Els models de calibratge multivariant relacionen respostes instrumentals (per exemple, espectres) d'un conjunt de mostres de calibratge amb quantitats de variables físiques o químiques tals com concentració d'analit, o índexs (per exemple, el nombre d'octà en gasolines). Aquesta relació es fa servir per predir aquestes quantitats a partir de les respostes instrumentals de noves mostres desconegudes, mesurades de la mateixa manera. La predicció emprant models de calibratge multivariants està esdevenint un pas comú en els procediments analítics. Per tant, l'habilitat del model de donar prediccions precises i no esbiaixades té una influència decisiva en la qualitat del resultat analític. És important que les mostres de calibratge i els sensors es triïn adequadament de manera que els models pugin representar adequadament el fenomen en estudi i assegurar la qualitat de les prediccions. En aquesta tesi s'ha estudiat la selecció de mostres de calibratge d'un a llista de mostres candidates en regressió sobre components principals (PCR) i la selecció de longituds d'ona en el model de mínims quadrats clàssics (CLS). El fonament l'ha donat la teoria del disseny estadístic d'experiments. En PCR, el nombre mínim de mostres de calibratge es tria emprant les respostes instrumentals de les mostres candidates. La concentració d'analit només cal determinar-la en les mostres seleccionades. S'han proposat diferents usos del criteri d'optimalitat D.En CLS, s'han interpretat diferents criteris per la selecció de longituds d'ona des del punt de vista de l'el·lipsoide de confiança de les concentracions predites. Els criteris també s'han revisat de manera crítica d'acord amb el seu efecte en la precisió, exactitud i veracitat (que s'han revisat d'acord amb les definicions ISO). Basat en la teoria del disseny d'experiments, s'han donat les regles per a la selecció de sensors. A demés, s'ha proposat un nou mètode per a detectar i reduir el biaix en les prediccions de noves mostres predites mitjançant CLS. Conclusions1. Criteris d'optimalitat del disseny d'experiment en MLR s'han aplicat per triar longituds d'ona de calibratge en CLS i el nombre mínim de mostres de calibratge en MLR i PCR a partir de les respostes instrumentals o scores de components principals d'una llista de candidats. Aquests criteris són un alternativa a (i/o complementen) el criteri subjectiu de l'experimentador. Els models construïts amb els punts triats per aquests criteris tenen una menor variància dels coeficients o concentracions i una millor habilitat de predicció que els models construïts amb mostres triades aleatòriament.2. El criteri D s'ha emprat amb èxit per triar mostres de calibratge en PCR i MLR, per triar un grup reduït de mostres per a comprovar la validesa de models de PCR abans d'estandarditzar-los i per triar longituds d'ona en CLS a partir de la matriu de sensibilitats. Les mostres de calibratge que són D òptimes generalment donen models de PCR i MLR amb una millor habilitat de predicció que quan les mostres de calibratge es trien aleatòriament o emprant l'algorisme de Kennard-Stone 3. Cal emprar algorismes d'optimització per trobar, els subconjunts de I punts òptims entre una llista de N candidats. En aquest treball es van emprar els algorismes de Fedorov, de Kennard-Stone i algorismes genètics.4. L'el·lipsoide de confiança de les concentracions estimades i la teoria del disseny d'experiments proporcionen el marc per interpretar l'efecte dels sensors triats amb aquests criteris en els resultats de predicció del model i per definir noves regles per triar longituds d'ona. 5. L'eficàcia dels criteris de selecció en CLS basats en la matriu de calibratge necessiten que no hi hagi biaix en la resposta dels sensors triats. La qualitat de les dades s'ha de comprovar abans de que s'empri el mètode de selecció de longituds d'ona. 6. La senyal analítica neta (NAS) és important pera comprendre el procés de quantificació en CLS i la propagació dels errors a les concentracions predites. S'han emprat diagnòstics tals com la sensibilitat, selectivitat i el gràfic de regressió del senyal analític net (NASRP), que es basen en el NAS d'un analit particular. S'ha vist que la norma del NAS està relacionada amb l'error de predicció. 7. El NASRP és una eina per a detectar gràficament si la resposta mesurada de la mostra desconeguda segueix el model calculat. La concentració estimada és el pendent de la recta ajustada als punts de gràfic. plot. Els sensors amb biaix es poden detectar i els sensors que segueixen el model es poden triar emprant la funció indicador d'Error i un mètode de finestres mòbils. / Multivariate calibration models relate instrumental responses (e.g. spectra) of a set of calibration samples to the quantities of chemical or physical variables such as analyte concentrations, or indexes (e.g. octane number in fuels). This relationship is used to predict these quantities from the instrumental response data of new unknown samples measured in the same manner. Prediction using multivariate calibration models is becoming one common step in the analytical procedure. Therefore, the ability of the model to give precise and unbiased predictions has a decisive influence on the quality of the analytical result. It is important that the calibration samples and sensors be carefully selected so that the models can properly represent the phenomenon under study and assure the quality of the predictions.We have studied the selection of calibration samples from the list of all the available samples in principal component regression (PCR) and the selection of wavelengths in classical least squares (CLS). The underlying basis has been given by experimental design theory. In PCR, the minimum number of calibration samples are selected using the instrumental responses of the candidate samples. The analyte concentration is only determined in the selected samples. Different uses of the D-criterion have also been proposed.In CLS, different criteria for wavelength selection have been interpreted from the point of view of the experimental design using the confidence hyperellipsoid of the predicted concentrations. The criteria have also been critically reviewed according to their effect on precision, accuracy and trueness (which are revised following ISO definitions). Based on the experimental design theory, new guidelines for sensor selection have been given. Moreover, a new method for detecting and