elèctrodes selectius d'ions. / Degradation of natural water quality has become an important problem due to negative impact which it causes on river ecosystems, as well as the effect on its use in anthropogenic activities (human consume, industrial and agricultural uses, leisure, etc.)Quality control of these limited resources has to provide information, which allows establishing degradation limits, evaluating environmental legislation compliance, verifying the effectiveness of applied correction measurements, alert on illegal waste effluents verted and minimizing risks in its use. Complexity on mentioned analytical problems enforced us to define basic parameters (quality indicators), which provides by itself a global vision of water quality in function of its final use.For an appropriated control of water quality is necessary to obtain information in real time. For this aim is important the development of analytical tools, which sumministrate information in an automatic and autonomous operation system. These analysers allow us to implement automatic alert networks, which are necessaries for an effective environmental monitoritation.An important problem that impacts in aquatic ecosystem is eutrophication. Eutrophication is a natural process in natural water, on which, hight nutrient concentration enhances the algae growth with related problems it carries.An increase of nutrient concentration, responsible of this phenomena, appears as result of anthropogenic and incontrolled wastes. An appropriate control over nutrient concentration as a parameter indicator on natural water quality, allow us to apply the necessary control measures to reduce effluents and limiting possible eutrophication processes. In almost cases, phosphorus seems to be the limiting factor in eutrophication processes.In this context, the global aim of this Tesi is the design, development and evaluation of an automatic and autonomous analyzer for continuous monitoring of phosphate ion in natural water. Development of this instrument is based on continuous flux techniques (FIA) and potentiometric detection, concretely, on the use of ion-selective electrode.

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El amplio uso de plaguicidas en el área Mediterránea, hace que la exposición a los mismos suponga un evidente riesgo para la salud pública, debido a su demostrada toxicidad. La actividad donde el uso de plaguicidas es mayor es la agricultura, ya que las cosechas se ven afectadas por una gran diversidad de plagas, así como por la competencia de las malas hierbas. Pero no solamente el sector agrícola se encuentra expuesto a plaguicidas, la población en general también están expuestos a ellos, aunque en distinto grado. Uno de los riesgos para la población general es la exposición a largo plazo provocada por la presencia de residuos de plaguicidas en los alimentos como consecuencia de los tratamientos fitosanitarios, así como por los contaminantes ambientales. Atendiendo a la necesidad de controlar y evaluar esta exposición humana, el objetivo principal de la presente Tesis Doctoral ha consistido en el estudio y puesta a punto de procedimientos analíticos eficaces basados en cromatografía de gases (GC) capilar para la determinación de plaguicidas organofosforados (OPs) y organoclorados (OCs) en muestras biológicas de origen humano.En una primera etapa del presente trabajo, se han desarrollado dos procedimientos multiresiduales sencillos para el análisis de plaguicidas en muestras humanas de suero y orina. Se han basado en técnicas tradicionales como son la microextracción líquido-líquido (LLME) y la extracción en fase sólida (SPE). El procedimiento basado en SPE ha resultado más rápido, ha evitado la formación de emulsiones, frecuentes en la técnica de extracción con disolventes orgánicos, y ha permitido la obtención de extractos más limpios. Sin embargo, los límites de detección obtenidos han sido, en muchos casos, insuficientes para el control biológico de la población en general, aunque sí resulten adecuados para la determinación de altos niveles de contaminantes en población expuesta.En una segunda etapa de la investigación, se ha incorporado el uso de una técnica más novedosa, como es la microextracción en fase sólida (SPME) para la determinación de residuos de plaguicidas OPs y OCs en muestras de fluidos biológicos. Esta técnica permite simplificar notablemente el tratamiento de muestra en comparación con las técnicas tradicionales, lo cual supone una reducción del tiempo de análisis, así como una menor manipulación de la muestra. Además y debido a la complejidad de las muestras estudiadas, el uso del modo de trabajo de espacio de cabeza ha permitido la obtención de precisiones satisfactoria y bajos niveles de detección, muy adecuados para el control, tanto de población expuesta como no expuestaFinalmente, y