Glucocorticoide werden in der Herzschrittmachertherapie eingesetzt, um einen Anstieg der Reizschwelle nach der Implantation des Schrittmachers zu verringern und dauerhaft auf niedrigerem Niveau zu halten, als dies ohne Glucocorticoid-Behandlung der Fall wäre. Die Applikation der zu diesem Zweck eingesetzten Glucocorticoide Dexamethasonacetat (DXA) und Dexamethasonphosphat, in seltenen Fällen auch Beclomethasondipropionat (BDP), erfolgt dabei in der Regel mittels einem an der Elektrodenspitze angebrachten Matrixsystem, das für eine langsame lokale Freisetzung der Arzneistoffe an der Grenzfläche zwischen kathodischem Elektrodenkontakt und Herzgewebe sorgen soll. Diese Anwendungsform ist speziell, da trotz einer systemischen Freisetzung der Substanzen eine lokale Wirkung erzielt werden soll, welche die Funktion des Schrittmachers als Medizinprodukt unterstützen soll – aus pharmakokinetischer Sicht ein wichtiger Unterschied zu den üblichen topischen Glucocorticoid Anwendungen. Unter physiologischen Bedingungen wurde diese Applikationsform hinsichtlich der Arzneistofffreisetzung und anschließender Umverteilung mit Bindung der Glucocorticoide an das kardiale Gewebe bislang ebenso wenig untersucht, wie verschiedene Glucocorticoide in dieser Anwendung hinsichtlich ihrer Pharmakokinetik verglichen wurden. In der vorliegenden Arbeit wurden deshalb die pharmakokinetischen Vorgänge der drei Glucocorticoide DXA, BDP und des potentiell einsetzbaren Glucocorticoids GCX (dessen Identität aus patentgründen derzeit nicht offengelegt werden kann) untersucht. Die Freisetzungssysteme enthielten, je nach Glucocorticoid, Arzneistoffdosen im Bereich von etwa 150 bis 260 µg. In einem in-vitro Freisetzungsmodell in Methanol wurde zunächst bestätigt, dass sich die Freisetzungskinetik der untersuchten Matrizes gemäß den Modellvorstellung zu einem dünnwandigen monolithischen Freisetzungssystem nach dem Quadratwurzelgesetz beschreiben ließ. DXA wurde mit einer Freisetzungsrate von 55,6 ± 1,9 µg/h1/2 in 24 Stunden annähernd vollständig freigesetzt, während die Rate für BDP bei 21,8 ± 0,7 µg/h1/2 lag und nur für eine Freisetzung von etwa zwei Dritteln des Gesamtgehalts der Freisetzungsmatrix sorgte. GCX wurde gar mit nur 4,2 ± <0,1 µg/h1/2 freigesetzt. Die ermittelten Freisetzungsraten (DXA > BDP >>> GCX) waren überraschenderweise nicht konsistent mit den logP-Werten der Substanzen. Dies wies darauf hin, dass nicht alleine die unterschiedlichen physikochemischen Eigenschaften der Substanzen zu den differierenden Freisetzungsprofile führten, sondern wohl auch die Formulierung der Silikonmatrix einen starken Einfluss ausübte – eine wichtige Erkenntnis für die Weiterentwicklung derartiger Glucocorticoid haltiger Matrixfreisetzungssysteme. Vor allem während der bis zu 4 wöchigen Phase unmittelbar nach der Elektrodenimplantation ist die Matrix dem Blutstrom ausgesetzt, bevor sich als Reaktion des Organismus auf den implantierten Fremdkörper eine fibröse Hülle um die Elektrodenspitze bildet. Zur Annäherung an die physiologischen Freisetzungsverhältnisse in dieser initialen Phase, in nach dem Quadratwurzelgesetz die mengenmäßig stärkste Glucocorticoid-Freisetzung erfolgen sollte, wurden deshalb erstmals Freisetzungsversuche in Humanplasma über 28 Tage durchgeführt. Mit einer Freisetzungsrate von 2,26 ± 0,08 µg/h1/2 wurde hier eine unerwartet starke Freisetzung von BDP beobachtet, wohingegen diese für DXA und GCX mit Raten von 0,39 ± 0,03 µg/h1/2 und 0,42 ± 0,01 µg/h1/2 deutlich langsamer ausfiel und sich kaum voneinander unterschied. Die Reihenfolge der Freisetzungsgeschwindigkeiten (BDP >>> GCX = DXA) unterschied sich somit unter physiologischen Bedingungen gänzlich von den in-vitro Bedingungen. Womöglich kamen im wässrigen Freisetzungsmedium Humanplasma dabei die Formulierungseinflüsse verstärkt zum Tragen, die sich bereits unter den in-vitro Bedingungen andeutenden. Ein zusätzlicher Einfluss mochte von der Bildung des 9,11 Epoxy Belcomethasons als Abbauprodukt des BDP ausgegangen sein, welches unter den physiologisch angenäherten Bedingungen in hohem Ausmaß entstand. Dies führte zu einer Stabilitätsuntersuchung von Beclomethason in Humanplasma und verschiedenen Puffersystemen, bei welcher sich ein stabilitätsmindernder Einfluss von Carbonat-Puffersystemen herausstellte. Im Zuge der Freisetzungsversuche in Humanplasma wurde zudem erstmals die Entstehung von 17 Oxo Dexamethason als Abbauprodukt von DXA beobachtet und durch Nachsynthese bestätigt. Für die Phase der Herzschrittmachertherapie, in der an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Herzgewebe eine lokale und akute Entzündung infolge der Implantation der Schrittmacherelektrode auftritt und üblicherweise ein starker Anstieg der Reizschwelle zu beobachten ist, lieferten die Versuche in Humanplasma somit erstmals Daten zur Freisetzung verschiedener Glucocorticoide unter Einbezug angenäherter physiologischer Verhältnisse. Für die korrekte Durchführung der Freisetzungsversuche ist das Vorliegen von Sink Bedingungen essentiell. Da die praktische Löslichkeit von Glucocorticoiden in Humanplasma bislang nicht bekannt war, wurde die Aufnahmekapazität des Humanplasmas (Kombination aus Löslichkeit und Plasmaproteinbindung) für DXA, GCX und BDP untersucht. Sink Bedingungen konnten für alle Substanzen sichergestellt werden, wobei gegenüber der reinen Wasserlöslichkeit eine deutlich höhere Aufnahmekapazität gezeigt werden konnte und den hohen Einfluss der Proteinbindung hervorhob. Um die insgesamt herrschenden physiologischen Verhältnisse noch besser zu beschreiben und dabei die Umverteilung der Arzneistoffe nach Freisetzung aus dem Implantat an das Zielgewebe zu untersuchen, wurde ein neuartiges ex-vivo Modell entwickelt. Dies erlaubte eine Simulation der Arzneistofffreisetzung aus dem Implantat in Gegenwart eines Gewebekompartiments und berücksichtigte eine flussartige Konvektion des Mediums. Mit diesem Modell wurden Verhältnisse der AUCs der Glucocorticoide zwischen Gewebe und Humanplasma ermittelt, die mit Werten von 3,4 für DXA, 3,8 für BDP und 2,5 für GCX auf eine ausgeprägte Umverteilung aus dem Humanplasma in das Gewebe hinwiesen. Insgesamt schien damit aufgrund der raschen Freisetzung und Diffusion in das Gewebe eine Verwendung von BDP zur Bekämpfung einer lokalen akuten Entzündung unmittelbar nach der Implantation aus pharmakokinetischer Sicht vorteilhaft. Mit Blick auf einen jahrelangen Effekt konnte jedoch auch die langsame Freisetzung von DXA und GCX mit deren sehr stabilen Wirkformen als vorteilhaft diskutiert werden. Die Versuche können letztlich bei der Auswahl eines möglichst idealen Glucocorticoids für die Herzschrittmachertherapie behilflich sein und bieten erstmals ein weitestgehend physiologisches Untersuchungsmodell für diese Applikationsform. Inwiefern sich die unterschiedliche Pharmakokinetik der drei Glucocorticoide auch in pharmakodynamischer Sicht auswirken könnte, sollte schließlich im Zellkulturmodell untersucht werden. Zuvor wurde jedoch in-vitro getestet, ob sich der elektrische Schrittmacherimpuls selbst als Entzündungsreiz bemerkbar machen und damit einen Hinweis auf eine dadurch hervorgerufene dauerhafte Entzündung des Herzgewebes geben würde. Dazu wurde eigens ein Modell entworfen, das die Applikation des elektrischen Stimulus in einem Zellkulturansatz zuließ. Die Messung der Entzündungsmarker IL-6, IL-8, MMP-9 und MCP-1 ließ keine entzündliche Reizung der Zellen durch einen Schrittmacherimpuls in Höhe von 1 V und 0,5 ms Dauer erkennen. Anschließend wurde untersucht, ob sich die selbst ermittelten pharmakokinetischen Unterschiede der drei Glucocorticoide in der akuten Entzündungsphase nach Elektrodenimplantation in-vitro in unterscheidbaren biologischen Aktivitäten auswirken würden. Signifikante Unterschiede in der Inhibition der Sekretion der Entzündungsmarker IL-6 und MMP 9 konnten allerdings trotz der unterschiedlichen freigesetzten Dosen an DXA, GCX und BDP nicht beobachtet werden. Somit erwies sich keine der drei Substanzen, trotz unterschiedlicher pharmakokinetischer Voraussetzungen und Affinitäten zum Glucocorticoid-Rezeptor, als überlegen. In einem ersten Ausblick ließ dies für die klinische Anwendung von GCX und BDP – zumindest in der initialen Phase nach Elektrodenimplantation – einen zu DXA vergleichbaren Einfluss auf die Reizschwelle vermuten. Neben einer antiinflammatorischen Wirkung wird auch eine Minderung des Reizschwellenanstieges durch eine bei Glucocorticoid Exposition nur dünn ausgeprägte fibröse Kapsel an der Elektrodenspitze diskutiert. Als Beitrag zur Untersuchung der in der klinischen Praxis beobachteten Wirkung des DXA wurde daher abschließend geprüft, ob die freigesetzten Glucocorticoid Dosen zu einer Proliferationshemmung von Endothelzellen und Fibroblasten führen konnten. Ein vermindertes Wachstum der Zelllinien EA.hy926 und IMR-90 unter den freigesetzten Glucocorticoid Dosen konnte jedoch nicht beobachtet werden. Künftige Untersuchungen des Einflusses der Glucocorticoide auf die Synthese einzelner Bindegewebsbestandteile wie Kollagen könnten hierzu womöglich weitere Erkenntnisse liefern. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals erfolgreich die Pharmakokinetik dreier Glucocorticoide im Kontext der Herzschrittmachertherapie unter physiologischen Verhältnissen beschrieben und ein neuartiges ex-vivo Modell entwickelt, das zukünftig ein hilfreiches Werkzeug zur Untersuchung der Pharmakokinetik von kardiovaskulären Implantaten sein kann. Darauf aufbauend wurde zudem erstmalig die Pharmakodynamik dieser Glucocorticoide in der Herzschrittmachertherapie verglichen und begonnen, den Glucocorticoid Effekt in der Herzschrittmachertherapie näher zu beleuchten. / In pacemaker therapy glucocorticoids are used to lower an increase in pacing threshold after implantation of the device and to keep this threshold at a permanent lower level compared to devices without drug release. For this purpose the glucocorticoids dexamethasone acetate (DXA), dexamethasone phosphate or occasionally beclomethasone dipropionate (BDP) are released from a matrix system, which is placed at the tip of the pacemaker lead, to ensure a retarded local drug release at the electrode-tissue interface. Despite systemically released, support of the medical device function is achieved by a local glucocorticoid action. This is an important pharmacokinetic difference to common topical applications of glucocorticoids. Glucocorticoid release from a pacemaker lead’s matrix system and subsequent distribution with binding to cardiac tissue has, to the best of our knowledge, not been investigated under physiological conditions yet, nor have several glucocorticoids in this application been compared to each other with respect to pharmacokinetics. For that reason these pharmacokinetic processes of the glucocorticoids DXA, BDP and the potentially applicable glucocorticoid GCX (whose identity currently cannot be revealed due to patent reasons) were examined in this thesis for the first time. Drug release matrices contained different amounts of glucocorticoid. Overall drug load was between 150 and 260 µg, depending on the glucocorticoid used, and was highest for DXA (~33 %) but less for BDP and GCX (both ~19 %). In-vitro dissolution testing in methanol confirmed drug release kinetics according to square root law, as commonly assumed for thin-walled monolithic drug release systems. DXA was released nearly completely from the matrix system within 24 hours at a rate of 55.6 ± 1.9 µg/h1/2. The release constant for BDP of 21.8 ± 0.7 µg/h1/2 led to a dissolution of about 2/3 of the overall content. With a rate of 4.2 ± <0.1 µg/h1/2 dissolution of GCX was even far lower. Surprisingly, these dissolution rates (DXA > BDP >>> GCX) did not reflect the logP values of the glucocorticoids. This indicated a significant influence of the silicone matrix itself on drug release, which was on the contrary less dependent on the substances’ differing physicochemical properties. These results