reducing bias in unknown samples to be analyzed using CLS.Conclusions1. Optimality criteria derived from experimental design in MLR have been applied to select calibration wavelengths in CLS and the minimum number of calibration samples in MLR and PCR from the instrumental responses or principal component scores of a list of candidates. These criteria are an alternative (and/or a complement) to the experimenter's subjective criterion. The models built with the points selected with the proposed criteria had a smaller variance of the coefficients or concentrations and better predictive ability than the models built with the samples selected randomly 2. The D-criterion has been successfully used for selecting calibration samples in PCR and MLR, for selecting a reduced set of samples to assess the validity of PCR models before standardization and for selecting wavelengths in CLS from the matrix of sensitivities. D optimal calibration samples generally give PCR and MLR models with a better predictive ability than calibration samples selected randomly or using the Kennard-Stone algorithm. 3. Optimization algorithms are needed to find the optimal subsets of I points from a list of N candidates. Fedorov's algorithm, Kennard-Stone algorithm and Genetic Algorithms were studied here. 4. The confidence ellipsoid of the estimated concentrations and the experimental design theory provide the framework for interpreting the effect of the sensors selected with these criteria on the prediction results of the model and for deriving new guidelines for wavelength selection. 5. The efficacy of the selection criteria in CLS based on the calibration matrix requires there to be no bias in the response at the selected sensors. The quality of the data must be checked before a wavelength selection method is used. 6. The net analyte signal (NAS) is important to understand the quantification process in CLS and the propagation of errors to the predicted concentrations. Diagnostics such as sensitivity, selectivity and net analyte signal regression plots (NASRP) which are based on the NAS for each particular analyte have been used. The norm of the NAS has been found to be related to the prediction error . 7. The NASRP is a tool for graphically detecting whether the measured response of the unknown sample follows the calculated model. The estimated concentration is the slope of the straight line fitted to the points in this plot. The sensors with bias can be detected and the sensors that best follow the model can be selected using the Error Indicator function and a moving window method.

En la presente Tesis Doctoral se han desarrollado diferentes métodos analíticos para la determinación de pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) en aguas medioambientales. El término PPCPs engloba todos los fármacos, drogas de abuso, hormonas y los excipientes activos incluidos en productos de uso personal, así como los metabolitos, conjugados y sub-productos de transformación. Los métodos desarrollados han estado basados en extracción en fase sólida o extracción con barras magnéticas agitadoras seguidos de la cromatografía líquida acoplada a la espectrometría de masas o de masas en tándem. Debido a los bajos límites de detección alcanzados, estos métodos se pudieron aplicar a la monitorización de estos compuestos en diferentes plantas depuradoras del área de Tarragona, donde la información al respeto era inexistente. Debido a que el principal destino de las aguas residuales son los ríos, se analizaron aguas del Ter, Llobregat y Ebro. Para completar el estudio, la presencia de PPCPs fue determinada en aguas de consumo. / In the framework of the present Doctoral Thesis different analytical methods have been developed to determine pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) in environmental waters. The term PPCPs cover all the pharmaceuticals, drugs of abuse, hormones, the active compounds included in personal care products, and also metabolites, conjugates and transformation sub-products. The developed methods were based on solid-phase extraction and stir bar sorptive extraction followed by liquid chromatography coupled to mass spectrometry and tandem mass spectrometry. Achieving the low limits of detection, these methods could be applied to the monitoring of these compounds in different sewage treatment plants from Tarragona Region, where not data were available. The PPCPs resulting in the effluent sewage waters can achieve rivers. Therefore, waters from three rivers: Ter, Llobregat and Ebro were analyzed. To complete the study, also drinking water was analyzed to determine PPCPs.

La presente tesis esta focalizada en el desarrollo de métodos analíticos para determinar la adulteración de especias culinarias con colorantes Sudan I, II, III y IV. Estos colorantes están prohibidos como aditivos para uso alimentario por la legislación europea ya que son carcinógenos. Las metodologías analíticas desarrolladas están basadas en el uso de técnicas espectroscópicas como UV-visible, Resonancia Magnética de protón y Raman junto con tratamiento multivariante de los datos obtenidos. En relación al análisis multivariante, como principal objetivo se planteó el establecimiento de modelos de clasificación y posteriormente se utilizaron diversas herramientas quimiométricas con el objetivo de mejorar los resultados de clasificación: análisis exploratorio de datos, métodos de selección de variables y procesamiento de espectros, estrategias de fusión de datos y métodos de transferencia (estandarización). / This thesis is focused at developing multivariate analytical screening methodologies for determining the adulteration of culinary spices with Sudan I, II, III and IV dyes. Such dyes are prohibited to be used as additive in foods according to the European legislation because they are Class 3 carcinogens. The proposed methodologies are based on the use of spectroscopic techniques such as UV-Visible, 1H-NMR and Raman along with multivariate data treatment. The applied chemometric tools include the establishment and application of supervised classification techniques combined with exploratory data analysis, data processing and variable selection techniques to extract the maximum possible information from the spectral data. Otherwise some strategies to improve the classification have been evaluated such as data fusion strategies and multivariate transfer (standardization) methods.