coincidiendo con la tercera etapa del proceso de investigación, también se han analizado muestras de tejido adiposo humano, las cuales presentan una elevada complejidad por su alto contenido lipídico (aproximadamente un 84%). La cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) en fase normal con columnas de Silicagel ha sido la técnica seleccionada para la etapa de purificación en la determinación de compuestos OCs, tanto plaguicidas OCs como PCBs, en este tipo de matrices. Los procedimientos de purificación desarrollados han permitido obtener los plaguicidas y sus metabolitos en fracciones libres de grasa, o con un contenido menor a la máxima cantidad de carga de grasa recomendada para columnas de gases capilares. Esto ha hecho posible la inyección directa de las fracciones HPLC en GC.La sensibilidad y selectividad de los procedimientos de extracción y purificación desarrollados se ha conseguido aumentar con el empleo de técnicas cromatográficas de análisis mediante espectrometría de masas (GC-MS), permitiendo la confirmación inequívoca de los compuestos detectados. También se ha utilizado para la detección una técnica más novedosa como la espectrometría en tándem masas (MS/MS), la cual se revela como una herramienta poderosa para el análisis de matrices complejas, ya que aporta un factor adicional por la realización del espectro de los iones secundarios formados a partir de un precursor seleccionado. La adecuada selección de los iones precursores y de los iones secundarios permite disponer de una de las técnicas más sensible y selectivas para trabajar con muestras complejas.Y por último, todos los métodos analíticos desarrollados se han aplicado al análisis de muestras de fluidos y tejidos humanos, tanto de agricultores como de población supuestamente no expuesta a plaguicidas, detectándose con frecuencia algunos de los analitos objetos del presente estudio.

En la presente Tesis Doctoral se han estudiado las posibilidades de la cromatografía de gases (GC) acoplada a espectrometría de masas (MS) con distintos analizadores y fuentes de ionización para la determinación de contaminantes en muestras alimentarias y medioambientales. La singularidad de los cuatro instrumentos diferentes empleados reside en los analizadores de masas que los componen: cuadrupolo simple (Q), tiempo de vuelo (TOF), triple cuadrupolo (QqQ) e híbrido cuadrupolo tiempo de vuelo (QTOF). En los dos primeros sistemas, el modo de ionización aplicado ha sido el más frecuentemente utilizado en GC, la ionización electrónica (EI), mientras que en los dos últimos se ha hecho uso de la ionización a presión atmosférica (APCI), cuyo acoplamiento con la cromatografía de gases es relativamente reciente. El potencial de estas técnicas se ha investigado tanto para el análisis target como para non-target.

This PhD thesis is related to the study and development of innovative nanostructured materials and devices join to strategies with interest for pollutants detection and removal being in line with the nowadays challenges of environmental technologies. The sensing and removing of chemical contaminants continues to be a research topic with an increasing interest for the scientific community. The development of novel nanostructured materials based on a CaCO3-polymer composite with different morphologies and polymorphs constitutes large part of this thesis. Material based on CaCO3-PEI from vaterite or calcite phase with spheric/ellipsoidic or rod shapes, respectively, have been synthesized. Several syntheses strategies modifying various reaction conditions were carried out up to finding of a new procedure, able to provide vaterite-PEI microspheres with controlled size and complete polymorph discrimination. In the new synthesis, CaCl2 and NaCO3 are mixing under 45 min of sonication, using 8 mg/mL poly(ethyleneimine) (PEI) as a crystal growth modifier (CGM) in the mixed water–organic solvent (H2O/EtOH). These hybrid nanostructured CaCO3(vaterite)-PEI material presents a high functionalizing capacity for biomolecules and an increase of the negative superficial charge. These properties make it suitable for electrochemical biosensor applications as demonstrated in collaborative works that appear in the annexes of this thesis. On the other hand, the reaction system to obtain the calcite-PEI microrods was found of special interest for the integration of sensing and removing processes achieving a dual “sensoremoval” actuation for contaminants within the same platform/system. This approach constitutes a proof-of-concept, that could lead to a next generation of environmental sensoremoval systems, giving new alternatives for environmental controlling and removing. The hybrid and nanostructured calcite-PEI particles in suspension permit the Pb2+ detection through a simple turbidimetric measurement, and at the same time act as