could be very valuable for the development of other glucocorticoid containing release systems. Especially in the first four weeks after pacemaker implantation the release system is exposed to the blood flow, while after this period a fibrous capsule is formed around the lead tip as reaction of the organism to the implanted device. To simulate these physiological conditions dissolution experiments in human plasma over 28 days were done. These showed an unexpected high release of BDP with a dissolution rate of 2.26 ± 0.08 µg/h1/2, whereas the dissolution rates of DXA and GCX of 0.39 ± 0.03 µg/h1/2 and 0.42 ± 0.01 µg/h1/2, respectively, did not show any significant differences but were far lower compared to BDP. In contrast to the experiments in methanol the order of dissolution rates under physiological conditions was BDP >>> GCX = DXA. A possible explanation for this observation might be that the mentioned influences of the formulation became more obvious when testing drug release in aqueous media. Maybe an additional effect supporting the fast dissolution of BDP was to the enhanced formation of 9,11 epoxy beclomethasone under physiological conditions. This observation entailed stability tests of beclomethasone in human plasma and several buffer systems that revealed an augmented epoxide formation of this glucocorticoid in carbonate buffer systems. Moreover, in the course of the dissolution tests the formation of 17 oxo dexamethasone as a degradation product of DXA was observed in human plasma for the first time and was confirmed by following synthesis of this product. The experiments in human plasma provided new data for dissolution of glucocorticoids within the initial time period of pacemaker therapy under consideration of physiological conditions. This is important since a strong increase in the pacing threshold is observed typically within these first weeks after pacemaker implantation, while an acute inflammation wore off at the electrode-tissue interface. Maintaining sink-conditions is a prerequisite for appropriate dissolution testing, but solubility in human plasma was unknown so far. Therefore, the loading capacity (combination of solubility and protein binding) of human plasma was examined for DXA, GCX and BDP. Sink-conditions were confirmed with these experiments showing a way higher loading capacity for all three substances than their solubility in water would have suggested, thus underlining the contribution of plasma protein binding to solubility. To further imitate physiological conditions and to examine drug distribution to the target tissue, a novel ex-vivo model was developed which allowed simulation of drug release from the implanted device in the presence of a tissue compartment. In addition convection of the media imitating a blood flow was taken into account. With this model ratios of the AUCs in tissue and plasma of 3.4 for DXA, 3.8 for BDP and 2.5 for GCX were determined and thus suggested a distinct distribution of the substances from plasma into the tissue compartment. Overall, from a pharmacokinetic point of view the use of BDP seemed advantageous to fight an acute and initial inflammation after implantation due to its fast release and diffusion into tissue. On the other hand also the slow release of DXA and GCX, whose active principles are much more stable than that of BDP, might be beneficial to achieve a long lasting effect if desired. All these experiments might assist choosing the optimal glucocorticoid for support of a cardiac pacemaker. Furthermore, a novel model approximating physiological conditions was developed, which can serve as a suitable tool for the investigation of matrix release systems in an ex vivo setting. The unanswered question if these differences in the pharmacokinetic profiles of the glucocorticoids would translate into different pharmacodynamic effects was finally investigated in a cell culture model. However, firstly it needed to be clarified if the electric pacing impulse served as an inflammatory stimulus to cells in-vitro and thereby induced local inflammation due to electric pacing itself. For this purpose a special model was designed, allowing administration of an electric pacemaker stimulus within a cell culture set up. Measurements of the inflammatory markers IL 6, IL 8, MMP 9 and MCP 1 showed no inflammatory response to a pacing impulse of 1 V and 0.5 ms in-vitro. Subsequently the impact of the pharmacokinetic differences on the biological activities of the glucocorticoids in the acute phase of inflammation after implantation of a pacemaker lead was investigated. All glucocorticoids inhibited the secretion of IL 6 and MMP 9, but no significant differences were to be seen between DXA, GCX and BDP. Despite different pharmacokinetic premises and affinities to the glucocorticoid receptor of DXA, GCX and BDP none of the compounds seemed to be superior regarding the inhibition of inflammation in the in-vitro model. For clinical practice this might suggest an equal impact on pacing threshold for GCX and BDP compared to the current standard DXA, at least in the acute phase after implantation. The thickness of the fibrous capsule surrounding the lead tip seems to be an important factor influencing the threshold rise after pacemaker implantation. Glucocorticoid exposition is discussed to lead to a thinner sheath of connective tissue around the lead tip and thus to attenuate the threshold rise. Consequently, the antiproliferative activity of the released glucocorticoid doses on endothelial cells and fibroblasts was tested. However, no inhibition of cell growth was observed in-vitro with the cell lines EA.hy926 and IMR 90. Maybe future investigations of a glucocorticoid effect on the synthesis of components of connective tissue like collagen in the setting of pacemaker therapy might lead to further insight. In this thesis pharmacokinetic aspects of DXA, GCX and BDP were successfully investigated for the first time in the context of pacemaker therapy under consideration of physiological conditions. Additionally, a novel and so far unique ex-vivo model was developed which can be a suitable tool for further pharmacokinetic experiments and support the development of cardiovascular implants or other implantable matrix release systems. Furthermore, the pharmacodynamic effects of DXA, GCX and BDP were compared to each other with regard to the prior gained pharmacokinetic insights and some aspects of the cause of glucocorticoid effects in cardiac pacemaker therapy were studied.

The requirements for the impurity profiling of substances for pharmaceutical use have become greater over time. They can be accomplished by the use of modern instrumental analysis techniques, which have been evolved in the last decades. New types of columns with HILIC, mixed-mode and chiral stationary phases are suitable for the separation of all kinds of substances mixtures, that were previously hardly possible with the use of common reversed phase columns. Modern, almost universal detectors like CAD, ELSD and CNLSD can be applied for a sensitive detection of substances without a chromophore. However, in addition to some small individual disadvantages to these methods, the costs are high and applications are still kind of rare. Thus, the introduction of these devices at a broader level has not yet taken place. While this presumably will change over time, there is a need for methods that enable the impurity profiling of challenging substances with widespread analytics devices. Methionine is a substance with hydrophobic and hydrophilic impurities. With the help of a mixed-mode stationary phase, which is a combination of a reversed phase and a strong cationic exchanger, the separation of all putative impurities was found possible with good sensitivity and selectivity. The method requires apart from the column only standard isocratic HPLC equipment and was successfully validated. The evaluation of the enantiomeric purity of amino acids is challenging. Two approaches were made. The first method utilizes CE by means of in-capillary derivation with OPA and the subsequent separation with a cyclodextrin. With the use of OPA/NAC and γ-cyclodextrin, a simple and cost-effective method for the indirect enantioseparation of 16 amino acids was developed. With the second approach, racemic amino acids can be analyzed with HPLC and in-needle derivatization. For this, different columns and chiral thiols were evaluated and the chromatographic parameters were optimized. A method with OPA/NIBLC, a pentafluorophenyl column made the enantioseparation of 17 amino acids feasible. A LOQ of the minor enantiomer down to 0.04 % can be achieved with UV spectrophotometric detection. A similar method was developed for impurity profiling of L-amino acids. This can be used alternatively for the amino acid analysis performed by the European Pharmacopoeia. A simple, robust, precise and accurate method for the evaluation of impurities in glyceryl trinitrate solution was developed and validated. The four impurities of glyceryl trinitrate are separated by means of an acetonitrile-water gradient and the assay for this substance is also possible. / Die Anforderungen an die Reinheitsanalytik von Substanzen für pharmazeutische Zwecke sind mit der Zeit größer geworden. Diese können durch die Verwendung von modernen instrumentellen Analysetechniken, die sich in den letzten Jahrzehnten entwickelt haben, erfüllt werden. Neue Arten von Säulen mit HILIC, mixed-mode und chiralen Phasen sind geeignet für die Trennung von allen möglichen Substanzgemischen, die vorher mit der Verwendung von gewöhnlichen Umkehrphasensäulen kaum möglich waren. Moderne, fast universelle Detektoren wie CAD, ELSD und CNLSD können für eine sensitive Detektion von Substanzen ohne Chromophor verwendet werden. Allerdings, neben ein paar individuellen Nachteilen von diesen Methoden, sind die Kosten sehr hoch und die Anwendungen noch eher selten. Daher haben sich diese Geräte noch nicht auf breiter Ebene durchgesetzt. Auch wenn sich das mit der Zeit ändern wird, gibt es die Notwendigkeit für Analysemethoden mit denen die Reinheitsanalytik von herausfordernden Substanzen auf verbreiteten analytischen Geräten ermöglicht wird. Methionin ist eine Substanz mit hydrophilen und hydrophoben Verunreinigungen. Mit der Hilfe einer „mixed-mode“-Phase, welche eine Kombination aus Umkehrphase und starker Kationenaustauscher ist, wurde die Trennung von allen mutmaßlichen Verunreinigungen mit guter Sensitivität und Selektivität ermöglicht. Die Methode benötigt abgesehen von der Säule nur eine normale isokratische HPLC und wurde erfolgreich validiert. Die Untersuchung der chiralen Reinheit von Aminosäuren ist anspruchsvoll. Zwei Ansätze wurden durchgeführt. Die erste Methode verwendet CE mittels In-Capillary- Derivatisierung durch OPA und der anschließenden Trennung mit Hilfe von einem Cyclodextrin. Durch den Gebrauch von OPA/NAC und γ-Cyclodextrin, wurde eine einfache und kosteneffektive Methode für die indirekte Enantioseparation von 16 Aminosäuren entwickelt. Mit dem zweiten Ansatz können Aminosäuren mittels HPLC und einer In-Needle- Derivatisierung analysiert werden. Dafür wurden verschiedene Säulen und chirale Thiole getestet und die chromatographischen Parameter optimiert. Eine Methode mit OPA/NIBLC, einer Pentafluorophenyl-Säule ermöglichte die Trennung on 17 Aminosäuren. Ein LOQ des kleinen Enantiomers von 0,04 % kann mit UV-spektroskopischer Detektion erreicht werden. Eine ähnliche Methode wurde für die Reinheitsanalytik von L-Aminosäuren entwickelt. Diese kann alternativ zur Aminosäurenanalyse im Europäischen Arzneibuch verwendet werden. Zusammenfassung 163 Eine einfache, robuste, präzise und richtige Methode zur Untersuchung der Verunreinigungen in Glyceryltrinitratlösung wurde entwickelt und validiert. Die vier Verunreinigungen von Glyceryltrinitrat werden mit Hilfe eines Acetonitril-Wasser-Gradienten getrennt und die Gehaltsbestimmung dieser Substanz ist ebenfalls möglich.