El objetivo principal de la Tesis ha sido profundizar en el conocimiento de la complejación de metales por ligandos de S y Se. Se ha dedicado una atención especial a las fitoquelatinas (PCn), que son la base de la fitorremediación, por su capacidad de complejar los metales pesados. Se ha intentado conocer los complejos formados, mediante experimentos realizados con diferentes técnicas analíticas. En una primera fase, el trabajo se centra en el uso de la polarografia de impulsos diferencial (DPP) asistida con el método quimiométrico de Resolución Multivariante de Curvas por Mínimos Cuadrados Alternados (MCR-ALS) para resolver las mezclas de péptidos presentes en plantas (fitoquelatinas y sus fragmentos) y Cd2+. Los resultados obtenidos se han comparado con los obtenidos por la espectrometría de masas (ESI-MS). El siguiente objetivo fue estudiar la fitoquelatina PC5, en presencia de los iones Cd2+ y Pb2+. El mayor tamaño de este péptido, respecto a otras PCn estudiadas anteriormente, podria implicar a priori modelos de complejación competitiva más complejos. Por ello, se planteó un estudio sistemático basado en una combinación del análisis quimiométrico (mediante MCR-ALS y los nuevos algoritmos pHfit y GPA) de las medidas por DPP y Dicroísmo Circular (CD), y ESI-MS. El tercer objetivo fue estudiar la selenocistina (SeCyst), en diversas situaciones de complejación competitiva. El comportamiento electrónico de SeCyst sola o en presencia de un ion metálico (Bi3+, Cd2+, Co2+, Cu2+ , Cr3+ , Ni2+ , Pb2+ y Zn2+) fue estudiado por DPP en un amplio intervalo de pH. Se han realizado también estudios por Valoración Isotérmica Calorimétrica (ITC) a pH fisiológico (7.4) que además, permitieron obtener parámetros termodinámicos y constante de complejación. En un estudio más detallado, se seleccionó el Cd2+ como modelo para comportamiento de SeCyst en la presencia de un metal no esencial, en cambio, se eligió el Zn2+ para el caso de un elemento esencial. Además, se estudiaran mezclas de SeCyst y el glutatión (GSH) en presencia de Cd2+ a pH fisiológico. Un último objetivo consistió en evaluar la posible utilización de electrodos modificados para la detección de tioles. En una estancia en la Universidad de Oxford, se llevaron a cabo estudios de modificación de dos tipos de electrodos de carbono: el de carbono vitrificado (GCE) y el de grafito pirolítico “edge plane pyrolytic graphite” (EPPG), inmovilizando en sus superficies un centro metálico redox (derivados del Ferroceno, Fc). Finalmente, se estudió su respuesta catalítica en presencia de Cys. / The main goal of the Thesis has been to deepen the knowledge about metal complexation by ligands containing S and Se. A special attention has been paid to phytochelatins (PCn), which are on the basis of phytoremediation due to their ability to complex heavy metals. The formed complexes have been studied by means of different analytical techniques. In a first step, the work is focused on the use of Differential Pulse Polarography (DPP), assisted by Multivariate Curve Resolution by Alternating Least Squares (MCR-ALS), in order to resolve the mixtures of peptides present in plants (phytochelatins and their fragments) and Cd2+. The obtained results have been compared with those by mass spectrometry (ESI-MS). The next goal has been the study of the phytochelatin PC5 in the presence of Cd2+ and Pb2+. The bigger size of this PCn as compared to other previously studied could imply a priori more complicated models of competitive complexation. Then, a systematic study was devised based on the combination of chemometric analysis (by means of MCR-ALS and the new algorithms pHfit and GPA) of the data obtained by DPP and circular dichroism, and ESI-MS. A third goal has been the study of selenocystine (SeCyst) in different situations of competitive complexation. The electrochemical behaviour of SeCyst alone or in the presence of a metal ion (Bi3+, Cd2+, Co2+, Cu2+, Cr3+, Ni2+, Pb2+ and Zn2+) has been studied by DPP in a wide pH range. Studies by isothermal titration calorimetry (ITC) have also been made, which have provided thermodynamic parameters and complexation constants. In a more detailed study, Cd2+ and Zn2+ ions have been selected as models of non-essential and essential metal, respectively, in order to study their behaviour in the presence of SeCyst. Mixtures of SeCyst and glutathione have been also studied in the presence of Cd2+ at physiological pH. The last goal has been to evaluate the possible use of modified electrodes for the detection of thiols. During a stay in the University of Oxford, several studies were carried out on the modification of two kinds of carbon electrode: glassy carbon (GCE) and edge plane pyrolitic graphite (EPPG). The modification consisted on the immobilisation of a metallic redox center (a ferrocene derivative) onto the surface. Then, the catalytic responses in the presence of Cys have been studied.

La progresiva destrucción de la capa de ozono unida a los largos periodos de exposición solar, principalmente en actividades de ocio, ha contribuido a una mayor incidencia de las enfermedades causadas por la radiación solar, principalmente el cáncer de piel. Hoy en día, los compuestos orgánicos que actúan de pantalla frente a la radiación solar ultravioleta (filtros solares, UV-F) se utilizan cada vez con más frecuencia y en mayor cantidad dada la concienciación actual que existe con respecto a los efectos perjudiciales de la radiación solar. Aunque tradicionalmente se han usado en productos bronceadores con este fin, actualmente se están añadiendo a otros productos cosméticos para evitar que componentes sensibles a la radiación solar se descompongan, así como en otros productos como detergentes líquidos, plásticos, papel, pinturas, textiles, etc. Los UV-F acceden al medio acuático por vía directa, a través de actividades acuáticas (baño, natación) y principalmente por vía indirecta a través de las estaciones de tratamiento de aguas residuales urbanas (EDARs), después de haber sido transferidos del cuerpo a la vestimenta, por la excreción después de su absorción dérmica, y a través de las aguas residuales industriales. Dada la elevada proporción de estos aditivos que se utiliza en las formulaciones y su frecuente uso, la cantidad de UV-F que se descarga en el medio ambiente es importante. Actualmente, uno de los mayores retos en el estudio ambiental de los UV-F es disponer de métodos de análisis lo suficientemente sensibles para poder evaluar la presencia de tales compuestos, sus metabolitos y otros productos de transformación en el sistema agua/sedimento/biota, en conexión con su grado de eliminación en los tratamientos de aguas residuales. Esta Tesis Doctoral aporta herramientas y conocimiento para ampliar la información disponible sobre el impacto ambiental de los filtros solares orgánicos (presencia, destino y degradación). En esta memoria de Tesis se describe el desarrollo de nuevas metodologías analíticas basadas en la cromatografía líquida de alta resolución acoplada a espectrometría de masas en tándem (LC-MS/MS) para el análisis de UV-F y sus principales productos de transformación, compuestos hasta el momento escasamente investigados. Se incluye el desarrollo y validación de un método analítico completamente