heavy metal remover. This sensing and removing system is able to detect up to 1 ppm Pb2+ (being between 1 and 1000 ppm the lineal range) and reaches an adsorption capacity of 240 mg Pb2+/g calcite as evaluated at pH 4 after 30 min incubation time. The design and evaluation of highly sensitive paper based assay in format of lateral flow immunoassay for Cd2+ sensing in drinking waters has also been an important focus of the thesis. This topic constitutes one of the last trends in analytical chemistry. The device has a large response range being the linear response between 0.4 and 10 ppb. The quantification and detection limits of 0.4 and 0.1 ppb, respectively, represent the lowest ones reported so far for paper based metal sensors. In addition, a second integrated device that has an extra pad between the sample and conjugation pad with the adequate EDTA and ovalbumin concentrations for masking the metals interferences and allowing Cd2+ detection, was fabricated. Parts of the results presented in this PhD thesis have already been published or sent for publication beside being with interest for future industrial applications. / Esta tesis de doctorado aborda el estudio de novedosos materiales y dispositivos nanoestructurados unido a estrategias para la detección y remoción de contaminantes químicos, estando al nivel de los retos actuales en el tema del medo ambiente. La detección y remoción de contaminantes químicos constituye un tópico de interés para la comunidad científica. Una gran parte de esta tesis lo constituye el desarrollo de nuevos materiales nanoestructurados basados en el composite de CaCO3-polímero con diferentes morfologías y composición polimórfica. Se han sintetizado materiales a base de CaCO3-PEI ya sea en fase vaterita con formas esféricas/elipsoidales o calcita con formas de varillas. Varias estrategias de síntesis modificando diversas condiciones de reacción se llevaron a cabo para obtener un nuevo procedimiento, capaz de proporcionar vaterita-PEI microesferas con un tamaño controlado y una completa discriminación polimórfica. En la nueva síntesis se hacen reaccionar CaCl2 y NaCO3 durante 45 min de agitación ultrasónica, utilizando 8 mg/mL de poli(etilenimina) (PEI) como un modificador de crecimiento de cristales y una mezcla de agua y disolvente orgánico (H2O/EtOH) como medio de reacción. El material híbrido y nanoestructurado de CaCO3(vaterita)-PEI que se obtuvo presenta una alta capacidad de funcionalización para biomoléculas y un aumento de la carga superficial negativa. Estas propiedades hacen que sea adecuado para aplicaciones en biosensores electroquímicos como se ha demostrado en trabajos colaborativos que aparecen en los anexos de esta tesis. Por otro lado, el sistema de reacción para obtener las micro-varillas de calcita-PEI se encontró de interés especial para la integración de la detección y la eliminación de contaminantes en un solo proceso logrando una doble acción "sensoremoval" dentro de la misma plataforma o sistema. Este enfoque constituye una prueba de concepto, que podría dar lugar a una nueva generación de sistemas integrados sensoremoval para el medio ambiente, dando lugar a nuevas alternativas para el monitoreo y la eliminación de la polución. Las partículas en suspensión del híbrido nanoestructurado calcita-PEI permiten la detección de Pb2+ a través de una medición turbidimétrica simple, y al mismo tiempo actúan como eliminador de metales pesados. Este sistema de detección y eliminación es capaz de detectar hasta 1 ppm Pb2+ (siendo el rango lineal entre 1 y 1000 ppm en) y alcanza una capacidad de adsorción de 240 mg Pb2+/g de calcita según se evaluó a pH 4 después de 30 min de tiempo de incubación. Otro enfoque importante de la tesis ha sido el diseño y la evaluación de dispositivos sensores con alta sensibilidad en base a papel en formato de inmuno ensayo de flujo lateral para la detección Cd2+ en el agua potable. El tema de dispositivos sensores basados en papel constituye una de las últimas tendencias en la química analítica. El dispositivo tiene un gran rango de respuesta siendo la respuesta lineal entre 0,4 y 10 ppb. Los límites de cuantificación y detección de 0,4 y 0,1 ppb, respectivamente, representan hasta la fecha los más bajos reportados para los sensores de metales basados en papel. Además, se fabricó un segundo dispositivo sensor de Cd2+ con tratamiento de muestra integrado. Dicho dispositivo sensor integrado tiene una almohadilla adicional entre la muestra y la almohadilla de conjugación con las concentraciones adecuadas de EDTA y ovoalbúmina que permiten enmascarar las interferencias metales permitiendo la detección de Cd2+. Es importante agregar que parte de los resultados presentados en esta tesis doctoral se han publicado o se han enviado a publicar, además de que son de interés para futuras aplicaciones industriales.