Les membranes han estat àmpliament emprades en molts processos, p.e. les membranes sintètiques d'ultrafiltració, macrofiltració o les de diàlisi. Al mateix temps, les membranes líquides (LM) han rebut un gran desenvolupament per crear-ne noves, de més selectives i estables per millorar el seu funcionament en els processos de separació en que intervenen reaccions químiques específiques. En aquest sentit, n'hi moltes aplicacions per a la separació de metalls i alguna per a espècies no metàl·liques. L'ús de ML comporta majors fluxos que a les membranes sòlides de filtració i la inclusió de transportadors també produeix una millor selectivitat. La interacció entre el transportador i el substrat indueix un transport facilitat amb el transportador que ha de ser ràpid i reversible per a aconseguir un transport adequat. La selectivitat prové de l'adequat enllaç o interacció entre el transportador i l'analit, així com d'una velocitat de reacció adient. De tot plegat podem deduir la possibilitat de dissenyar ML a mida, tot desenvolupant nous transportadors o identificant les molècules apropiades que compleixen aquests requisits.El present treball ha estat dirigit a la separació d'anions inorgànics i molècules neutres, bàsicament amino àcids. S'han desenvolupat tres possibilitats per estudiar la selectivitat de les membranes: la inclusió d'un ió metàl·lic com a centre actiu en el transportador, l'ús d'un transportador immobilitzat a les noves Membranes Composite Activades (MCA) i l'ús de transportadors quirals.L'ús d'un complex metàl·lic com a transportador selectiu es fonamenta en els principis de la tècnica de Cromatografia d'Afinitat per Metall Immobilitzat (IMAC), on un ió metàl·lic és immobilitzat en una resina de bescanvi iònic i es emprat com a bescanviador. En el nostre cas, volíem aplicar aquest principi al transport facilitat d'anions i amino àcids a través de ML. En aquest sentit, es van realitzar dos aproximacions: la formació d'un complex metàl·lic en un medi apropiat a les ML mitjançant l'extracció facilitada d'un metall, o l'ús d'un complex organometàl·lic comercial insoluble en aigua. Les característiques d'aquest complex metàl·lic per a transportar anions inorgànics, sent prou estable com per a evitar les pèrdues del metall, van ser establertes.En la primera aproximació, un cop preparat el complex per distribució líquid-líquid en presència d'un extractant de metalls adient, va ser usat com a transportador d'anions en la corresponent ML (per interaccions dels anions amb aquest específic metall immobilitzat). Complexes de Pd(II) en medi orgànic van ser estudiats per al transport de nitrits, com a analit exemple, en sistemes de ML. La tria d'aquest metall es va fonamentar en l'afinitat que el nitrit i els amino àcids tenen pel catió Pd(II). Amb aquest propòsit es van provar diferents tipus d'extractant de Pd(II) per a obtenir la correcta immobilització del metall i per tant poder acomplir amb el transport de NO2-. Malgrat que es van provar els complexes de Pd(II) amb 7-(4-etil-1-metiloctil) quinoleïn-8-ol (Kelex100), amb tri-butilfosfat (TBP) i amb 1,12-di-2-tienil-2,5,8,11-tetratiododecà (TTD), va ser el de sulfur de tri-isobutilfosfina (Cyanex 471) qui va proporcionar les millors característiques com a transportador d'anions. Per a la preparació del complex Pd(II) amb Cyanex471, es van emprar una solució de Cyanex471 34 mM en querosè i una solució de 30.3 mg l-1 de Pd(II) en HCl 1.0M i van ser agitades durant 30 min. La ML va ser implementada en una cel·la concèntrica i les condicions òptimes trobades van ser: una solució de 10 mg·l-1 (0.217mM) de nitrit en tampó acètic /acetat a pH 4.75 com a solució de càrrega, una solució receptora 0.2M en NaCl i una solució 0.28mM de Pd(II)-Cyanex471 en querosè. Els millors resultats expressats com a coeficient de Permeabilitat a la fase receptora (Ps) van ser (4.2±0.3) ·10-4 cm·min-1, comparat amb un transport negligible en una membrana blanc (sense transportador).La segona aproximació va consistir en l'ús d'un complex organometàl·lic comercial com a bescanviador d'anions. Es van provar tres complexes diferents, el trans-benzilclorur bis-trifenilfosfina pal·ladi(II) (BPP-Pd(II)), el diclorur-bis-(tri-fenilfosfina) pal·ladi(II), (PP-Pd(II)) i el di-clorur-bis(tri-fenilfosfina) cobalt(II), (PP-Co(II)). Aquest últim contenia Co(II) en lloc de Pd(II), per tal de determinar l'efecte de l'ió metàl·lic. Tan sols el primer va ser emprat com a transportador, donat que els altres eren poc solubles en els dissolvents adients per a ML i per tant produïen un pobre transport. Per tant el BPP-Pd(II) ha estat estudiat com a transportador de nitrits, permetent una major velocitat de transport que l'anterior complex, Pd(II)-Cyanex471. Es va demostrar que diferents paràmetres contribuïen al transport de nitrits, que es duia a terme en una cella de Lewis modificada, com la natura de la solució receptora, el pH de la solució de càrrega i els modificadors de la ML, així com la influència dels últims a la selectivitat del transport.. Les millors condicions correspongueren a una solució de 10 ppm de nitrits en una solució 0.05M de tampó MES a pH 4.5, la mateixa solució de MES o de TRIS a pH 11.7 es va emprar com a fase receptora i una solució 1.0mM de BPP-Pd(II) en cumè constituïa la ML. En aquest cas els millors resultats correspongueren a una Ps de 4.5·10-2 cm·min-1, en el cas de la solució de MES com a fase de descàrrega, i 8.2·10-2 cm·min-1 per a la de TRIS. La diferència es deguda a la completa eliminació del transportador de la fase membrana carregat de nitrit cap a la fase de descàrrega en el cas del TRIS, mentre que en el cas de la MES el transportador no es destrueix i una important part dels nitrits extrets romanen a la membrana.Es va provar l'addició d'un modificador catiònic, el clorur de tri-dodecilmetil amoni (TDMACl). Aquest compost catiònic permet l'estabilització del complex BPP-Pd(II) amb dos nitrits enllaçats permetent un augmento en a l'extracció de l'analit, però que també produeix majors pèrdues de Pd(II) des de la membrana, amb un petit increment de la recuperació de nitrits a la solució receptora.La selectivitat de la ML es va demostrar en presència d'una mescla d'anions, amb una menor afinitat pel Pd(II) (Cl-, NO3-, SO42-, H2PO4-) I per SCN-, que interacciona més fortament amb aquest metall i a més té una major lipofilitat, afavorint la seva entrada a la fase orgànica. En el cas de la primera mescla, l'increment de la relació molar (interferent : nitrit) a la solució de càrrega, produeix un lleuger descens del flux de nitrits, però sense transportar els interferents. És a dir, la presència de l'ió metàl·lic produeix el transport selectiu esperat, basat a l'afinitat entre l'analit i l'ió metàl·lic. La presència de tiocianat indueix la seva ràpida extracció i un descens brusc de la permeabilitat pel nitrit, degut a la seva major afinitat pel metall. L'addició de TDMACl produeix una estabilització del complex BPP-Pd(II)-NO2-, produint una recuperació del transport de nitrit en ambdós casos.En el cas dels amino àcids, el transport se sustenta en l'afinitat de la seva fora aniònica pel centre de Pd(II), el menor pH de la fase receptora, que canvia l'especiació de l'amino àcid per alliberar-lo a la fase receptora. El sistema només es va assajar amb el complex organometàl·lic, que va produir els millors resultats per als anions inorgànics. En aquest cas, es va emprar una membrana líquida suportada (MLS) i l'amino àcid Triptòfan va servir com a exemple. La cel·la de la ML consistia en dos blocs de tefló amb un camí en espiral gravat per on circulaven les solucions aquoses, i que tancaven el suport polimèric. Aquesta configuració possibilita l'ús de diferents volums per a la solució inicial i final, permetent la preconcetració de l'analit, sempre que el volum de fase de càrrega sigui major que el de la receptora. Es van caracteritzar diferents paràmetres del transport en ML com l'efecte de la concentració de transportador en la solució de membrana. Es va confirmar que no existia transport en absència de BPP-Pd(II), i l'increment de la seva concentració en bis- 2-etilhexil ftalat augmentava l'eficiència del transport fins a una estabilització a concentracions superiors a 7.5·10-4 M. Es va seleccionar una concentració 8·10-4M de BPP-Pd(II) com a òptima. També es van provar diferents àcids com a solució receptora ((HCl, HNO3, H2SO4 i H3PO4) a una concentració 0.1N. Tots els àcids van tenir un comportament semblant, només l'àcid fosfòric es va demostrar massa suau. L'increment d'acidesa permeté l'increment del transport, independentment de l'àcid. En canvi, l'increment de la concentració de l'àcid produí un suau descens de la recuperació dels amino àcids, conduint a l'òptim a la solució 0.1M. El pH de la solució de càrrega es demostrà com un paràmetre clau en el transport en ML. L'increment de pH 5 a 9 incrementà la velocitat de transport de Trp, però un pH major reduïa el transport, pel que una solució 0.1mM de Trp tamponada a pH 9 amb fosfat es va emprar com a fase inicial.Degut a la configuració de la cel·la era possible la preconcentració de Trp, i aquesta mesura es va dur a terme a diferents temps de recirculació de la solució de càrrega, aconseguint una preconcentració de 45 vegades a les 40 hores d'experiment.Per a caracteritzar aquest sistema de transport i l'efecte de la interacció de l'amino àcid amb el dissolvent, o la interacció entre l'amino àcid i el transportador, es van dur a terme experiments d'extracció líquid-líquid i de ML amb diferents amino àcids: Glicina (Gly), Alanina (Ala), Valina (Val), Leucina (Leu), Metionina (Met), Histidina (His), Fenilalanina (Phe), Tirosina (Tyr) i Triptòfan (Trp). Aquestes interaccions han sigut avaluades en funció de la lipofilitat i la polaritat dels diferents amino àcids, ambdós calculats a partir dels seus coeficients de partició. Es van realitzar diferents experiments de distribució líquid-líquid d'aquests amino àcids des de fases aquoses a pH regulat cap a solucions orgàniques amb i sense transportador (BPP-Pd(II)). Es va controlar la concentració d'amino àcid en ambdós casos, així com les pèrdues de Pd(II) en el primer cas. Els resultats de la distribució dels amino àcids es va correlacionar amb els anteriors paràmetres, lipofilitat i polaritat i es va trobar que aquestes propietats permeten explicar-lo, excepte en el cas de la Phe i el Trp. En aquest cas, existeix una interacció extra amb el transportador per sobre de la predicció, degut a l'estructura aromàtica dels amino àcids i del transportador.Els es van realitzar experiments en ML amb barreges d'amino àcids amb una estructura similar. El comportament de tres amino àcids aromàtics (Trp, Phe i Tyr) a diferents pH de la solució aquosa de càrrega es va correlacionar amb els resultats de la distribució líquid-líquid. També la recuperació de la sèrie homòloga dels amio àcids alifàtics (Gly, Ala, Val i Leu) es podia explicar amb els resultats obtinguts. Es a dir, els resultats en la distribució líquid-líquid poden emprar-se per a predir el comportament en el transport a través de MLS amb el mateix transportador. L'amino àcid més distribuït en el sistema líquid-líquid és qui produeix majors fluxos en MLS i més pot interferir el transport dels altres amino àcids. Al mateix temps, s'ha demostrat que la selectivitat de la ML dissenyada depèn de la interacció de la molècula a transportar a través de la ML amb l'entorn del centre de reacció.En el mateix sentit, per a demostrar la influència del medi en el transport d'amino àcids, es va estudiar l'efecte d'immobilitzar el transportador en les noves Membranes Composite Activades (MCA). El ben conegut sistema contenint l'àcid bis-(2-etilhexil) fosfòric (DEHPA) per a transportar amino àcids aromàtics es va implementar en aquestes membranes. Es van preparar MCA amb DEHPA, d'acord al procediment prèviament establert, per a determinar el comportament de la Phe, emprada com a exemple. Es va dur a terme una caracterització del transport de Phe, incloent l'existència de transport facilitat en contratransport, la reproduibilitat i l'efecte del tampó a la solució de càrrega, així com un estudi sistemàtic d'alguns paràmetres químics de transport. Entre d'ells, es va optimitzar la concentració de Phe, seleccionant una 0.5mM, la diferent natura i concentració de la solució receptora, així com el pH de la fase de càrrega. Es va triar una solució de HCl, per davant de HNO3 i H2SO4. L'increment de la concentració permetia millors transports, pel que es va triar la més alta, que era 2M. Respecte a la fase de càrrega, un increment del pH de 0.5 a 3 induí un increment en la velocitat de transport de la Phe, que s'estabilitzà a pH alts. L'ús de NaCl a la solució de càrrega és necessari per mantenir la mateixa força iònica entre les dues fases aquoses, però no es van detectar diferències importants en absència d'aquesta sal (NaCl). També, la influència de la concentració de DEHPA a la solució de preparació de la membrana es va establir, trobant-se que la fase membrana controla el transport fins a una concentració de DEHPA 1200 mM. Finalment, malgrat que l'afinitat dels amino àcids aromàtics fenilalanina, triptòfan (Trp) i Tirosina (Tyr) pel DEHPA segueix l'ordre Phe>>Trp>Tyr, la selectivitat a les MCA amb DEHPA segueix la sèrie Trp>Trp>Tyr, probablement degut a la interacció del Trp amb el mateix transportador y amb els grups de l'estructura de la membrana (amida o amina que no ha reaccionat).L'últim concepte aplicat va ser l'ús d'un selector quiral per aconseguir un transport enantioselectiu. En aquest sentit, es va aconseguir la separació enantioselectiva de l'Àcid Mandèlic i de la fenilglicina, tot emprant una membrana líquida de volum que contenia cinconidina com a transportador quiral (a=1.5 i 0.9 respectivament). Es va caracteritzar el transport dels respectius enantiòmers a través de la ML, tot fent servir l'àcid mandèlic com a referència. Es van comprovar diferents paràmetres. Es va investigar la presència de decanol com a modificador de la membrana de dodecà. Es va trobar que la major enantioselectivitat s'obtenia amb mescles 1:1 de decanol en dodecà, malgrat que no era l'òptim per a la velocitat de transport. Un altre important paràmetre estudiat en aquestes membranes és la relació molar inicial entre el transportador a la ML i l'analit a la fase de càrrega. Es van assajar diferents relacions des de 0.2 a 3 (Cinconidina : Àcid Mandèlic) obtenint els millors resultats per una relació de 0.5. També és important el paper del pH a les solucions aquoses (càrrega i descàrrega) a l'enantioseparació, donat que l'especiació del transportador i de l'analit canvia en funció d'aquest paràmetre, evitant o permetent la seva interacció selectiva. En aquest punt es va caracteritzar la distribució d'ambdós, el transportador i l'analit, a diferents pH i es va establir que la interacció òptima es produïa per sota del primer pKa (5.8) de la cinconidina.Per a caracteritzar millor la interacció del dissolvent de la membrana en la selectivitat es va considerar el canvi de la barreja decanol-dodecà a cloroform. Es va demostrar que l'ús d'un dissolvent més solvatant produeix un descens a la interacció analit-transportador quiral, pel que és necessari una major quantitat per mantenir una selectivitat similar (relació transportador : analit de 2).També per a caracteritzar la interacció enantioselectiva establerta entre l'analit i el transportador, dues molècules molt semblants a l'àcid mandèlic es van assajar, fenilglicina i fenilalanina. La primera també es va transportar enantioselectivament, però així la darrera, demostrant la importància de les diferents interaccions que s'estableixen entre analit i transportador i la disposició espacial i separació dels grups actius i inactius de l'enantiòmer. / Membranes are widely used around the world for many processes, e.g. synthetic membranes mainly for dialysis and for micro and macro filtration. Instead, liquid membranes (LM) have received much attention for developing new, selective and stable systems to