automatizado, basado en la extracción en fase sólida (SPE) on-line acoplada a LC-MS/MS, para el análisis de aguas, así como otras metodologías basadas en la extracción con líquidos presurizados (PLE) y posterior análisis mediante LC-MS/MS para diferentes matrices ambientales sólidas como lodos de EDAR, sedimentos o peces. Estas metodologías se han aplicado en diferentes estudios para investigar la presencia y distribución de UV-F en muestras reales de aguas naturales, aguas residuales, sedimentos y lodos de EDAR. También se aportan nuevos datos sobre la bioacumulación de estos compuestos; se han analizado diferentes especies de peces de diversas cuencas hidrográficas de régimen mediterráneo así como también muestras de mamíferos marinos (delfines) de la costa de Brasil. Teniendo en cuenta que se ha comprobado que los procesos biológicos convencionales que se aplican en las EDARs no son efectivos para la eliminación de los UV-F, se han estudiado nuevos tratamientos, eficientes y respetuosos con el medio ambiente, para su degradación en fase líquida y sólida. Concretamente se ha investigado la biodegradación mediante el hongo Trametes versicolor, obteniendo resultados muy satisfactorios. También, se ha estudiado la degradación de estos compuestos mediante procesos de oxidación avanzada, en concreto, la ozonización y su combinación con peróxido de hidrógeno obteniendo una gran eficacia en sus eliminaciones. En todos los estudios de degradación se hizo especial hincapié en la identificación de los productos de transformación formados en los procesos mediante la aplicación de la espectrometría de masas de alta resolución. / UV filters (UV-F), have become very popular chemicals since they were shown to have a protective role against photoaging, photocarcinogenesis and photoimmunosupression promoted by UV sun radiation. UV-F are increasingly used in personal care products such as sunscreen products, beauty creams, lipsticks, hair sprays, shampoos, etc. Despite they are traditionally used in cosmetics last years they have been also widely added in formulations of other products to protect the components, for instance in paints, textiles, paper, plastics, etc. UV-F are recent emerging environmental pollutants for which there is currently a lack of knowledge about their occurrence, fate and effects on the ecosystems. UV-F enter the environment through two principal sources: direct inputs from recreational activities and indirect wastewater input. The presence of these compounds in the aquatic ecosystem raises environmental concern since most of them are known to display endocrine disruption activity. This Thesis focuses on the development of analytical methodology for the determination of organic UV-F in water, sediment, sewage sludge and biota based on high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS). The developed tools allowed the detection of these compounds in complex environmental matrices and contributed to have a broader view on the presence and distribution of these compounds in the aquatic ecosystem. These methods were successfully applied to investigate the occurrence of selected UV filters in groundwater, river water, wastewater, sediment, sewage sludge, fish and marine mammals (dolphins). Moreover, this Thesis focuses on the research of new processes, sustainable and environmentally friendly, for the degradation of UV-F in wastewater and sewage sludge. Specifically, photodegradation, fungal biodegradation and advanced oxidation processes (ozonation and peroxone oxidation) were investigated. The identification of new transformation products formed during these treatments using non-target analysis based on high performance liquid chromatography-high resolution mass spectrometry (HPLC-HRMS) has been other main aim of this research.

Los retardantes de llama son compuestos químicos que tienen como función disminuir la flamabilidad de gran cantidad de productos de consumo habitual. El grupo más importante lo constituyen los retardantes de llama bromados (BFRs), los cuales son utilizados en plásticos, textiles y productos electrónicos. Los BFRs incluyen los siguientes compuestos: polibromodifeniléteres (PBDEs), hexabromociclododecano (HBCD) y tetrabromobisfenol A (TBBPA). El uso de HBCD ha ido en aumento en los últimos años, pues se utiliza como substituyente de otras formulaciones de BFRs, principalmente PBDEs que han sido prohibidos en Europa: penta, octa y deca-BDE. El HBCD se utiliza principalmente como retardante de llama en espumas de poliestireno, textiles y equipamiento electrónico domestico. En esta tesis se han estudiado los BFRs anteriormente señalados, además de otros retardantes de llama, tanto del tipo bromado como clorado, entre los cuales destaca el declorane plus. Inicialmente optimizamos metodologías de análisis utilizando la cromatografía de líquidos acoplada a la espectrometría de masas en tándem (LC-MS/MS). El primer método desarrollado fue para el análisis de los diastereoisómeros de HBCD, en el cual, simultáneamente, se analiza también otro retardante de llama, el TBBPA, así como sus compuestos relacionados. Otro método que desarrollamos permite la detección de enantiómeros del HBCD y el cálculo de las respectivas fracciones enantioméricas (EF) en muestras ambientales. Este método se basa en el uso de una columna quiral, la cual permite una buena separación de los distintos enantiómeros del HBCD ((±) α, (±) β y (±) γ) en menos de 15 minutos. Es importante señalar que también hemos realizado el análisis de otros retardantes de llama emergentes utilizando la cromatografía de gases acoplada a la espectrometría de masas por baja resolución (GC-LRMS) y por alta resolución (GC-HRMS), estas metodologías habían sido optimizadas previamente en nuestro laboratorio. Luego de la optimización de las metodologías analíticas, hemos determinado la presencia de retardantes de llamas en las distintas muestras. Por ejemplo, realizamos un estudio de acumulación-depuración de HBCD en pez zebra el que indica que la depuración de los isómeros β y γ es más rápida que la del isómero α. Este hecho podría justificar en parte la diferente distribución isomérica entre muestras ambientales y biota. También analizamos muestras de leche materna de madres de La Coruña, donde se encontraron valores importantes de HBCD, generalmente del isómero γ-HBCD. Además realizamos la determinación enantiomérica observándose un comportamiento enantiómero específico. El declorane plus lo analizamos en huevos de halcón peregrino de España y Canadá, en las muestras de Norteamérica observamos una mayor concentración debido a que este retardante de llama se ha producido por más de 40 años en las cercanías de los Grandes Lagos canadienses. En estas muestras también encontramos HBCD y PBDEs, además de otros compuestos emergentes. Así hemos observado que el HBCD está presente en muestras biológicas y humanas, demostrando su biodisponibilidad que puede ser isómero y enantiómero específica. También nos hemos enfrentado a la necesidad de contar con estudios toxicológicos del HBCD por isómeros y enantiómeros. Paralelamente al desarrollo de esta tesis se han llevado a cabo otros estudios sobre el HBCD, los que han permitido proponer al HBCD como candidato a ser incluido como sustancia prioritaria por la