El objetivo general de esta Tesis es el desarrollo de diversos avances con electrodos selectivos de iones basados en membranas poliméricas plastificadas dentro de la Potenciometría Moderna, incluyendo la ampliación de sus aplicaciones analíticas en análisis toxicológico y biorremediación, análisis enzimático y análisis de fármacos y de bebidas. La metodología llevada a cabo está basada en una serie de estrategias de actuación con los electrodos selectivos de iones de membrana polimérica plastificada, en cuanto a la optimización de los componentes de la membrana, el estudio de sus respuestas potenciométricas incluyendo respuestas dinámicas, el diseño de plataformas conductoras para su miniaturización y su aplicación en campos de interés actual. Así, se ha construido un electrodo que responde a cationes alquilmetilimidazolio, componentes de líquidos iónicos. Además se han calculado los coeficientes de reparto de estos cationes entre las fases membrana/disolución y se ha utilizado como descriptor de la toxicidad de los líquidos iónicos correspondientes en distintos microorganismos. El electrodo se ha utilizado también para la determinación del catión 1-butil-3-metilimidazolio en aguas contaminadas, así como para la monitorización de su bioadsorción sobre hojas de Posidonia oceanica y sobre piel de naranja. Se han introducido tres compuestos formadores de enlaces por puente de hidrógeno, como nuevos ionóforos de aniones. Dos de ellos son derivados del benzodipirrol y son buenos ionóforos para los aniones divalentes tipo oxo: sulfato, sulfito, tiosulfato y oxalato. El tercer compuesto es un derivado del carbazolocarbazol que resultó ser un buen ionóforo para los aniones dicarboxilato: oxalato, malonato, succinato, glutarato y adipato. Se ha desarrollado un nuevo electrodo selectivo de acetilcolina y se ha aplicado al seguimiento de su cinética de hidrólisis catalizada enzimáticamente por la acetilcolinesterasa, obteniéndose una serie de parámetros cinéticos y enzimáticos de interés. Dicha reacción también se ha estudiado en presencia del inhibidor galantamina. Además se ha desarrollado un nuevo tratamiento matemático que llega a una ecuación que se ha utilizado como gráfica de calibrado para la determinación analítica de galantamina en fármacos y orina humana y para la obtención de la constante de inhibición correspondiente. Se presenta una nueva técnica llamada potenciometría dinámica diferencial que se basa en la obtención de la diferencia entre las respuestas dinámicas de dos electrodos selectivos de iones, en nuestro caso uno conteniendo una ?-ciclodextrina como ionóforo y el otro con la correspondiente membrana blanco. Se han obtenido unas nuevas señales que se proponen como “huellas dactilares” de una serie de principios activos catiónicos y de aniones. La técnica se ha aplicado para la determinación de lidocaína en productos farmacéuticos y también, mediante el uso del análisis de componentes principales, se ha obtenido un descriptor de la lipofilia para aniones. Por último se ha extendido dicha técnica al estudio de mezclas binarias de aniones. Se ha desarrollado un nuevo electrodo selectivo de contacto sólido basado en una porfirina de cinc(II), para la determinación de dióxido de azufre en diferentes vinos blancos y tintos. Las excelentes características del electrodo lo posicionan como una buena alternativa para el procedimiento de control rutinario en la industria vinícola. Se han preparado un nuevo electrodo de potasio y un electrodo de referencia miniaturizados, sobre una goma conductora basada en nanotubos de carbono. Se ha construido un brazalete para la determinación de potasio en sudor artificial con excelentes resultados, constituyendo un nuevo “objeto inteligente”. Adicionalmente, las gomas conductoras tienen otras funciones como servir de sello de atmósferas aisladas y como sensores físicos de movimiento, tomando ventaja de su flexibilidad. / The general aim of the present PhD thesis is the development of several advances with ion-selective electrodes, based on plasticized