improve or perform separation processes involving specific chemical reactions. In this sense, there are a lot of applications for the separation of metals and also some for non-metallic species. The use of liquid membranes develops higher fluxes over normal solid filtration membranes and the inclusion of carriers also produces a higher selectivity. The interaction between the carrier and the substrate induces a facilitated transport where the carrier should be fast and reversible to achieve an appropriate transport. This selectivity arises from the proper binding or interaction of the carrier and the analyte and the proper rate of this reaction. Thus, it should be possible to tailor selective LM by developing new carriers or by identifying the appropriate molecules that fulfills these characteristics. The present work has been focused to the separation of inorganic anions and organic molecules, basically amino acids. Three possibilities on studying the selectivity of the membranes for this purpose have been studied: the inclusion of a metal ion as active site in the carrier, the use of a carrier immobilized in the new Activated Composite Membranes (ACM) and the use of chiral carriers.The use of a metal complex as selective carrier is based on the Immobilized Metal Affinity Chromatography (IMAC) technique principles, where a metal ion is immobilized on a resin and used as exchanger. In our case we wanted to apply this principle to the facilitated transport of anions and amino acids across liquid membranes (LM). In this concern, two approaches have been performed: the formation of the metal complex in an appropriate LM media by the facilitated extraction of a metal, or the use of a commercial water insoluble organometallic complex. The characteristics of such a metallic complex to transport inorganic anions, being stable enough to avoid the leaching of the metal, are established. In the first attempt, once the metallic complex was prepared by a liquid-liquid distribution in presence of an appropriate metal extractant, it was used as carrier for anions in the corresponding LM (by the interactions of the anions with this specific metal properly immobilized). Pd(II) metal complexes in organic diluents have been studied for the transport of NO2- as specific target system for LM. The choice of this metal ion was based in the affinity that nitrite and the amino acids have for Pd(II). To this purpose, different types of reagents were used as Pd(II) extractants to get the proper immobilization of this metal and thus, to accomplish for the best transport of NO2-. Although the Palladium(II) complexes of 7-(4-ethyl-1-methyloctyl) quinolin-8-ol (Kelex100), tri-butylphosphate (TBP) and 1,12-di-2-thienyl-2,5,8,11-tetrathiododecane (TTD) were assayed, tri-isobutylphosphine sulphide (Cyanex 471) was found to provide best characteristics as anion carrier. For the preparation of the Pd(II)-Cyanex471 complex a solution of Cyanex471 34 mM in kerosene was contacted with an aqueous solution of 30.3 mg l-1 of Pd(II) in HCl 1.0 M and then agitated during 30 min. The LM studies were carried out in a concentric cell and the optimum conditions were determined as: a 10 mg·l-1 (0.217 mM) nitrite solution in 0.2 M acetic/acetate buffer at pH 4.75 as feed solution, 0.2 M NaCl as stripping solution and a 0.28 mM solution of Pd(II)-Cyanex471 in kerosene. The best results expressed as Permeability coefficient in the receiving phase (Ps) was (4.2±0.3) ·10-4 cm·min-1, compared to the negligible permeability that a blank membrane (without carrier) had. The second attempt consisted in the use of a commercial organometallic complex, as anion carrier. Three different complexes were assayed: Trans-benzylchloride bis-triphenylphosphine palladium (II) (BPP-Pd(II)), dichloro-bis-(tri-phenylphosphine) palladium(II), (PP-Pd(II)) and bis(tri-phenylphosphine) cobalt(II) chloride, (PP-Co(II)). The last one contains Co(II) instead of Pd(II), to determine the effect of the metal ion. Only the first one was used as carrier, because of the low solubility of the rest in appropriate LM solvents and the less effective transport. So, trans-benzylchloride bis-triphenylfosfine palladium (II) (BPP-Pd(II)) has been studied as nitrite carrier, providing a higher rate of transport than the previous Pd(II)-Cyanex471 extracted complex. Different parameters have been investigated to contribute to NO2- transport, that was conducted in a Lewis modified Cell, including the nature of stripping solutions, pH of feed solution and membrane modifiers, as well as the influence of membrane modifiers in the selectivity of anion transport. The best conditions assayed corresponded to 10 mg·l-1 nitrite solution in 0.05 M MES buffer at pH 4.5 as feed solution, a 0.05 M MES or TRIS solution at pH 11.7 as stripping phase and a 1.0 mM BPP-Pd(II) solution in cumene to form the BLM. In this case the best results corresponds to a stripping permeability of 4.5·10-2 cm·min-1, in the case of MES stripping buffer, and 8.2·10-2 cm·min-1 for the TRIS buffered stripping. The difference is due to the complete removal of the carrier bearing nitrite from the membrane to the receiving phase in the case of the TRIS buffer, while MES does not destroys the carrier and an important amount of nitrite remains in the membrane phase.The addition of a cationic membrane modifier, Tri-dodecylmethylammonium chloride (TDMACl), was also assayed. This charged compound leads to the stabilization of the BPP-Pd(II) complex with two nitrite anions, thus increasing the extraction of the analyte, but also produces a higher loss of Pd(II) from the membrane with a small increase in the recovery of nitrite in the receiving phase. The selectivity of the LM was demonstrated in presence of a mixture of anions with a lower affinity for Pd(II) (Cl-, NO3-, SO42-, H2PO4-) and for SCN-, that interacts stronger than nitrite with this metal cation and has a higher lipophility, so favoring its entrance into the organic phase. In the case of the first mixture, the increase of the molar ratio (interferents:nitrite) in the feed phase produced a slow decrease in the flux of nitrite, although the interferents were not substantially transported. So, the presence of the metal ion can produce a selective transport as expected, based on the affinity between the analyte and the metal ion, Pd(II). The presence of SCN-, induced a fast extraction of itself and a sharp decrease of the permeability for nitrite, because of the higher affinity of the interferent for the metal ion. The addition of TDMACl produces a stabilization of the complex BPP-Pd(II) - NO2-, thus producing a recovery of the permeability for nitrite in the both cases.In the case of using the amino acids as analyte, the affinity of its anionic form for the metallic center (Pd(II)) and the lower pH in the receiving phase that changes the speciation of the amino acid leading to its release from the LM phase is the power that maintains the transport. This system was assayed only with the organometallic complex BPP-Pd(II), that produced the better results for the inorganic anions. In this case, a SLM system was assayed an the amino acid tryptophan (Trp) was employed as target analyte for the membrane transport study. The LM unit used consisted in two Teflon blocks, with a carved spiral path where the aqueous solutions flow by, that clamp the impregnated porous membrane. This configuration permits the use of different volumes for the initial an receiving phases, thus a preconcentration of the analyte is possible, when using a smaller volume in the receiving phase respect to the feed phase.Various parameters that characterize the amino acid transport by this liquid membrane have been studied. The effect of the concentration of carrier in the membrane solution was assayed. It was confirmed that no transport existed in absence of BPP-Pd(II), and the increase of its concentration in the bis-2-ethylhexyl phthalate solvent used increased the transport efficiency up to a plateau that appears at concentrations higher than 7.5·10-4 M. So, a concentration of 8·10-4 M of BPP-Pd(II) was selected as the optimum one. Also different mineral acids (HCl, HNO3, H2SO4 and H3PO4) were assayed as stripping agents at a concentration 0.1N, with no difference among them, except for the phosphoric acid that has a softer acidity. Only the increase in the acidity of the media increased the transport, no matter what acid used. However, the increase of the concentration of the stripping acid produced a slow decrease of the recovery of the amino acid, leading to a solution 0.1M of HCl as a stripping solution. The pH of the feed solution was demonstrated to be a key factor in the transport through the LM. The increase of the pH from 5 to 9 increased the transport rate of Trp, but a higher pH decreased this rate. Thus a solution 0.1 mM of Trp buffered at pH 9 with a phosphate solution was selected as initial feed phase.Because of the configuration of the LM unit, the preconcentration of Trp was possible, so the measure of this process was performed at different recirculating times of the feed solution and a valuable preconcentration factor of 45 from a solution 0.1mM was obtained after 40 hours of experiment transport. To characterize such transport system and the effect induced by the interaction of the amino acid and the solvent or the interaction between the amino acid and the carrier, solvent extraction and LM experiments were performed for different amino acids, i.e.: Glycine (Gly), Alanine (Ala), Valine (Val), Leucine (Leu), Methionine (Met), Histidine (His), Phenylalanine (Phe), Tyrosine (Tyr) and Tryptophan (Trp). Such interactions have been evaluated in terms of the lipophilicity and polarity of the different amino acids, both calculated from their partition coefficients. So, different liquid-liquid distribution experiments of these amino acids from aqueous solutions (at regulated pH) to organic solutions with or without the presence of the BPP-Pd(II) carrier were performed. It was monitored the amino acid concentration in both cases as well as the Pd(II) looses from the organic phase. The amino acid extraction distribution results were correlated with the previous parameters, lipophilicity and polarity and it was found that such amino acid properties can explain them, except for Phe and Trp. In the case of these, an extra interaction with the carrier, over the prediction, is observed because of the aromatic structure of both, the carrier and these amino acids.LM experiments with mixtures of amino acids with similar structures were performed. The behavior of the three aromatic amino acids (Trp, Phe and Tyr) in a SLM at different feed aqueous pH was correlated with the distribution results. Also the recovery of the homologous series of the aliphatic amino acids (Gly, Ala, Val and Leu) was explained by the distribution mentioned results. So, the behavior of the amino acids in the liquid-liquid distribution process can be used to predict the performance of the transport through supported liquid membranes (SLM) containing the same carrier. The amino acid higher distributed in the liquid-liquid system has the higher flux in SLM and interferes the transport of the rest of amino acids.Meanwhile, it has been also demonstrated that the selectivity of the designed LM depends also on the interaction of the molecule to be transported through the LM with the environment of the reaction center.In the same concern to demonstrate the influence of the media in the amino acid transport, the effect of immobilizing a proper carrier in the new Activated Composite Membranes (ACM) was studied. The well known LM system containing bis-(2-ethyl-hexyl) phosphoric acid (DEHPA) to transport aromatic amino acids was implemented to such ACM membranes. The ACM containing DEHPA and prepared according to a previously established procedure, were used to experimentally determine their behavior for the transport of Phenylalanine (Phe) that was used as target amino acid. A general characterization of the Phe transport through DEHPA-ACM membranes including the existence of facilitated counter transport, reproducibility and the effect of buffering the feed solution, has been performed prior to a systematic study of the influence of some chemical transport parameters. Afterwards, it was determined the more convenient initial Phe concentration to monitor the transport and a solution 0.5mM of Phe was selected. Different nature and concentrations of the stripping agent, and also the pH of the feed solution were optimized. The HCl acid was demonstrated to be the best receiving media, over HNO3 and H2SO4. The higher the concentration of acid used the faster was the transport, so a 2M solution was selected. About the feed phase, an increase of the pH from 0.5 to 3 induced an increase in the rate of transport of Phe that was stabilized at higher pH values. The use of NaCl in the feed phase is necessary to maintain the same ionic strength between both aqueous solutions, although not important differences were detected in absence of this salt (NaCl). Also, the influence of the DEHPA concentration in the casting solution used to prepare the membrane is established. It is found that the membrane phase controls the rate transport up to a DEHPA concentration of 1200mM. Finally, although the affinity of the aromatic amino acids Phenylalanine, Tryptophan (Trp) and Tyrosine (Tyr) for DEHPA is in the order Phe»Trp>Tyr, the selectivity of the DEHPA-ACM was found to be Trp>Phe>Tyr, probably because of the interaction between Trp and the carrier and between Trp and the groups of the membrane structure (amide or not reacted amine).The last concept applied was the use of chiral selectors to accomplish for an enantioselective transport. In this concern, the enantiomeric separation of Mandelic acid Phenylglycine was achieved by using a bulk liquid membrane containing Cinchonidine as a chiral carrier (a =1.5 and 0.9 respectively). The transport of the respective enantiomers through a liquid membrane has been characterized, by using Mandelic acid as target analyte. Different parameters were checked. The presence of a modifier as decanol added to the dodecane membrane phase containing cinchonidine was investigated. It was found that, even though with not the best transport rate a higher enantioselective separation was achieved for a mixture 1:1 of decanol and dodecane. Another important parameter in these membranes studied is the initial ratio between the carrier in the LM phase and the analyte in the feed phase. Different ratios from 0.2 to 3 (cinchonidine : mandelic acid) were assayed obtaining the best results for the value of 0.5. The pH of the aqueous solutions (feed and receiving) has also an important role in the enantioseparation, so the speciation of the carrier and the analyte can change depending on this parameter, permitting or avoiding their selective interaction. In this point, it was characterized the distribution of both, the carrier and the analyte at different aqueous pH, and it was established to get the proper interaction between both at a pH below the first pKa (5.8) of the cinchonidine.To better characterize the interaction of the membrane solvent in the selectivity, the effect of changing from dodecane-decanol to the more solvating chloroform was considered. It was demonstrated that the use of a more solvating agent produces a decrease of the interaction analyte - chiral carrier, so a bigger amount of carrier is necessary to have a similar selectivity (ratio carrier:analyte of 2).Also to characterize the enantioselective interaction established between the analyte and the carrier two molecules very similar to Mandelic acid were assayed, Phenylglycine and Phenylalanine. The former was also transported enantioselectively, but not the last one, demonstrating the importance of the different interactions that can be established between the carrier and the analyte, and the spatial disposition and separation of the active or inactive groups of such enantiomers.