Convención de Estocolmo. Respecto al declorane plus hemos observado que tiene un comportamiento similar a HBCD y PBDEs, siendo biodisponible y bioacumulable en huevos de halcón peregrino. Finalmente, creemos que es necesario realizar estudios toxicológicos de los isómeros syn- y anti- del declorane plus, que hasta el momento no se han llevado a cabo. / In recent years chemical pollution research has focused on the study of pollutants that pose a risk to human and/or environmental health due to their toxicity, high persistence in environment and bioaccumulatioin properties. One issue with these substances, including the halogenated flame retardants (HFRs) is that they are continually introduced into the environment from industrial production, use in various consumer products, and releases during recycling and/or disposal. In recent decades, studies on HFRs, particularly on polybrominatedbiphenyl ethers (PBDEs), have increased worldwide, mainly due to their persistence and presence in various matrices. Currently, two of the PBDEs technical products (PentaPBDE and OctaBDE) are being eliminated or have been banned in North America and Europe, while DecaBDE has been banned in Europe. In U.S. DecaBDE production, import and sale will be discontinued in late 2013. After consumption and production decline of PBDEs, other flame retardants are used increasingly to replace them. The Environmental Forum of the Bromine Science (BSEF) of 2001 indicated that the use of HFRs was led by tetrabromobisphenol A (TBBPA) (59%), and that hexabromocyclododecane (HBCD) also showed an increase in use worldwide. Therefore, it is important to develop evaluation studies of environmental risk for these substances. This requires detailed information about their presence, fate and transformation in the environment, in order to evaluate the possible exposure of humans and other organisms to these compounds. To achieve this information, the first essential step is to have reliable analytical methods sensitive enough to determine environmental levels. At the beginning of my thesis “Analysis of emerging halogenated flame retardants and its impact on the environment and humans” in 2006, research groups involved in the issue of HFRs started with the optimization of methods for analysis of hexabromocyclododecane (HBCD) in environmental matrices. Once the scientific community has provided sufficient data on presence, fate, behavior and toxicity of these compounds, we can evaluate whether it is advisable to continue using these HFRs or if, on the contrary, these new emerging HFRs are also detrimental enough to environmental and/or human health that they should also be banned, as were their PBDEs predecessors.

La cromatografia de líquids d'alta eficàcia (HPLC) és la tècnica de separació més àmpliament utilitzada, degut a la seva sensibilitat, exactitud de les determinacions quantitatives i aplicabilitat a anàlits no volàtils o termolàbils d'interès científic i industrial. L'electroforesi capil·lar juga un paper fonamental en bioquímica. Aquesta tècnica permet obtenir anàlisis ràpides amb una elevada resolució i un baix consum de reactius auxiliars, fet que minimitza la generació de residus. L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral en relació a la cromatografia de líquids ha residit en l'establiment d'un model que expliqui la variació del pH en fases mòbils hidroorgàniques en funció de la fracció del solvent orgànic. El pH de la fase mòbil condiciona el grau d'ionització dels anàlits amb propietats àcid/base, i en funció d'aquesta ionització es produeixen variacions significatives en la retenció cromatogràfica dels anàlits, que poden afectar notablement la selectivitat. Aquest model s'ha desenvolupat pels dos solvents orgànics més usats en HPLC, acetonitril i metanol, i pels sistemes amortidors més comuns (amoni/amoníac, àcid acètic/acetat, àcid fosfòric/dihidrogenfosfat/hidrogenfosfat i àcid cítric/dihidrogencitrat/hidrogencitrat/ citrat) a les concentracions de treball més habituals (de 0.001 a 0.1 mol·L-1), fins a un 60% en volum de modificador orgànic per l'acetonitril i un 80% pel metanol. Un cop desenvolupat i avaluat el model, el segon objectiu ha consistit en la interpretació i l'estimació dels temps de retenció cromatogràfics d'anàlits amb propietats àcid/base, en termes de la variació dels seus valors de pKa i del pH de les fases mòbils hidroorgàniques en funció del contingut del solvent orgànic. En relació a l'electroforesi capil·lar zonal (CZE) el primer objectiu ha consistit en la caracterització del nitrometà com a solvent orgànic d'ús en electroforesi capil·lar no aquosa (NACE), en estudiar la viabilitat de la detecció conductimètrica i ultraviolada, la dependència de la mobilitat dels ions en funció de la força iònica del medi, l'establiment d'una escala adequada de pH i fenòmens d'associació. El segon objectiu ha residit en la resolució d'un problema analític concret, la separació d'un fàrmac antidepressiu atípic poc soluble en aigua de dos dels seus metabòlits principals, usant electroforesi capil·lar amb solvents no aquosos, concretament metanol i acetonitril. / "Organic solvents in capillary electrophoresis and liquid chromatography"TEXT:The use of methanol- and acetonitrile- aqueous buffer mobile phases in RP-HPLC is a common election when performing chromatographic separations of ionisable analytes. The addition of organic solvent to the aqueous buffer to prepare such a mobile phase changes the buffer capacity and the pH of the solution. In this thesis work, the variation of these buffer properties is studied for acetic acid-acetate, phosphoric acid-dihydrogenphosphate-hydrogenphosphate, citric acid-dihydrogencitrate-hydrogencitrate-citrate, and ammonium-ammonia buffers. It is well established that the pH change of the buffers depends on the initial concentration and aqueous pH of the buffer, on the percentage of organic solvent added, and on the particular buffer used. The proposed equations allow the pH estimation of methanol- and acetonitrile-water buffered mobile phases up to 80% and 60%, respectively, in volume of organic modifier from initial aqueous buffer pH and buffer concentration (before adding the organic modifier) between 0.001 and 0.01 mol L−1. From both the estimated pH values of the mobile phase and the estimated pKa of the ionisable analytes, it is possible to predict the degree of ionisation of the analytes and therefore, the interpretation of acid-base analytes behaviour in a particular hydroorganic buffered mobile phase.Nitromethane has several properties that make it an interesting solvent for capillary electrophoresis especially for lipophilic analytes that are not sufficiently soluble in water. In the present thesis we investigated the change of electrophoretically relevant analyte properties (mobilities and pKa values) in nitromethane in dependence on the most important experimental conditions determined by the background electrolyte: the ionic strength and the pH.Sertindole, an atypical antipsychotic drug, was separated by capillary electrophoresis from its two main metabolites norsertindole and dehydrosertindole. The low solubility of the analytes in water was overcome by the use of methanol and acetonitrile as solvents for the background electrolyte.