polymeric membranes, within the field of the called Modern Potentiometry, and to increase their use in analytical applications regarding to toxicological analysis and bioremediation, enzymatic analysis and the analysis of pharmaceuticals and beverages. The methodology used is based on a series of strategies with ion-selective electrodes containing plasticized polymeric membranes regarding the optimization of the membrane components, the study of potentiometric responses including potential dynamic responses, the design of new conductive platforms for their miniaturization and their application to fieldS of actual interest. Thus, an electrode that responds to alkylmethylimidazolium cations, components of ionic liquids, has been constructed. Besides, partition coefficients of these cations for the water/membrane interface have been calculated and they have been used as a toxicity predictor for the corresponding ionic liquid in different microorganisms. The electrode was satisfactorily used for the determination of 1-butyl-3-methylimidazolium cation in contaminated waters as well as to study its biosorption process by dry biomass from Posidonia oceanica and orange rind, which may be useful for water bioremediation purposes. Three hydrogen-bonding compounds are presented as new ionophores for anion-selective electrodes. Two of them are benzodipyrrol derivatives and they are good ionophores for the divalent anions sulfate, sulfite, thiosulfate and oxalate. The third compound is a carbazolocarbazole derivative and it is a good ionophore for the dicarboxylate anions: oxalate, malonate, succinate, glutarate and adipate. A new acetylcholine-selective electrode has been developed. The electrode is suitable for monitoring the acetylcholine concentration during its hydrolysis catalyzed by acetylcholinesterase. A kinetic-potentiometric method allows the enzymatic parameters of the hydrolysis to be determined in the presence and in the absence of the inhibitor galantamine. An advantage of the method is that it is used under the physiological conditions of the enzyme. A new mathematical approach, based on the basic equations of a competitive inhibitor, has been developed. It leads to an equation that has been applied to the determination of galantamine in pharmaceuticals and human urine with excellent results, and also to obtain the inhibition constant of the process. A new technique called Differential Dynamic Potentiometry based on the difference between the dynamic responses of two ion-selective electrodes, one with an ionophore and other without, is introduced. In our case the ionophore is a ?-cyclodextrin. The differential dynamic responses obtained can be used as fingerprints for the cationic drugs and the anions tested. The technique has been applied to the analytical determination of lidocaine in pharmaceuticals with good results. In addition, the technique was used with a principal component analysis and a lipophilicity descriptor for the anions was found. Finally, the technique has been extended to anion binary mixtures. A new solid-contact ion-selective electrode based on a Zn-porphyrin for the determination of sulfur dioxide in white and red wines has been developed. The excellent characteristics showed by the electrode place it as a good alternative to be used in routine analysis in the wine industry. A miniaturized ion-selective electrode and also a reference electrode have been prepared using new conductive rubbers based on a carbon nanotubes-ink. An innovative bracelet containing these two electrodes has been prepared for the determination of potassium in human sweat. This fact transforms a traditional rubber into a smart object. From a practical point of view, the ability to incorporate electrical circuits onto commercial, commodity rubbers is interesting to use them in O-rings and seals to have these electrical circuits inside hold vacuum for gas controlled atmpspheres. Another application born by taking advantage of elastic properties of the rubbers to create physical movement sensors.