En aquest treball s'ha demostrat que, mitjançant la reacció d'addició oxidativa sobre el tetrakistrifenilfosfina pal·ladi(0), s'obtenen clorocomplexos tiolat amb els clorohidrats cisteamina, ester etílic de la L-cisteïna i ester metílic de la D-penicilamina, i una trifenilfosfina que resta del producte de partida. Si el producte de partida és el Pd(dba)2 i se li addiciona 1 equivalent de PMePh2, s'obté el clorocomplex tiolat amb el lligand ester etílic de la L-cisteïna i una metildifenilfosfina.Aquests nous complexos aïllats són mononuclears i de baixa simetria. En algun cas presenten només el pla de simetria que conté la molècula i, en altres, aquest pla és destruït per la presència d'un lligand més ramificat, produint complexos asimètrics C1. Les estructures de 1-6 han quedat establertes per IR i RMN (1H, 13C i 31P{1H}), i en el cas de 1 i 2 s'ha determinat l'estructura cristal·lina del sòlid per mètodes de difracció de raigs-X on es confirma una geometria planoquadrada on els lligands aniònics es situen en trans.Els assajos catalítics d'hidrocarboxilació realitzats demostren que els sistemes catalítics, desenvolupats en aquest treball, A i B són actius i molt selectius per a l'obtenció d'àcids 2-arilpropiònics (2-fenilpropiònic, 2-(4-tert-butilfenil)propiònic, 2-naftalen-2-il-propiònic) i l'àcid acenaftè-1-carboxílic, mentre que es mostren ineficaços en la hidrocarboxilació del trans-anetol i el trans-1,2-dimetoxi-4-(1-propenil)benzè. Per altra banda, els sistemes catalítics C, D i D' esdevenen molt actius i extremadament selectius per a l'obtenció dels àcids 2-(4-metoxifenil)butíric i 2-(3,4-dimetoxifenil)butíric. En aquesta avaluació s'ha pogut veure que quan s'utilitzen els complexos 1 i 2, sintetitzats i caracteritzats en aquest treball, com a precursors catalítics disminueix l'activitat però augmenta considerablement el valor de la regioselectivitat vers l'isòmer ramificat. No obstant, tot i que el complex 2 és un precursor quiral, no s'ha observat enantioselectivitat en els productes obtinguts. Així, s'ha postulat que el lligand cisteínic, a les condicions de reacció, actua de manera monodentada a través de l'àtom de sofre quedant, així, el centre asimètric massa lluny del nucli metàl·lic.Mitjançant experiments de deuteriocarboxilació s'han pogut obtenir algunes conclusions mecanístiques d'aquesta reacció. Així, s'ha proposat que, en els sistemes catalítics emprats i donats els resultats obtinguts, sembla ser que la reacció catalítica transcorre a través d'un mecanisme on es forma un intermedi hidrídic. Així mateix, s'ha arribat a la conclusió que la inserció del grup carboxilat i l'hidrogen del carboni b es produeix en cis i s'ha avaluat en cada cas la importància del procés col·lateral d'eliminació-b. A més a més, s'ha identificat, aparentment per primer vegada, un procés d'inversió sobre l'intermedi alquílic, via atac nucleofílic per Pd(0). / In this work we have shown that, mediating the oxidative addition reaction of tetrakistriphenylphosphine paladium(0), it is possible to obtain chlorothiolcomplexes using the hydrochlorides cysteamine, L-cysteine ethyl ester and D-pencillamine methyl ester, and one triphenylphosphine which proceeds from the tetrakistriphenylphosphine paladium(0). If the reactant used is Pd(dba)2 and we added 1 equivalent of PMePh2, we obtain the chlorothiolcomplexe with one molecule of L-cysteine ethyl ester and one molecule of methyldiphenylphosphine as ligands.These new isolated complexes are mononuclear and have low symmetry. Some of them only have a symmetry plain that contains the molecule and, in other cases, this plain is broken by a more bulky ligand that produces asymmetric complexes C1. The structures 1-6 have been characterised by IR and NMR (1H, 13C and 31P{1H}). In addition, in the case of 1 and 2 it has been possible to obtain their crystalline structure by X-ray diffraction methods where we have confirmed their squareplane structure and the position trans of anionic ligands.The hydrocarboxylation catalytic experiments we have done shown that the catalytic systems, which we have developed in this work, A and B are actives and gives a very good regioselectivity in the synthesis of 2-arilpropionic acids (2-phenylpropionic, 2-(4-tert-butylphenyl)propionic, 2-naphtalen-2-il-propionic) and acenaphthene-1-carboxylic acid, otherwise they are inactives in the hydrocarboxylació of trans-anethol and trans-1,2-dimetoxy-4-(1-propenyl)benzene. On the other hand, the catalytic systems C, D and D' have a high activity and are extremely selectives in the synthesis of the acids 2-(4-metoxyphenyl)butyric and 2-(3,4-dimetoxyphenyl)butyric. In this evaluation it has been possible to observe that the use of complexes 1 and 2 as catalytic precursors decreases activity but produces a great increase in the production of the branched acid. However, there is no enantioselectivity in this process although complex 2 is a quiral precursor. In this way, we thought that the cysteinic ligand, in the reaction conditions, acts in a monocoordinated manner trough the thiol group, which produces that the asymmetric centre was so far away from the metallic nucleus.Through deuteriocarboxylation experiments it has been possible to obtain some mechanistic conclusions about this reaction. We thought that, from the obtained results and with the used catalytic systems, the catalytic reaction goes through an hydride mechanism. In addition, the results show that the insertion of the carboxylate group and the hydrogen atom in the carbon b happens in cis and we have evaluated in each case how important is the collateral elimination-b. process. Moreover, we have observed, apparently for the first time, an inversion process on the alquilic intermediate through a nucleofilic atac by Pd(0).

En aquesta tesi es presenten diferents treballs relacionats amb l'ús i desenvolupament de diferents tècniques quimiomètriques aplicades a dades d'espectrofotometria. En concret, s'avalúen les seves prestacions en la determinació de diferents paràmetres de qualitat en olis d'oliva de diferents orígens i categoríes fent servir dades espectrofotomètriques d'infrarroig mitjà i proper.S'estudia la determinació de l'índex d'acidesa en mostres d'oli d'oliva de diferents origens i categories, fent servir espectrofotometria FTIR-ATR, es comprova com una acurada selecció de les mostres, tenint en compte altres factors externs, permet obtenir equacions de calibració amb una adeqüada capacitat predictiva. El fraccionament de l'interval d'acideses lliures permet l'obtenció d'equacions amb millor capacitat predictiva. De tots el modes espectrals assajats, Standard Normal Variate (SNV) proporciona resultats comparables als obtinguts fent servir dades d'absorbància, però fent servir equacions más simples. A més, SNV es mostra com l'únic pretractament efectiu al quantificar mostres estressades tèrmicament.En segon terme, s'estudia la viabilitat de les xarxes neuronals artificials (ANN) i de la regressió logística (LR) com a eines classificadores de mostres d'oli d'oliva verge de Catalunya que pertanyen a les Denominacions d'Origen Protegides de Siurana i Les Garrigues. Partint de dades NIR s'assagen perceptrons multicapa amb diferents topologies. El perceptró seleccionat permet discriminar mostres de predicció amb un 100% d'encert. La regressió logística necessita d'una etapa prèvia de selecció de variables que s'aplica al conjunt de dades de dimensionalitat reduïda. Un cop seleccionades les variables, l'equació obtinguda té una capacitat predictiva simil·lar a la dels perceptrons.També s'estudia l'efecte de la correcció ortogonal del senyal (OSC) a un conjunt de dades NIR amb l'intenció de realitzar la determinació quantitativa de tres àcids grassos (Oleic, Linoleic i Linolènic) en olis d'oliva verges fent servir PLSR. Es compara la capacitat predictiva de les equacions calculades fent servir dades tractades amb OSC envers d'altres pretractaments més comuns com les derivades (primera i segona) i SNV. Per altra banda, es comprova quin és l'efecte de la seva aplicació en els espectres NIR i en la seva correlació amb la concentració. Els resultats obtinguts no proporcionen diferències apreciables en la capacitat predictiva, únicament una simplificació de les equacions de calibració. Finalment, es proposen estratègies de validació de l'algoritme OSC. Es comprova quin és l'efecte dels possibles paràmetres d'ajust i es proposen dues estratègies clàssiques de validació (test set i validació creuada) per a determinar els valors òptims d'aquests paràmetres. Ambdúes estratègies proporcionen pràcticament els mateixos resultats quantitatius quan s'apliquen a conjunts de dades NIR enregistrades de forma diferent (reflectància i transmitància). / In this thesis, several works related to the use and development of different chemometrical techniques applied to spectrophotometrical data are presented. In fact, their performance in the determination of different quality parameters in olive oil of different origins and categories, using spectrophotometrical data in the Mid- and Near IR, is evaluated.The free acidity index in olive oil samples of different origins is studied, using FTIR-ATR spectrophotometry. Also, is proved how an accurate selection of the samples, paying attention other external factors, allow to obtain calibration eqüations with improved predictive ability. From all the spectral modes checked, Standard Normal Variate (SNV) gives quantitative results similar to those obtained using absorbance data, but using simpler equations. Added to this, SNV appears as the unique effective pretreatment when thermally stressed samples are quantified.On second place, the properlyness of Artificial Neural Networks (ANN) and Logistic Regression as classification techniques of virgin olive oil samples from Catalonia, which belong to the protected denominations of origin of Siurana and Les Garigues, is studied. Starting up from NIR data, several multilayer perceptrons with different topologies are assayed. The selected percepreon allows to discriminate prediction samples with a 100% of hits. Logistic Regression needs a previous step of variable selection, which is applied to a dimensionality-reduced data set. Once the variables are selected, the predictive ability of the obtained equation has a predictive ability similar to the perceptrons.The effect of Orthogonal Signal Correction (OSC) on a NIR data set is also studied, in order to determine quantitatively three free fatty acids (Oleic, Linoleic and Linolenic) in virgin olive oils by using PLSR. The predictive ability of the equations obtained with OSC data is compared to those obtained using more common pretreatments, such derivatives (first and second) and SNV. By the other hand, the effect of its application on NIR spectra and on their correlation with the concentration is evaluated. The results so obtained, don't show appreciable differences in their predictive ability. Only a simplification of the calibration equations.At the end, validation strategies for the OSC algorithm are proposed. The effect of the possible adjust parameters is studied, and two classical validation methods (Test Set and Cross Validation) are suggested in order to obtain the optimal values for those parameters. Both strategies give nearly the same quantitative results, when they are applied to NIR data sets obtained in different ways (reflectance and transmittance).

Esta tesis esta dedicada al estudio del mercurio como contaminante global de nuestro medio ambiente. Para ello, se ha trabajado con dos enfoques diferentes. Por un lado, profundizando en el conocimiento del ciclo del mercurio, estudiando los diferentes compuestos de éste en matrices medioambientales como suelos o sedimentos. Por otro lado, incidiendo en la prevención como herramienta de trabajo, esto es desarrollando metodologías de producción más respetuosas con el medio ambiente, a la vez que se utilizaron técnicas de gestión medioambiental como la Valoración del Ciclo de Vida (Life Cycle Assessment, LCA).El estudio de compuestos de mercurio en suelos y sedimentos contaminados se llevó a cabo a partir de dos aproximaciones distintas. La primera de ellas se basó en el método de Westöö modificado, combinando la extracción de las especies de mercurio en un medio orgánico, con una re-extracción en fase acuosa y posterior análisis por electroforesis capilar de alta resolución (HPCE). De esta metodología se estudiaron tres etapas diferenciadas, que fueron: 1. las condiciones de conservación de la muestra, 2. la etapa de re-extracción a fase acuosa y 3. la separación y cuantificación de las especies por HPCE, desarrollándose un método para la preconcentración en línea de las especies. El estudio concluyó que la congelación de la muestra es el sistema más adecuado para la conservación de las especies de mercurio presentes en un suelo contaminado. También, se apuntó la posible degradación de las especies de mercurio en la etapa de re-extracción, debido a la combinación de efectos de la cisteina y luz solar. En cuanto al sistema de preconcentración diseñado, permitió una mejora en los límites de detección de más de un orden de magnitud.La segunda aproximación consistió en mediciones directas mediante técnicas espectroscópicas de rayos X (XAFS). Estas técnicas, concretamente XANES (X-Ray Near Edge Structure), permiten sin apenas tratamiento de muestra, la identificación de diferentes especies del elemento diana (en este caso mercurio) mediante la excitación de electrones de capa profunda (K o L). Así, se cuantificaron con éxito especies de mercurio con las que se habían dopado muestras de suelo limpio. Igualmente, se demostró la potencialidad de la técnica para medidas cualitativas, concretamente para la determinación del carácter covalente de los enlaces establecidos entre un núcleo central de mercurio y diversos grupos.Por otro lado, se desarrolló un proceso para la producción de hidróxido sódico basado en resinas de intercambio iónico, teniendo como únicos reactivos óxido de calcio y cloruro sódico. De este modo, se estudiaron los efectos de una serie de variables como temperatura, fuerza iónica, concentración de hidróxido cálcico o relación masa de resina / volumen de disolvente, sobre la cinética y termodinámica de las etapas de síntesis del producto y regeneración de la resina. También se modeló la etapa de síntesis, obteniéndose una muy buena correlación con los resultados experimentales, hecho que permitió además optimizar parámetros como la concentración de hidróxido cálcico en función de la relación m/V.Como última etapa, se comparó también en términos ecológicos el proceso diseñado con el proceso de producción industrial de cátodo de mercurio. Para ello, se utilizó la herramienta de gestión medioambiental LCA, considerando cuatro categorías de análisis: efecto invernadero, disminución de recursos abióticos, consumo de uranio y liberación de mercurio al medio ambiente. El resultado de este análisis concluye que si se quiere obtener mediante el proceso de resina un producto final de la misma concentración que el proceso de cátodo de mercurio, los valores de efecto invernadero y disminución de recursos abióticos se disparan, a causa del coste energético de evaporar una gran cantidad de agua. Sin embargo, para aplicaciones donde concentraciones más bajas sean también factibles, el proceso de resinas diseñado se convierte en un método muy competitivo medioambientalmente hablando y con claras aplicaciones de futuro. / This thesis is dedicated to the study of the mercury as a global pollutant in our environment. For this purpose, two different approaches have been chosen. On the one hand, trying to acquire a better understanding of the mercury cycle by studying its different compounds (species) in environmental matrices as soils or sediments. On the other hand, inquiring on the prevention as a working tool. Thus, more environmentally friendly processes have been developed, while using environmental assessment tools like Life Cycle Assessment (LCA).The mercury speciation studies in soil and sediment samples were carried out from two different points of view. The first one was based on the modified Westöö method, where an extraction in toluene was combined with a re-extraction to an aqueous phase, followed by the analysis with a capillary electrophoresis system (HPCE). Three different steps were studied from the selected methodology: 1. the conservation conditions, 2. the re-extraction step to an aqueous phase and 3. the separation and quantification of the species by HPCE, while developing a method for the on-line pre-concentration of the species.By means of this study, it was concluded that freezing appeared to be the most adequate measure for the conservation of mercury species in polluted soils. Considering the re-extraction step, the active role of the cysteine and sunlight on organomercury compounds degradation was also pointed out. On the other hand, the designed pre-concentration method allowed an improvement on the detection limits of more than one order of magnitude.The second approach consisted of the direct analysis of the soil samples by X-ray spectroscopy (XAFS). Such techniques, and particularly XANES (X-rAy Near Edge Structure), permit without almost sample pre-treatment the correct identification of the different species of the target element (Hg, in the study case). The identification is achieved by the excitation of deep core electrons (K and L lines). Therefore, spiked samples containing both organic and inorganic mercury species where successfully quantified. The liability of such techniques for qualitative data was also demonstrated, taking into account the covalent character of the bond established between mercury and some neighbouring groups. Regarding the process development, a resin-based process for alkaline hydroxide production was designed, by using as a unique reagents calcium oxide and sodium chloride. Thus, the effect of some variables as temperature, ion strength, calcium hydroxide concentration or resin weight / solvent volume rate (m/V) on the kinetics and thermodynamics of the process was studied. Synthesis and regeneration steps were separately considered and studied. The synthesis step was also modelled, obtaining a good correlation with experimental results. Such modelling was found also to be very useful for the improvement of some steps of the process, like the adequate calcium hydroxide concentration considering the initial m/V ration.The last step was the direct comparison of the resin-based process with the mercury cathode process for the sodium hydroxide production, from an ecological point of view. For this purpose, the assessment tool LCA was used, taking into account four different categories: global warming, abiotic resources depletion, uranium consumption and mercury release to the environment. The conclusion was that the resin-based process appears to be highly pollutant if sodium hydroxide 50% wants to be obtained. In this case, the energy needed for the evaporation of huge amounts of water results in high values of global warming and abiotic resources depletion. On the other hand, if lower concentrations are needed, the process become very competitive in terms of environment respect.