Anteriores estudios sobre ácidos 3-aril-2-mercaptopropenoicos han mostrado una gran capacidad de reacción frente a los iones metálicos, dando lugar a la formación de precipitados con los iones de los grupos primera y segunda de la marcha analítica clásica, y complejos solubles coloreados con los metales de transición. La sensibilidad y selectividad de algunas de estas reacciones se ha aplicado a la determinación espectrofotométrica de iones metálicos como níquel(II), titanio(IV) o manganeso(II). Aunque el tipo de reacciones a que dan lugar son muy similares a las de los mercaptoácidos saturados, como tioglicólico o mercaptoacético, las reacciones que dan los ácidos 3-aril-2-mercaptopropenoicos son mucho más sensibles debido a la presencia de un doble enlace conjugado entre la agrupación ácido carboxílica-tiol y el sustituyente aromático.Por otra parte, se ha comprobado la importancia de este tipo de compuestos en sistemas biológicos por su capacidad de complejación con los iones metálicos, siendo potentes inhibidores de ciertas metaloenzimas dependientes de cobre(ll) y zinc(II), y mostrando actividad antibacteriana.Los datos disponibles sobre complejación de iones metálicos por los ácidos 3-aril-2-mercaptopropenoicos han mostrado una alta afinidad por los iones Ni(ll)y Zn(II), formando complejos muy estables de composición 1:1:0 y 2:1:0 (ligando:metal:protón). Estos complejos son más estables que los correspondientes formados por los ácidos 3-aril-2-mercaptopropanoicos, debido a la mayor conjugación que permite su estructura.Con el objeto de profundizar en el conocimiento de este tipo de sustancias como reactivos analíticos y su comportamiento frente a los iones metálicos, se han estudiado en esta memoria los ácidos 3-(1-Naftil)- y 3-(2-Naftil)-2-mercaptopropenoicos (31N2MP y 32N2MP, respectivamente), en los que el sustituyente aromático es de anillos condensados, para obtener una mayor deslocalización en el sistema de electrones "pi" de la molécula. Se han estudiado los dos naftil-derivados para comprobar si las diferencias en cuanto a efectos resonantes de la molécula también da lugar a diferente comportamiento frente a los iones metálicos. Los estudios llevados a cabo han consistido en su síntesis, determinación de sus características químicas, reaccionabilidad y equilibrios de formación de algunos de sus complejos solubles. / "STUDY OF 3-NAPHTHYL-2-MERCAPTOPROPENOIC ACIDS AS COMPLEXING AGENTS OF METAL IONS"TEXT:The ligands, 3-(1-naphthyl)-2-mercaptopropenoic and 3-(2-naphthyl)-2-mercaptopropenoic acids (31N2MP and 32N2MP, respectively) have been syntesized and their purity was determined by potentiometric and iodometric titrations. The spectral characteristics in the I.R., N.M.R. and U.V. -vis. have been studied. The dissociation constants of carboxyl and mercapto groups have been determined spectrophotometrically in aqueous medium at 25° C and I =0.1 M in sodium perchlorate by the SQUAD program.The reactions with metal ions have been studied the most sensitive being with Cu(II), Pd(II), Mo(VI), Fe(II-III), Ni(II), Mn(II) and Ti(IV).Part of this research work has been dedicated to development of several computer programs for study of complex formation equilibria by pH titrations, for use with a HP 3421 A data logger and a HP 9816 S desk computer:- Program AUTO, for automatic control of potentiometrlc titrations.- MINIGLASS is a menu-driven program for the refinement of stability constants from pH titration data and adjustement of parameters defining the titration curve. The program is written in PASCAL, and contains procedures for blank titrations, acidity constants and metal-ligand stability constants. The program has been tested for the determination of the formation constants of the Ni(II)-glycine-H system. The results obtained agree well with the literature values.- Program DISTR, used to draw species distribution as function of PH of solutions.The automatic titration system and the computer programs have been applied to the determination of protonation and complex formation equilibria between zinc and nickel ions and 3-naphthyl-2-nlercaptopropenoic acids, in 50 % waterethanol solutions containing 1.0 M NaClO(4) as constant ionic medium at 25° C using glass electrode potentiometry. Protonation constants of ligands and formation constants for the complexes Ni(31N2MP), Ni(31N2MP)(2), Zn(31N2MP) Zn(31N2MP)(2), Ni(32N2MP), Ni(32N2MP)(2,) Zn(32N2MP), Zn(32N2MP)(2) and Zn(32N2MP)(2) are given.The complex formation equilibria between nickel, palladium and cobalt with 31n2MP have been studied in aqueous solutions, by UV-vis. spectrophotometry, at 25° C and I =0.1 M in sodium perchlorate with the use of the program SQUAD. The formation constants for the complexes Ni(31 N2MP), Ni(31N2MP)(2), Pd(31N2MP), Pd(31 N2MP)(2), Co(31N2MP), Co(31 N2MP)(2) and Co(31 N2MP)(3) are reported.