La principal aportación de esta tesis ha sido el estudio, desarrollo y comparación de procedimientos analíticos, tanto para la determinación del contenido total de metales y metaloides por espectrometría de masas con plasma de acoplamiento inductivo ICP-MS en leche comercial, como la extracción de las especies de As, Sb, Se, Te, Bi y Hg en dos grupos de alimentos: leche y productos de la pesca, utilizando como técnicas de detección la espectroscopia de fluorescencia atómica previa generación de hidruros HG-AFS o por vapor frío CV-AFS.Se han desarrollado protocolos de análisis rápidos y fiables que permiten garantizar la calidad y seguridad alimentaria en alimentos básicos como la leche y el contenido de especies tóxicas de As y Hg en productos de la pesca, alimento que aporta a la dieta uno de los niveles más altos de estos dos metales pesados. En el diseño de protocolos siempre se ha buscado minimizar el tratamiento previo de la muestra, el uso de reactivos menos peligrosos y la mínima generación de residuos. Para el análisis de leche se diseñó un procedimiento de digestión asistida por microondas utilizando mezclas de ácido nítrico y peróxido de hidrógeno, procedimiento que fue adaptado, incluyendo en algunos casos (As, Sb, Se y Te) una etapa previa de reducción para el posterior análisis por HG-AFS, previa optimización también de los parámetros instrumentales.Como alternativa a la digestión total de las muestras, se desarrolló un procedimiento basado en la sonicación a temperatura ambiente con diferentes extractantes según el tipo de muestra.Los procedimientos anteriores (digestión asistida por microondas y la lixiviación ácida) fueron aplicados a la determinación de 45 elementos (Li, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Y, Mo, Ag, Cd, In, Sn, U, Sb, Te, Cs, Ba, Hg, Pb, Bi, Th, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf y Ta) en leche por ICP-MS con éxito.Asimismo, la lixiviación ácida permitió la especiación de As, Sb, Se y Te en sus estados de oxidación en leche mediante el uso de procedimientos no cromatográficos, y la especiación de As y Hg en productos pesqueros.Los contenidos obtenidos para los elementos en estudio en leche están por debajo de de los límites establecidos en la legislación actual, encontrándose los elementos más tóxicos a niveles de ultratrazas por lo que se garantiza la ausencia de riesgos en el consumo de leche. Las especies tóxicas de As en productos de la pesca suponen entre un 10-18% del total de As y el MeHg es la especie mayoritaria (>86%).Finalmente, todos estos protocolos se han validado mediante estudios de recuperación, comparación con métodos de referencia y/o análisis de muestras certificadas y se han determinado sus características analíticas: límites de detección, sensibilidad, precisión y exactitud, que resultan adecuados para el control de calidad en leche y productos de la pesca. / The main contribution of this thesis has been the study, development and comparison of analytical procedures, for the determination of the total content of metals and metalloids by ICP-MS in commercial milk and the extraction of As, Sb, Se, Te, Bi and Hg chemical species in two groups of food: milk and fishing products, using HG-AFS and CV-AFS.Different analyses protocols have been developed in order to guarantee the quality and food safety in basic food, such as milk and the content of toxic species of As and Hg in fish.In the design of protocols we have always searched to minimize the previous treatment of the sample, the use of the least dangerous reagents and the minimal generation of residues. For the analysis of milk there was designed a microwave-assisted digestion using mixtures of nitric acid and hydrogen peroxide, procedure that was adapted for the later analysis by HG-AFS.As an alternative to the total digestion of samples, a procedure based on the ultrasound-assisted extraction at room temperature by using different acids was developed.The previous procedures were applied to the determination of 45 elements in milk by ICP-MS successfully.Likewise, the acid leaching allowed the speciation of As, Sb, Se and Te into their oxidation states in milk by means of the use of non-chromatographic procedures, and the speciation of As and Hg in fish.Finally, all these protocols have been validated through recovery studies, comparison with reference methods and / or analysis of certified samples, and they have been determined their analytical characteristics: limits of detection, sensibility, precision and accuracy, which are suitable for the quality control in milk and fishing products.