La urolitiasis es una enfermedad común, que afectará al 12% de la población de la Unión Europea a lo largo de su vida, caracterizada por una alta prevalencia e incidencia, alta morbilidad y altas tasas de recurrencia. Hoy en día, se acepta un origen multifactorial para el proceso litógeno: el fenómeno central corresponde a la sobresaturación de diversos compuestos en orina que pueden cristalizar formando concreciones sólidas, influenciado por la escasez de inhibidores de la cristalización, la presencia de promotores de la precipitación y factores morfoanatómicos del aparato urinario.Las tasas de recurrencia a cinco años se sitúan entre el 44-75%, independientemente que el episodio litiásico se resuelva espontáneamente o mediante intervención urológica. Este hecho es debido a la persistencia de la alteración urinaria responsable de la formación del cálculo. Estas alteraciones son susceptibles de diagnóstico a través de la caracterización del cálculo y de la orina del paciente, y de tratamiento por modificaciones dietéticas o tratamiento farmacológico, disminuyendo así la agresividad de la enfermedad y, consecuentemente, el número de recurrencias. En el momento presente, los esfuerzos principales en el campo de la urolitiasis deberían dirigirse a reducir las tasas de incidencia y recurrencia de la enfermedad, especialmente si tenemos en cuenta los menores costes asociados a los tratamientos profilácticos y la prevención de la enfermedad en relación con los métodos de extracción de cálculos. En este sentido, se requiere un mejor conocimiento de la etiología litiásica y una mejor eficacia en el diagnóstico de las alteraciones litógenas. Bajo este contexto, los principales objetivos de la presente tesis incluyen el desarrollo de metodologías analíticas eficientes para la determinación de marcadores litógenos, la caracterización de las fluctuaciones diarias y estacionales de la composición urinaria en relación al riesgo litógeno y el efecto de varias sustancias químicas (y sus mezclas) sobre la cristalización de oxalato cálcico.Desarrollo de metodologías simples para el análisis de marcadores litógenosLa evaluación adecuada de anormalidades urinarias en pacientes litiásicos es vital para el diagnóstico y tratamiento de la urolitiasis. Por tanto, el desarrollo de métodos analíticos más eficientes para la determinación de marcadores litógenos es crucial para la caracterización adecuada de la urolitiasis, especialmente si tenemos en cuenta los conocidos inconvenientes prácticos de algunos de los métodos existentes. Además, algunos parámetros urinarios (por ejemplo, fitato y pirofosfato) no son analizados de manera rutinaria, probablemente debido a la escasez de metodologías eficientes para su determinación, a pesar de que su conocimiento puede ser de valor para propósitos de diagnóstico y tratamiento de la enfermedad. En este sentido, se identificó una necesidad de metodologías analíticas eficientes que ofrezcan información relevante sobre el manejo de la urolitiasis. La investigación en este campo se centró en 6 marcadores litógenos: oxalato, citrato ácido úrico, creatinina, fitato y pirofosfato. Los principales limitaciones asociadas a las metodologías existentes para estos analitos incluyen su carácter monocomponente, largos y tediosos tratamientos de muestra (requiriendo a menudo etapas como dilución, filtración, centrifugación, ajuste de pH, incubación, purificación, hidrólisis, derivatización...) con consecuentes largos tiempos de análisis, falta de especificidad o la necesidad de componentes especiales (enzimas) que pueden resultar caros en algunos casos (oxalato). El desarrollo de métodos más eficientes, con carácter multicomponente y, por tanto, de mayor rapidez incluyó un método para el análisis de metabolitos urinarios (oxalato, citrato, ácido úrico y creatinina) mediante la electroforesis capilar de zona y un método para la determinación de fitato y pirofosfato en orina mediante la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente. Los parámetros de validación fueron evaluados en ambos casos, indicando rangos lineales y límites de detección adecuados, ausencia de interferencias y buena exactitud y precisión, demostrando, por tanto, su aplicabilidad en el campo clínico. Las principales ventajas de estos métodos (facilidad de tratamiento de muestra, bajos requerimientos de reactivos y muestra, capacidad de análisis multicomponente, cortos tiempos de análisis y alta capacidad de tratamiento de muestra) hacen posible su implementación en laboratorios clínicos para un mejor diagnóstico de la enfermedad litiásica, siendo el principal inconveniente la limitada disponibilidad de la instrumentación requerida en laboratorios clínicos.Caracterización de fluctuaciones diarias y estacionales del riesgo litógenoEn la segunda parte de esta tesis, el estudio de las fluctuaciones diarias y estacionales de la composición urinaria reveló importantes variaciones temporales, produciendo picos relevantes de riesgo incrementado de cristalización patológica de oxalato cálcico. En este sentido, la identificación de periodos de riesgo incrementado de litogénesis es de interés en diseño de tratamientos terapéuticos, encaminados a reducir la sobresaturación urinaria o incrementar la capacidad inhibidora de la orina, mediante cambios dietéticos o tratamiento farmacológico en la etapa en que pueden ser más efectivos. En relación con el curso circadiano, se encontraron fluctuaciones significativas en el sistema sobresaturación / promoción / inhibición de la orina, de especial relevancia en algunos parámetros íntimamente relacionados con la litiasis (volumen/h, calcio, oxalato, magnesio y fitato), que conducen a una variación del riesgo litógeno durante 24 horas. Se identificó un periodo de riesgo incrementado para la cristalización de oxalato cálcico durante el periodo de descanso nocturno, indicando, por tanto, que la orina de 24 horas no refleja de manera apropiada las propiedades de cristalización de la orina. Además, la aplicación de herramientas de análisis multivariable (análisis en componentes principales y análisis de conglomerados jerarquizados) a las orinas de 24-horas fraccionadas reveló que las orinas nocturnas pueden ser diferenciadas de la diurnas en función de su litogenicidad, indicando además cierta homogeneidad en la composición urinaria de dichas muestras. Ambos factores, litogenicidad naturalmente incrementada durante la noche y homogeneidad en la composición urinaria, sugieren que las orinas nocturnas pueden representar un espécimen más adecuado para la evaluación del riesgo de cristalización de oxalato cálcico.Con respecto a la fluctuación de la composición estacional de la orina, se encontraron variaciones remarcables que indican un mayor riesgo de cristalización de oxalato cálculo durante el periodo estival, provocado por una disminución de la diuresis, un aumento de la sobresaturación y la ausencia de una capacidad inhibidora incrementada. Estos resultados indican una necesidad de mantener unos niveles de hidratación adecuados durante el verano, así como incrementar la capacidad inhibidora de la orina por cambios dietéticos o tratamiento farmacológico en aquellos pacientes con gran riesgo de recurrencia. Efecto de varias sustancias (y sus mezclas) sobre la cristalización de oxalato cálcicoEn la tercera parte de esta tesis, se estudió el efecto de múltiples sustancias (y sus mezclas) sobre la cristalización de oxalato cálcico. Se utilizó un ensayo de riesgo litógeno para seguir la cristalización de oxalato cálcico en muestras de orina artificial en presencia de diversas sustancias (fitato, pirofosfato, citrato, sulfato de condroitina y algunos metales traza como Zn2+, Fe3+, Cu2+, Sn2+, Pb2+, Al3+, Ni2+, Cd2+ y Mn2+), los cuales fueron ensayados en concentraciones fisiológicas. Algunas sustancias como fitato, pirofosfato, citrato y sulfato de condroitina demostraron su capacidad para reducir la cristalización de oxalato cálcico, tanto en muestras de orina artificial como orina natural litógena. Además se examinó la existencia de interacciones relevantes entre estas sustancias y sus efectos sobre la inhibición de la cristalización de oxalato cálcico, indicando que dichas interacciones entre los inhibidores y los cristales incipientes en orina pueden resultar en efectos sinérgicos, aditivos o negativos sobre la cristalización de oxalato cálcico. Los efectos sinérgicos se producen cuando sustancias con gran afinidad por el calcio (por ejemplo, mezclas de fitato y pirofosfato) son adsorbidos selectivamente sobre los sitios activos de cristalización de oxalato cálcico, distorsionando la superficie cristalina de manera más efectiva que el mero efecto aditivo de los inhibidores individuales. Los efectos negativos tienen lugar cuando una sustancia con gran afinidad por el calcio (fitato) se encuentra en presencia de altas concentraciones de otra sustancia con menor afinidad (citrato), resultando en un desplazamiento efectivo del primero de los sitios activos de cristalización de oxalato cálcico, disminuyendo así la inhibición total por debajo del efecto aditivo esperado. Finalmente, los efectos meramente aditivos parecen tener lugar cuando las sustancias involucradas en el proceso de inhibición tienen afinidades similares por los sitios activos de cristalización de oxalato cálcico y/o están presentes en orina en concentraciones que no exceden considerablemente entre ellas.Como consecuencia de los efectos relatados, puede concluirse que la capacidad inhibidora de la orina no puede ser asignada a la capacidad inhibidora de cada sustancia individual, sino también a las posibles interacciones entre estas sustancias en el medio complejo que constituye la orina, conteniendo cristales incipientes. En este sentido, las posibles abundantes interacciones de estas sustancias con otros componentes de la orina (formación de complejos, precipitación, quimisorción sobre la superficie cristalina, desplazamiento de la superficie cristalina...) pueden determinar la incapacidad de una determinada sustancia para influir sobre el desarrollo de una sal insoluble. Por ejemplo, las interacciones de concentraciones fisiológicas de citrato con el fitato urinario, pueden limitar la alta capacidad inhibidora potencial de éste, con la consiguiente desventaja en la prevención de la cristalización de oxalato cálcico. Por otro lado, se demostró que concentraciones fisiológicas de metales traza en orina no tienen una influencia significativa sobre la cristalización de oxalato cálcico. En este sentido, el catión Fe3+, que es el único metal traza que exhibe una alta capacidad inhibidora en concentraciones fisiológicas, es probablemente incapaz de actuar como inhibidor potente en presencia de concentraciones fisiológicas de citrato, como consecuencia del efecto negativo producido por mezclas de citrato y Fe3+, debido a la formación de complejos estables en solución sin actividad inhibidora. Dado el escaso conocimiento de estas interacciones, podemos afirmar que investigaciones futuras en este campo pueden contribuir a un mejor diseño de los tratamientos profilácticos basados en inhibidores. Evaluación de la orina nocturna como espécimen más apropiado para el estudio de la urolitiasisFinalmente, se llevó a cabo una evaluación preliminar de la eficacia del diagnóstico de alteraciones litógenas por parte de la orina nocturna, utilizada como espécimen urinario alternativo para el estudio de la urolitiasis. En este sentido, el principal objetivo de este trabajo fue obtener un esquema simplificado para un primer diagnóstico simple y exacto de alteraciones litógenas, superando, además, algunas de las limitaciones de los actuales esquemas basados en orinas de 24 horas. Así, las orinas nocturnas permitieron discriminar de manera efectiva los principales factores litógenos de la litiasis oxalocálcica, relacionados principalmente con la deficiencia de la capacidad inhibidora de la orina (bajas concentraciones de fitato, pirofosfato y citrato) para la litiasis de oxalato cálcico monohidrato y elevados valores de pH urinario y calciuria para la litiasis de oxalato cálcico dihidrato. Así, las orinas nocturnas parecen representar un espécimen urinario más apropiado para la evaluación del riesgo litógeno, pudiendo simplificar las investigaciones metabólicas en pacientes litiásicos, dada su fácil implementación en la práctica clínica. Las ventajas de la utilización de este espécimen hacen referencia a la mayor representatividad en relación con el riesgo litógeno y la facilidad de recogida de la muestra urinaria por parte del paciente. En este sentido, la implantación del análisis de la orina nocturna como herramienta de estudio rutinario de la litiasis requiere todavía una serie de estudios complementarios (actualmente en desarrollo), encaminados a establecer los nuevos valores de referencia para los factores litógenos, a extender el estudio a los otros principales tipos de litiasis (fosfatos cálcicos y ácido úrico) y a comparar la capacidad diagnóstica de las orinas nocturnas con el espécimen de orina de 24 horas. Las diferentes contribuciones de esta tesis pueden contribuir a un mejor conocimiento de la etiología litiásica y a un mayor eficacia del diagnostico de las alteraciones litógenas. Ambos factores pueden permitir aumentar la eficacia de la evaluación y seguimiento de la urolitiasis, con el objetivo final de reducir las tasas de recurrencia por adopción de las medidas preventivas más adecuadas. / Urolithiasis is a common disease, which will affect 12% of the European Union population along their life, characterized by high prevalence and incidence, high morbidity and high rates of recurrence. Nowadays, multifactorial origin is accepted for the lithogenic process: the main phenomena is the supersaturation of several compounds in urine that might crystallise forming solid concretions, influenced by the scarcity of crystallization inhibitors, the presence of crystallization promoters and morphoanatomic factors of the urinary tract. The recurrence rate during five years lies between 44-75%, independently that the lithiasic episode is being solved spontaneously or by urologic intervention. This fact is due to the persistence of the urinary alteration which causes the renal stone formation. Such alterations are susceptible to be diagnosed by calculi and urine characterization and treated by dietetic modifications, pharmacological treatment or both, decreasing the aggressiveness of the disease and, consequently, the number of recurrences.At the moment, main efforts in the urolithiasis field should be addressed to reduce incidence and recurrence rates, especially if we consider the lower costs associated to prophylactic treatments and prevention of this disease against to those of calculi extraction. In this sense, better understanding of lithiasic etiology and better efficacy in the diagnosis of lithogenic alterations are required to increase efficacy in the prevention of urolithiasis. Under this context, the main objectives of the present thesis include the development of efficient analytical methodologies for urolithiasis markers, the characterization of diary and stational fluctuations in urinary composition regarding lithogenic risk and the effect of various chemical substances (and its mixtures) on calcium oxalate crystallization. Development of simple analytical methodologies for urolithiasis markersAccurate evaluation of urinary abnormalities in lithiasic patients is known to have vital importance in the reliable diagnosis and treatment of urolithiasis. Thus, the development of more efficient analytical methodologies for urolithiasis markers is crucial for the accurate characterization of urolithiasis, especially if we consider the well-known drawbacks of some existing analytical methods. Moreover, some urinary parameters (i.e. phytic acid and pyrophosphate) are not routinely analysed probably because of the scarcity of efficient methodologies for their determination, despite its knowledge is most valuable for diagnostic and treatment purposes. In this sense, a need for efficient analytical methodologies offering relevant information for urolithiasis management was identified.Research in this field has been focused on 6 urolithiasis markers: oxalate, citrate, uric acid, creatinine, phytic acid and pyrophosphate. Main drawbacks associated to existing methodologies for these analytes include individual determination, large and tedious sample treatment (often requiring dilution, filtration, centrifugation, pH adjusting, incubation, purification, hydrolysis, derivatization.) with consequent large times of analysis, lack of specificity or the need of especial component (enzymes) which could be rather expensive in some cases (oxalate). The development of more efficient, multicomponent and, thus, faster analytical methodologies involved a method for analysis of urinary metabolites (oxalate, citrate, creatinine