Los estudios incluidos en esta tesis doctoral tienen como objetivo profundizar en el conocimiento de los mecanismos de distribución global de contaminantes orgánicos persistentes (COPs) mediante el estudio de procesos y factores ambientales que determinan su transporte atmosférico y posterior deposición en las zonas de alta montaña de Europa. Se estudiaron diversas familias de COPs en muestras de nieve acumulada durante todo un invierno en un gradiente altitudinal en las Montañas Tatra (Europa del Este). Los contaminantes incluidos en el estudio comprenden compuestos organoclorados cuya producción y uso está prohibido (PCBs, HCHs, HCB), los incluidos recientemente en las listas del Convenio de Estocolmo (PBDEs, endosulfanos), así como otro grupo de contaminantes ampliamente distribuidos en el medio ambiente como los PAHs. Por otro lado, se midieron los flujos de deposición atmosférica de PBDEs durante más de 24 meses en cuatro zonas de alta montaña de Europa: al sur (Lago Redon, Pirineos) y noroeste (Lochnagar, Escocia), en el centro (Gossenköllesee, Alpes) y este (Skalnate Pleso, Tatras). Se calcularon las retrotrayectorias con el modelo meteorológico HYSPLIT en los puntos de muestreo durante el período de estudio para obtener una descripción detallada del origen de la contaminación transportada por vía atmosférica en cada zona. Previo al análisis de PBDEs en las muestras de nieve o de deposición atmosférica se desarrolló y optimizó una metodología analítica e instrumental con límites de detección suficientemente bajos para permitir su determinación en las muestras recogidas. Se obtuvo un método de extracción en fase sólida (SPE) rápido, simple y cuantitativo para el análisis de PBDEs en muestras acuosas, además de un método instrumental por GC-MS en modo NICI que permitió la determinación de PBDEs de 3 a 10 átomos de bromo a nivel de femtogramos en una única inyección. Los resultados obtenidos del análisis de COPs en la columna total de nieve acumulada durante todo un invierno en las Tatras mostraron la presencia de todos los compuestos estudiados en todas las muestras y altitudes, poniendo de manifiesto la distribución global de los mismos. Entre los resultados obtenidos destaca la identificación y cuantificación de los PBDEs, en particular el BDE 209, lo que pone de manifiesto su capacidad de transporte atmosférico hasta las zonas montañosas remotas a pesar de su baja volatilidad y carácter hidrofóbico. En el caso de los PBDEs menos bromados, éste constituye el primer estudio que describe una dependencia de sus concentraciones en nieve con la altitud, o lo que es lo mismo, en función inversamente proporcional a la temperatura. Ello es coherente con el efecto de acumulación preferencial en zonas frías del planeta observado para otras familias de COPs. BDE 209 y el endosulfan sulfato no mostraron una dependencia con la temperatura sino con la cantidad de partículas presentes en la nieve, lo cual indica que el transporte a larga distancia de estos compuestos está asociado a los aerosoles atmosféricos. Los resultados obtenidos en las muestras de deposición atmosférica mostraron una composición de PBDEs en las cuatro zonas de estudio coherente con la de las mezclas comerciales utilizadas en Europa, pentaBDE y decaBDE. BDE 209 fue el congénere más abundante en seguido por BDE 47, BDE 99, BDE 100 y BDE 183. Además, se observaron procesos de degradación fotolítica que modifican la composición relativa de los congéneres con respecto a la encontrada en las mezclas comerciales en zonas situadas a mayor altitud y durante los periodos más cálidos, relacionado con el mayor grado de insolación en estas condiciones. El estudio de las retro-trayectorias en estas zonas durante el periodo de muestreo indicó un aumento de los flujos de deposición de PBDEs en las zonas de muestreo más occidentales (Redon y Lochnagar) asociado a las masas de aire provenientes del Atlántico Norte (USA, Canadá). En el Lago Redon, se observaron flujos de deposición más altos y correlaciones mejores cuando las masas de aire provenían de Norteamérica sin pasar por el Reino Unido, indicando que este aumento de las concentraciones de PBDEs no estaba relacionado con las fuentes europeas regionales. En esta tesis se ha demostrado, por primera vez, que existe un transporte a larga distancia de PBDEs desde América del Norte hacia Europa. Este mecanismo de transporte es coherente con el mayor grado de uso de estos compuestos en USA y Canadá en relación con Europa y con la dirección predominante de los vientos contra-alisios. / This thesis presents a further insight of the global distribution mechanisms of POPs (Persistent Organic Pollutants) studying the environmental factors and process that affects the atmospheric transport of POPs and the deposition in the remote high mountains areas of Europe. Organochlorine compounds and polycyclic aromatic hydrocarbons were examined in seasonal snowpacks taken along an altitudinal gradient in Tatra Mountains (East Europe). The compounds included in the study reported encompass both legacy and currently used pollutants of diverse physical-chemical properties and origins, providing representative cases for description of the environmental processes involved in the observed accumulation patters. Moreover, PBDEs fluxes and composition in bulk atmospheric deposition were determined in four European high altitude mountain areas over a period of two years (2004-2006): Lake Redon (Pyrenees), Gossenköllesee (Alps), Lochnagar (Scotland) and Skalnate (Tatras). Potential source regions for each site have been evaluated using the HYSPLIT model. All the pollutants analyzed in the snowpack samples were found at all altitudes, pointing to their global distribution. The presence of PBDEs, particularly BDE 209, in the snowpack samples is especially relevant, as it reflects the air transport capacity of this low volatile, very hydrophobic pollutant to remote mountain regions. The most abundant compounds at all altitudes were PAHs. PCBs and BDE 209 were the dominant organohalogen pollutants. The concentrations of several compounds correlated positively and statistically significant (i.e., negatively with temperature), which is consistent with cold-trapping effects. To the best of our knowledge, this is the first report of statistically significant altitudinal correlations of PBDEs in snow that involve higher concentrations and deposition fluxes at higher elevation. The PBDEs distributions in atmospheric deposition samples at all sites were dominated by BDE209. BDE47 and BDE99 were the major low-brominated congeners, followed by BDE100 and BDE183. This composition is consistent with predominant inputs from commercial mixtures decaBDE and pentaBDE. Photolytic degradation during transport decreased the relative abundance of BDE209 and modified the emitted pentaBDE technical mixtures by depletion of the relative composition of BDE99 and, to a lower extent, BDE47. The transformations were more intense in the sites located above 2000 m, Redon and Gossenköllesee, during warm periods. Significant correlations between PBDE composition and percent of North Atlantic backwards trajectories in the collected samples of the westernmost sites, Lochnagar and Redon, suggested an impact of transcontinental transfer of these pollutants from North American sources into Europe.