Una línea prioritaria en la Química Analítica es el desarrollo de dispositivos queincrementen el grado de automatización y, por tanto, reduzcan la participaciónhumana en los procedimientos de análisis. La demanda de información hacenecesario el desarrollo de metodologías sencillas, de bajo coste, rápidas einocuas para el medio ambiente, al alcance de cualquier laboratorio de controlo de investigación.La principal aportación de esta Tesis ha sido el estudio, desarrollo ycomparación de procedimientos analíticos que utilizan la multiconmutación entres áreas distintas: (1) Mecanización en AFS, (2) Mecanización enespectrofotometría molecular, (3) Acoplamiento a instrumentos portátiles yeconómicos. Previamente es necesario estudiar y desarrollar programasinformáticos en Quick y Visual Basic.En el primer bloque la multiconmutación permite la mecanización para ladeterminación de metales por CV-AFS y HG-AFS. Se estudian las condicionesóptimas para la determinación de Hg, Bi y Te y se desarrolla un procedimientopara la especiación en línea de Te. Éstos son los primeros trabajos recogidosen la bibliografía sobre multiconmutación en fluorescencia atómica.En el segundo bloque se ha desarrollado la multiconmutación comoherramienta analítica para la mecanización de las aplicacionesespectrofotométricas. Los trabajos se han dividido en dos líneas de trabajo: (i)Extracción líquido-líquido en línea para la determinación de tensioactivosaniónicos en aguas, con lo que se consigue la mejora en la frecuencia demuestreo y constituye uno de los primeros trabajos para la aplicación de lamulticonmutación a la preconcentración en línea mediante la extracción líquidolíquido.(ii) Empleo de las minibombas como unidades propulsoras de fluidos ycomo sustitutas de las válvulas solenoides, con el objetivo de abaratar costes alno ser necesaria la bomba peristáltica. Esta estrategia se ha propuesto para lasdeterminaciones de fenol y ciclamato en aguas y edulcorantes,respectivamente.El tercer apartado está dedicado a los beneficios de la multiconmutación en suaplicación a instrumentos portátiles. Se desarrollan dos equipos de bajo coste ypeso: (i) Luminómetro para la determinación directa de H2O2 e indirecta deNH4+. (ii) Fotómetro de LEDs para la determinación de Fe3+, NO2-, fenol ycarbaril.Todos estos métodos desarrollados se han validado mediante estudios derecuperación, comparación con métodos de referencia y/o análisis de muestrascertificadas y se han determinado sus características analíticas: límites dedetección, sensibilidad, precisión y exactitud.De forma general, de los trabajos desarrollados se puede afirmar que:1. La multiconmutación proporciona un incremento considerable en laproductividad del laboratorio, disminuye el tiempo empleado en los análisis yabarata los costes.2. La multiconmutación utiliza racionalmente reactivos y muestras, lo queconduce a una reducción de los residuos generados y de las muestras yreactivos empleados, ya que únicamente se insertan los volúmenes requeridosy no es necesario que las disoluciones fluyan continuamente. Esto se traduceen mejores condiciones de seguridad e higiene y en la reducción de los costes,directos, de gestión y tratamiento de los residuos. Adicionalmente, se reduce elimpacto negativo generado en el medioambiente gracias a esta reducción en lageneración de residuos y a la sustitución de disolventes y reactivos tóxicos porotros de menor impacto. Además, se reducen al máximo los riesgos para eloperador que puedan derivarse de la manipulación de reactivos tóxicos.3. La multiconmutación proporciona versatilidad, flexibilidad, economía,robustez y miniaturización a los sistemas. Además es fácilmente automatizableen cada una de las etapas del análisis, característica que se aprovecha paradiseñar equipos portátiles para análisis in situ.En conclusión, y tal como se había planteado al definir los objetivos iniciales,esta Tesis ha aportado soluciones sencillas a diversas aplicaciones de lamulticonmutación en Química Analítica. / A high-priority line in Analytical Chemistry is the development of devices thatincrease the automatization degree and, therefore, reduce the humanparticipation in the analysis procedures. The demand of information makesnecessary the development of simple, cheap, fast and clean methodologies.The main contribution of this Thesis has been the study, development andcomparison of analytical procedures that use the multicommutation in threedifferent areas: (1) Mechanization in AFS, (2) Mechanization in molecularspectrophotometry, (3) Application to portable and economic instruments.In the first block multicommutation allows the mechanization of AFSmeasurements: Hg, Bi and Te. These are the first works in the literature aboutmulticommutation in AFS.In the second block multicommutation is used as the analytical tool for