and uric acid) by capillary zone electrophoresis and a method for the determination of phytic acid and pyrophosphate in urine by inductively coupled plasma mass spectrometry. Validation parameters were evaluated in both cases, indicating appropriate lineal ranges and limits of detection, lack of interferences and good accuracy and precision, thus, demonstrating their applicability. Main advantages of these methods (ease of sample treatment, low requirements of reagents and sample amounts, multicomponent analysis capabilities, short times of analysis and high sample throughput, adequate accuracy and precision.) make feasible its implementation in clinical laboratories for a better diagnosis of urolithiasis illness, being the main associated drawback the limited (but increasing) availability of the required instrumentation.Characterization of diary and stational fluctuations in lithogenic riskIn the second part of this thesis, the study of the diary and stational fluctuations of urinary composition revealed important temporal variations producing relevant peaks of increased risk for the pathologic crystallization of calcium oxalate. In this sense, the identification of periods with increased risk of lithogenesis is of interest in the therapeutic treatment design, by trying to reduce the supersaturation of urine or to increase the inhibitory capacity of given urine by dietary changes of pharmacological treatment at a stage when they could be more effective.With respect to circadian course, relevant fluctuations in the supersaturation / promotion / inhibition system for crystallization in urine, related with some of the urolithiasis-related measured urinary parameters (volume/h, calcium, oxalate, magnesium, phytic acid) were found, leading to a variation on the lithogenic risk during 24 hours. An increased risk period for calcium oxalate crystallization was identified at the nocturnal rest period, thus indicating that 24-hour urines do not reflect properly the crystallization properties of urine. Moreover, application of multivariate statistical analysis (PCA and HCA) to fractionated 24-h urines revealed that nocturnal urines can be differentiated from the diurnal ones by their lithogenecity, also indicating some homogeneity in urinary composition of such samples. Both facts, lithogenecity naturally increased at night and homogeneity in urinary composition, suggested that analysis of nocturnal urines can represent an objective for more appropriate evaluation of calcium oxalate lithogenic risk. With respect to stational fluctuation in urinary composition, remarkable variations were found indicating an increased risk of calcium oxalate crystallization in the summer period, provoked by both a decrease in diuresis with an associated increased supersaturation and a non-increased inhibitory capacity. These results indicate the need for both maintaining adequate hidratation levels during the summer and increasing the inhibitory activity of urine by dietary changes or pharmacological treatment in those patients with higher risks of recurrence.Effect of various substances (and its mixtures) on calcium oxalate crystallizationIn the third part of this thesis, the effect of several substances (and its mixtures) on calcium oxalate crystallization were studied. A test of urinary lithogenic risk was used to follow the crystallization of calcium oxalate from artificial urine in presence of several substances (phytate, pyrophosphate, citrate, chondroitin sulphate and some trace metals including Zn2+, Fe3+, Cu2+, Sn2+, Pb2+, Al3+, Ni2+, Cd2+ y Mn2+), which were assayed in physiological concentrations. Several substances such as phytate, pyrophosphate, citrate and, chondroitin sulphate were proved to significantly decrease the calcium oxalate crystallization, both in artificial and natural lithogenic urines. However, the existence of relevant interactions between these substances and their effect on modulating the inhibition capacity of calcium oxalate crystallization were also examined, indicating interactions between different urinary inhibitors of calcium oxalate crystallization and incipient crystals in urine can result either in synergic, additive or negative effects on the overall inhibition of insoluble urinary salts. Synergistic effects occur when substances with high affinity for calcium (i.e. phytate + pyrophosphate mixtures) are selectively adsorbed on actives sites of calcium oxalate crystallization, disturbing the crystal surface more effectively than the mere additive effect of the individual inhibitors. Negative effects take place when a substance with high affinity for calcium (i.e. phytate) is in presence of high amounts of another substance with lower affinity (i.e. citrate), resulting in a effective displacement of the former from actives sites of calcium oxalate crystallization, thus decreasing the overall inhibition below the expected additive effect. Finally, merely additive effects seem to occur when the substances involved in the inhibition have similar affinities for actives sites of calcium oxalate crystallization and/or they are present in urine in concentrations that do not exceed considerably from each other. As a consequence of the related effects, it can be concluded that the crystallization inhibitory capacity of urine could not be assigned to the inhibitory capacity of each individual substance but also to the possible interactions between these substances in the complex media of urine containing incipient crystals. In this sense, the abundant likely interactions of this compound with other components of urine (complex formation, precipitation, chemisorption on crystal surface, displacement from crystal surface.) can determine the inability of a given substance to disturb the development of a specific insoluble salt. For example, the interactions of physiological concentrations of citrate with urinary phytate, can limit the high inhibitory potential of phytate, with the consequent disadvantage in prevention of calcium oxalate crystallization. On the other hand, physiological concentrations of trace metals in urine do not have a significant influence on calcium oxalate crystallization. In this sense, Fe3+, which is the unique trace metal that exhibit an intrinsic high inhibitory capacity of calcium oxalate crystallization at physiological concentrations, even increased by concomitant presence of phytate and pyrophosphate, is probably unable to act as a powerful inhibitor in presence of physiological concentrations of citrate, as a consequence of the negative effect produced for citrate and Fe3+ mixtures, due to the formation of highly stable complexes in solution without inhibitory activity.Because of the scarce knowledge of such interactions, further investigation in this concern will contribute to best assessment on designing prophylactic treatments with inhibitors. Evaluation of nocturnal urine as most appropriate urinary specimen for study of urolithiasisFinally, efficacy in the diagnosis of lithogenic alterations by the use of nocturnal urines as reference urinary specimen for study of urolithiasis was preliminary evaluated. In this sense, the main objective was to obtain a simplified scheme for a first simple and accurate diagnostic of urinary lithogenic alterations, also overcoming the known limitations of current schemes based on 24-hours urines. Nocturnal urines were able to effectively discriminate the main lithogenic factors of oxalocalcic lithiasis, mainly related to deficient inhibitory capacity (phytic acid, pyrophosphate and citrate concentrations) for calcium oxalate monohydrate and high urinary pH and high calciuria for calcium oxalate dihydrate. Thus, nocturnal urines can represent an objective for more appropriate evaluation of calcium oxalate lithogenic risk, that can be useful and suitable in diagnosing and monitoring of preventive therapy. This analysis, against the 24-hours urinalysis, can also simplify the necessary metabolic investigations in patients, being easy its implementation in clinical practice, with relevant advantages related to greater representativity with respect to lithogenic risk and easy of sample collection by the patient. In this sense, further study (now under development) is required before implementation of nocturnal urines for urolithiasis evaluation in order to establish new reference values for lithogenic risk assessment based on nocturnal urines, to extend the study to the other main kinds of lithiasis (phosphate and uric acid) and to compare the diagnostic power of nocturnal urines with respect to 24-hours specimens. The different contributions of this thesis could deserve for a better understanding of lithiasic etiology and better efficacy in the diagnosis of lithogenic alterations, both required to increase efficacy in the evaluation and monitorization of urolithiasis and to decrease incidence and recurrence rates by adoption of preventive measures.

El trabajo realizado para la tesis se ha centrado en el desarrollo y el estudio de multi-sensores químicos basados en silicio para aplicaciones biomédicas. Dicho trabajo se divide en tres partes:En la primera parte se han fabricado sensores de silicio basados en transistores de efecto de campo sensibles a iones (ISFET). El dispositivo tiene forma de aguja e incluye dos sensores ISFETs, un pseudo-electrodo de referencia de platino y un sensor de temperatura basado en una resistencia de platino. Los ISFETs se han caracterizado eléctricamente como transistores MOSFET y químicamente como sensores de pH, con resultados satisfactorios, lo que ha demostrado la viabilidad de las tecnologías de fabricación.Se han desarrollado MEMFETs selectivos al ión potasio depositando sobre el ISFET una membrana polimérica de PVC que contiene la valinomicina como ionóforo. Los sensores mostraron una respuesta de 50 mV/década aproximadamente, en un rango de actividad del ión K+ que va desde 10-4 M hasta 10-1 M.Debido a su gran volumen, el electrodo de referencia estándar no es práctico para trabajar con ISFETs. Por ello se ha estudiado la realización de medidas diferenciales utilizando además del MEMFET de potasio, un ISFET de referencia (REFET) y el pseudo electrodo de platino integrado en el dispositivo permitiendo así la substitución del electrodo de referencia. El REFET se ha fabricado depositando una membrana polimérica de PVC inerte. Para mejorar la adherencia de la membrana a la superficie del REFET se ha realizado un proceso de silanización de la superficie, consistente en modificar químicamente la superficie del dieléctrico, de modo que se crean enlaces mediante los cuales la membrana queda bien adherida al dispositivo.Se ha caracterizado también el sensor de temperatura basado en una resistencia de platino integrado en la aguja. Los resultados obtenidos son muy lineales y repetitivos, con un valor del coeficiente de temperatura de la resistencia TRC de 2687&#61617;3 ppm/C.En la segunda parte de la tesis, se han desarrollado microelectrodos de estado sólido sensibles al ión hidrógeno en forma de aguja de silicio, basados en membranas poliméricas, utilizando como ionóforos el Chromoionoforo I (ETH 5294) y el Tri-n-dodecilamino (TDDA). Se ha depositado sobre los microelectrodos de platino un nuevo material polimérico conductor; el polipirrol dopado con el anión cobaltabisdicarballuro [3,3'-Co(1,2-C2B9H11)2]- mediante la técnica de electropolimerización. Este polímero actúa como capa intermedia entre el platino y la membrana. El empleo de esta etapa intermedia aumenta considerablemente la adherencia de la membrana PVC sobre la superficie del transductor y por tanto el tiempo de vida.Las características de respuesta de los microelectrodos son muy satisfactorias. Los dispositivos presentan una sensibilidad nernstiana en un rango de respuesta amplio (pH 3.5-11.0). Los coeficientes de selectividad potenciometricos obtenidos ponen de manifiesto la buena selectividad de los microelectrodos al ión hidrógeno en presencia de iones como potasio, sodio y litio.La ultima parte de este trabajo ha sido dirigida a la búsqueda de soluciones a dificultades que han sido encontradas en la utilización química de los MEMFETs sensibles al ión K+. En este sentido, se ha estudiado la modificación del óxido de silicio utilizado en la puerta del ISFET con el fin de variar su selectividad a iones específicos. Para ello se han fabricado estructuras capacitivas sensibles al ión potasio utilizando membranas inorgánicas basadas en la técnica de implantación iónica del ión aluminio y potasio en el oxido de silicio. Las estructuras han sido caracterizadas mediante la técnica capacidad-tensión (C-V) a alta frecuencia. Las características de respuesta obtenidas tanto en cuanto a sensibilidad como a selectividad han sido aceptables y comparables con las halladas en la bibliografía. / The thesis work has been focused on the development and the study of chemical multi-sensors based on silicon for biomedical applications. The work is divided in three parts:In the first part we fabricated sensors based on ion-sensitive field-effect transistors (ISFET). The device has the form of a needle and includes two ISFET sensors, a platinum pseudo-reference electrode and a temperature sensor based on a platinum resistor. The ISFETs have been characterised both electrically as MOSFET transistors and chemically as pH sensors with good results, thus demonstrating the viability of the fabrication technologies.Potassium selective MEMFET devices have been obtained by solvent-casting a poly(vinyl chloride) (PVC) plasticized potassium-sensitive membrane, containing valinomycin as ionophore, on the insulator gate. Linear responses have been obtained in a range of K+ activity between 10-4 M and 10-1 M approximately, with an almost Nerntsian sensitivity (50 ± 2 mV per decade).To make useful measurements with ISFETs in their final application, the use of conventional reference electrodes, which are big and fragile, should be avoided. This can be done if a differential setup is used, with two ISFETs that show different sensitivities to the measuring ion. In that case, a metallic quasi-reference electrode can be used. The electrical potential at the electrode-electrolyte interface is unstable, but it is measured by the differential ISFET pair as a common mode voltage and is eliminated. For the differential measurement one of the ISFETs has to be made insensitive to the measuring ion (reference-ISFET or REFET). In this work we used the platinum pseudo electrode integrated in the device. The REFET has been fabricated by depositing a polymeric PVC inert membrane. To improve the adherence of the membrane to the surface of the REFET, a surface functionalization process has been realized.The temperature sensor based on a platinum resistance integrated in the needle has been also characterized. The response of the resistance with the temperature is highly linear and repetitive with a resistance temperature coefficient of 2687&#61617;3 ppm/C.In the second part of the work, we have developed hydrogen selective solid state microelectrodes based on silicon needle. The microelectrodes are based on an hydrogen selective PVC membrane containing either Chromoionophore I (ETH 5294) or Tri-n-dodecylamine (TDDA) ionophores. A novel electrodeposited conductive polymer, Polypyrrole (PPy) doped with Cobaltabis(dicarbollide) ions ([3.3-Co(1.2C2B9H11)2]), has been used as a solid internal contact layer between the solid surface (Pt) and the polymeric sensitive membrane. The presence of this polypyrrole layer greatly increases the stability of the microelectrodes.The potenciometric response characteristics of the microelectrodes are very satisfactory. The devices exhibited excellent selectivity to Hydrogen against common interfering cations, as potassium, sodium and lithium, in background solutions. The pH response shows also a good linearity in a wide pH range (3.5-11.0), with Nernstian slopes.The last part of this work has been directed to the research of solutions to the difficulties that have been found in the chemical utilization of the potassium sensitive MEMFETs. We have studied the modification of the silicon dioxide on the ISFET gate to change its selectivity to specific ions. In this way we have obtained potassium-sensitive capacitive structures by ion implantation of K+ and Al+ ions into silicon dioxide on silicon with low energy in order to reduce the damage to the substrate during the process of implantation. As this method is compatible with the standard CMOS process, these results can be considered as promising for its application to the production of ISFET devices sensitive to potassium. The structures have been characterized by means of the capacity-tension (C-V) method at high frequency. The characteristics of response obtained (sensibility and selectivity) have been acceptable and comparable with those found in the bibliography.