Aquesta Tesi es titula Determinació de constants d’acidesa de substàncies d’interès biològic per electroforesi capil·lar. La Dissertació es focalitza llavors en l’estudi de la determinació de la constant d’acidesa de fàrmacs utilitzant aquesta tècnica d’electroseparació, l’electroforesi capil·lar. La constant d’acidesa o pKa és una propietat fisicoquímica útil en el descobriment i desenvolupament de fàrmacs, on el coneixement de l’estat de ionització d’un grup funcional és sovint essencial per a comprendre les propietats farmacocinètiques i farmacodinàmiques de nous fàrmacs potencials. Gràcies a l’ús d’un patró intern (IS), es va desenvolupar una nova metodologia per a la determinació d’aquestes constants per electroforesi capil·lar (CE), el mètode IS-CE. No obstant això, aquest mètode només es va desenvolupar per a substàncies simples monopròtiques. Així doncs, l’objectiu principal d’aquesta Tesi és establir el mètode IS-CE com a mètode d’alt rendiment per a la determinació de constants d’acidesa de compostos bioactius, així com també dissenyar un prototip específic per aquest mètode per tal d’implementar-lo per a l’anàlisi rutinari de fàrmacs potencials en laboratoris d’anàlisis fisicoquímiques. Aquesta fita ha estat perseguida al llarg d’aquesta Dissertació, cobrint durant el seu desenvolupament cada necessitat que presentava el mètode. Per començar, en aquesta Tesi s’estableix el pKa d’un llistat de patrons interns àcids i bàsics de diferent estructura que cobreixi tot l’interval de pH útil en electroforesi capil·lar i s’amplia l’aplicabilitat del mètode a compostos amb diverses constants d’acidesa. Posteriorment s’optimitzen els paràmetres instrumentals per tal de convertir l’IS-CE en un mètode high throughput IS-CE. Després s’avalua la capacitat del mètode per a la determinació de compostos de baixa solubilitat en aigua i s’amplia per a la determinació de constants d’acidesa de compostos de molt baixa solubilitat utilitzant mescles metanol-aigua. Arribat aquest punt es dissenya una instrumentació específica adaptable al mètode IS-CE, tot simplificant i agilitzant el procés per a la determinació del pKa. En conjunt, aquest treball d’investigació científica ha permès el desenvolupament consolidat d’un mètode ràpid, robust, precís i acurat per a la determinació de constants d’acidesa de compostos bioactius. Així mateix, també ha permès dissenyar un nou prototip per a la implementació d’aquest mètode a l’anàlisi rutinari de fàrmacs potencials en laboratoris de mesures fisicoquímiques i de drug discovery and development. / The Dissertation is then focused on the study of the acidity constant determination of drugs using this electroseparation technique, capillary electrophoresis. The acidity constant or pKa is a useful physicochemical property in drug discovery and development, where the knowledge of the ionization state of a functional group is often essential to understand the pharmacodynamic and pharmacokinetic properties of new potential drugs. In the past, a new method to determine acidity constants by capillary electrophoresis (CE) was developed by the use of an internal standard (IS), the IS-CE method. However, this method was only developed for simple monoprotic compounds. Thus, the main objective of this Thesis is to establish the IS-CE method as a high throughput method for the determination of acidity constants of bioactive compounds as well as to design a specific prototype for this method in order to implement it for the routine analysis of potential drugs in physicochemical analysis laboratories. This goal has been pursued throughout this Dissertation in order to meet the need during the development of this method. First of all, this Thesis establishes the pKa of a list of acidic and basic internal standards with different structures that covers the entire pH-range useful in capillary electrophoresis, and expands the applicability of this method to compounds with several acidity constants. Afterwards, instrumental parameters and experimental conditions are optimized in order to transform the IS-CE method into a high throughput method. Subsequently, the method is evaluated for sparingly soluble compounds in water and extended for the determination of acidity constants of highly insoluble compounds using methanol-water mixtures. At this point a specific instrumentation is designed and adapted to the IS-CE method, simplifying and accelerating the pKa determination process. Overall, the conducted scientific research has allowed the development of a consolidated fast, robust, precise and accurate method for the determination of acidity constants of bioactive compounds. Likewise, a new prototype has been designed for the implementation of this method to the analysis of potential drugs in routine laboratory of physicochemical measurements and drug discovery and development.