themechanization of the spectrophotometric measurements: (i) Liquid-liquidextraction for the determination of anionic surfactants in waters, with a highsampling frequency. (ii) Use of the minipumps as fluid propulsive units tosubstitute the solenoid valves and the peristaltic pump, and to reduce the priceof the system. This strategy has been developed for the phenol and cyclamatedeterminations in waters and table sweeteners, respectively.The third section is dedicated to the benefits of multicommutation in itsapplication to portable and economic instruments: (i) Luminometer for H2O2 andNH4+ determinations. (ii) LED photometer for the determination of Fe3+, NO2-,phenol and carbaryl.The aforementioned methods have been validated in terms of accuracy,precision, limit of detection by means of recovery studies and comparison withreference methods.In general, it is possible to affirm that:1. Multicommutation provides a considerable increase in the productivity of thelaboratory, decreasing the time of the analyses.2. Multicommutation reduces the consumption of reactive and samples and thewaste volume, increasing the safety and minimizing the costs.3. Multicommutation provides versatility, flexibility, economy, robustness andminiaturization of the systems. In addition, multicommutation allows itsautomatization to design portable equipments for analysis in situ.In conclusion, this Thesis has contributed to different and simple applications ofthe multicommutation in Analytical Chemistry.

Una de las principales preocupaciones de la Química Analítica actual es el desarrollode métodos de análisis que sean medioambientalmente sostenibles. Procedimientosque, sin sacrificar características analíticas como precisión y exactitud, reduzcan lacantidad de residuos generados en los laboratorios, metodos para los que otrascaracterísticas como rapidez y consumo de reactivos son tan importantes como lasanteriores. En este sentido en esta tesis se han desarrollado, validado y evaluadoherramientas analíticas basadas en el empleo de técnicas vibracionales que permitenel control de productos manufacturados con diferentes características físico-químicas.Para ello se han diseñado y puesto a punto procedimientos sencillos basados enmedidas directas y no destructivas de muestras sólidas, eliminando así por completo eluso de disolventes y reactivos y minimizando el tratamiento previo de la muestra.En el caso de que el análisis directo no sea viable, se ha buscado la reducción de lacantidad de disolventes utilizados en el proceso de extracción del analito así como elempleo de disolventes menos tóxicos. De la misma forma se han desarrolladométodos automatizados basados en medidas en línea pudiendo incluir también etapasde preparación de la muestra y/o extracción de los analitos, de modo que se favorezcala reducción del consumo de disolventes y a la vez se minimice el contacto deloperador con sustancias tóxicas.Así mismo, se han desarrollado procedimientos basados en espectrometría vibracionalque permiten la determinación simultánea de más de un ingrediente activo.También se ha demostrado la utilidad de la espectrometría vibracional para lamonitorización de reacciones donde es necesario un control de los parámetros decalidad tanto de las materias primas y de los productos finales así como de las etapasintermedias del proceso, de forma que se puedan corregir errores prácticamente entiempo real minimizando las pérdidas económicas. / This thesis is focused on the development, validation and evaluation, in terms ofaccuracy, precision and limit of detection, of analytical methods based on infrared (nearand mid region) and raman spectrometry using, different sampling techniques. The aimof this thesis has been the development of methods which enables the quality controlof manufactured products with different properties and reduces the time of analysis andwaste generation, being an environmentally friendly alternative to the referencemethodologies based on chromatographic separations.Procedures developed were based on: i) direct measurements on solid samples and ii)measurement of the analyte after its extraction with an appropriate solvent.Additionally, automated procedures based on on-line measurements in closedsystems, including also extraction steps and minimizing the contact of the analyst withtoxic substances have been developed.The proposed methodologies improve the laboratory productivity by increase of samplethroughput and enable simultaneous determination of several analytes in the samesample.Regarding the applicability of the developed studies, it has been evidenced in thisThesis, that vibrational spectrometry is definitely one of the fastest, reliable andsuitable techniques for monitoring processes and quality control purposes in industrialfields, such as agrochemical or food sector.