Los Esquemas de Extracción Secuencial, comúnmente denominados SES, han sido ampliamente utilizados para proporcionar información acerca de la disponibilidad, movilidad o persistencia de los metales pesados (HMs) derivados de diferentes fuentes de contaminación. En términos de asesoramiento de riesgos, la movilidad y disponibilidad asociada de los HMs, es de especial relevancia, dado que la toxicidad se encuentra directamente relacionada con estas características. De hecho, se conoce que el contenido pseudototal de HMs utilizado como un indicador en las políticas medioambientales actuales de la U.E., no proporciona una información correcta acerca de las cantidades disponibles de HMs y sólo representan la peor situación posible, sobreestimando el riesgo actual de una contaminación e ignorando el riesgo bajo ciertas situaciones. Consecuentemente, existe la necesidad de desarrollar una metodología capaz de proporcionar información acerca de la reactividad o movilidad de los contaminantes. En este sentido, los SES se convierten en una herramienta evaluadora e informativa de uso corriente, la cual proporcionará detalles acerca de la distribución o fraccionación de los HMs contaminantes presentes en suelos y sedimentos, lo cual se relaciona directamente con la predicción de su movilidad.Considerando la contaminación por HMs estudiada a lo largo de la presente tesis, los SES se han utilizado para la consecución de dos objetivos. El primero de ellos, busca proporcionar un valor añadido a la caracterización de la contaminación antropogénica mediante la aplicación de los SES, mientras el segundo, se centra en la elucidación de limitaciones de los SES, tales como la readsorción, la redistribución o la laboriosidad de estos, considerando siempre la aplicación sobre diferentes CRMs.Una vez validada la metodología, se desarrollan nuevas aplicaciones a partir de la integración del análisis estadístico multivariable, la geostadística y los datos de la fraccionación aplicados al estudio de un antiguo asentamiento minero. Los resultados obtenidos, revelan un incremento generalizado de la contaminación a lo largo del emplazamiento lo que favorece la movilidad y disponibilidad de los elementos estudiados. Por otra parte, la aplicación de la geoestadística, ha proporcionado la obtención de mapas de distribución espacial horizontal de los contaminantes basados en la movilidad, disponibilidad o persistencia de éstos, identificando la existencia de focos de contaminación y áreas potencialmente peligrosas, reduciendo el área de muestreo y los costes económicos de la monitorización ambiental cuando se requiere una evaluación de impacto ambiental.La aplicación de los SES a la caracterización del impacto ambiental derivado de sedimentos depositados en autopista, muestra una contaminación antropogénicamente favorecida de Cd, Cu, Pb y Zn, mientras que elementos como Cr y Ni muestran una contribución principalmente litogénica. Esta contaminación antropogénica, se ha caracterizado utilizando diferentes parámetros, principalmente los datos de la fraccionación, los valores medioambientales guía, los factores de enriquecimiento y los porcentajes de labilidad. Estos parámetros corrigen factores tales como la variabilidad geoquímica, la cual puede afectar a la estimación del potencial impacto medioambiental derivado de la contaminación por metales. Finalmente se han considerado los fenómenos de readsorción y redistribución, unas de las principales desventajas de la aplicación de los SES. Los resultados obtenidos indican que cuando se utiliza una colección de diferentes matrices geológicas, factores tales como el contenido de carbonatos, óxidos de hierro o manganeso o materia orgánica, resultan los principales contribuidores a los procesos de readsorción observados. Sin embargo, la readsorción y la redistribución, pueden ser considerados como un fenómeno natural, por lo que la subestimación de la disponibilidad o movilidad de los contaminantes no se convierte en un problema real. De este modo, la aplicación de los SES sobre un amplio espectro de matrices geológicas se convierte en una necesidad real para describir y documentar condiciones que puedan favorecer la readsorción y redistribución. / Sequential Extraction Schemes, commonly named SES, have been widely applied in order to provide information on heavy metals (HMs) availability, mobility or persistence on different pollution sources. For risk assessment purposes, the HMs mobility and their related availability are of a major importance since toxicity is directly related to such features. Moreover, as it is well known, pseudototal HMs content, used as indicator by actual environmental policies along E.U., does not provide a correct information on available amounts of HMs and it will only represent the worst possible situation overestimating the actual hazard and ignoring the risk under specific situations. Consequently, there is a need for a methodology able to provide information about reactivity or mobility of pollutants. In this sense, sequential extraction schemes (SES), became a common evaluative and informative tool by providing details on the distribution or partitioning of HMs in soils and sediments, what it is directly related to the prediction of their mobility. Considering the heavy metal pollution studied along the present thesis, SES have been used with two different objectives: i) to provide an additional value to the characterization of anthropogenic pollution by SES application, and ii) elucidation of the SES drawbacks, such as readsorption, redistribution, and time consuming by SES application to different CRMs. Once the methodology was validated, novel applications of SES fractionation data, by integrating statistical analysis and geostatistics with SES fractionation data, have been applied to the study of an old mining site. The obtained results reveal a general increase of metal pollution through the site that enhances mobility and availability of the studied HMs. By other side, the application of geostatistics to the mine area has provided HMs spatial horizontal distribution maps based on heavy metals mobility, availability or persistence, that allow identifying hot spots and potential hazardous areas, reducing the sampling area and the economical costs of initial monitoring when environmental impact assessment is needed.Regarding SES application and environmental impact characterization of pollutant roadside sediments, the obtained results show an enhanced anthropogenic contribution of Cd, Cu, Pb and Zn, while other metals such as Cr and Ni demonstrate a more likely lithogenic contribution. This anthropogenic contamination has been characterized using different parameters, mainly fractionation data, environmental guideline values, concentration enrichment ratios and lability percentages. This parameters correct factors such as geochemical variability, which would affect the estimation of a potential environmental impact due to the HMs pollution. Finally readsorption and redistribution phenomena, considered as one of the most important limiting factors of SES application have been studied. The obtained results indicated that when using a collection of geological matrices different factors such as, carbonates, Fe and Mn oxides and organic matter content were considered as main contributors to the observed readsorptions. However, readsorption and redistribution can be considered as natural phenomena, being the availability and mobility underestimation not a real problem and the application of SES over a wide spectrum of geological matrices become a real need in order to describe and document conditions that could favour readsorption.

Actualment, és necessari disposar d'informació útil i en temps real per al desenvolupament sostenible en diversos camps. La monitorització és una eina eficaç per a la caracterització de processos industrials i mediambientals, i comprèn un conjunt de tasques aplicades amb la finalitat d'obtenir informació qualitativa i quantitativa de paràmetres indicadors d'un procés. Les tendències actuals en la monitorització són utilitzar tècniques analítiques i/o sistemes de transducció que subministrin informació ràpida, fiable i representativa sobre l'estat real del procés. Per això, cal apropar la instrumentació al procés i minimitzar la intervenció humana. Així doncs, els dispositius de mesura utilitzats han d'oferir selectivitat suficient, sensibilitat adequada, temps de resposta ràpid i llargs períodes operatius sense supervisió.El disseny d'analitzadors de procés basats en metodologies de flux continu i sensors electroquímics (potenciomètrics) com a detectors permetrien resoldre molts dels problemes existents derivats del mesurament directe en un procés complex i subministrarien informació de tipus químic en temps real. Aquests equips conjugarien les avantatges derivades de la integració del procediment analític que aporten els sensors químics potenciomètrics amb la simplificació en termes d'automatització, pretractament de mostra i funcionament autònom que aporten les metodologies de flux continu.La tesi presentada s'emmarca dintre de diferents projectes de desenvolupament i transferència tecnològica i estableix les bases d'aplicabilitat dels sensors químics potenciomètrics en termes de fiabilitat de la informació obtinguda i robustesa en llargs períodes de monitorització.Els resultats presentats han permès la monitorització d'un procés industrial de preparació d'isocianurat sòdic desenvolupant un sistema en flux que incorpora un ESI (elèctrode selectiu d'ions) de membrana amb portador mòbil carregat selectiu a monohidrogenisocianurat. D'altra banda, s'ha desenvolupat un analitzador automàtic de nitrat basat en la tècnica d'anàlisi per injecció en flux continu (FIA) i un dispositiu sensor selectiu a ió nitrat per a la determinació d'aquest paràmetre en l'etapa de nitrificació d'una planta pilot de tractament d'aigües residuals industrials. Per al mateix procés, s'ha desenvolupat un analitzador per a la monitorització de nitrit basat en una detecció colorimètrica de la reacció de Griess-Ilosvay. L'automatització del procediment s'ha dut a terme amb la tècnica FIA i integra una etapa de difusió gasosa per eliminar els problemes derivats de la mesura colorimètrica directa. Finalment, s'ha desenvolupat un sistema semiautomàtic d'anàlisi de fangs residuals per a la determinació indirecta de sulfur d'hidrogen. Aquest sistema integra una cel·la de pervaporació com a sistema d'extracció d'analits volàtils. Desprès de l'etapa de pervaporació, la determinació de l'ió sulfur es duu a terme de forma contínua mitjançant un elèctrode selectiu d'ions. / Nowadays, it is necessary to have useful information at real time for a sustainable development in different areas. Monitoring is a powerful tool for the industrial and environmental processes characterization and includes a set of tasks focused on the obtaining of qualitative and quantitative information of key process parameters. Monitoring approaches tend to use analytical techniques and/or transduction systems to afford feasible and real-time information about the process status. Therefore, it is necessary to situate the analysers in process stream and to minimize human intervention. Consequently, these devices have to provide enough selectivity, suitable sensitivity, short response time and to operate reliably over long periods of time without supervision.The process analysers based on flow continuous techniques and electrochemical sensors (potentiometric transduction) as detectors avoid most of the existing problems due to the direct measurements in complex processes and the obtaining of chemical information at real time. This instrumentation combines the advantage of the analytical procedure integration provided by chemical sensors and the simplicity in terms of automation, sample pre-treatment and unattended operation offered by continuous flow methodologies. The thesis presented is enclosed in different development and technological transfer projects and it establishes the applicability of potentiometric chemical sensors in terms of information reliability and robustness in long monitoring time.The results presented have allowed the monitoring of isocyanurate sodium manufacturing process by developing a flow continuous method which integrates an ISE (ion selective electrode) based on ion-exchanged carrier selective to monohidrogenisocyanurate. On the other hand, it has been developed an automatic analyser based on the flow injection analysis technique (FIA) and a chemical sensor selective to nitrate for the determination of this parameter in a nitrification stage from a pilot Waste Water Treatment Plant. For the same process, an automatic analyser for the nitrite monitoring based on the Griess-Ilosvay colorimetric reaction has been set up. The automation of the procedure has been carried out by FIA and it integrates a gas diffusion step to eliminate the problems due to the direct colorimetric method. Finally, it has been developed a semiautomatic analysis system for the indirect determination of hydrogen sulphide in sludge. This system integrates a pervaporation module to remove volatile analytes. After pervaporation, the detection of sulfide ion has been carried out continuously by means of an ion selective electrode.