L’objectiu general de la tesis ha estat el desenvolupament d’assajos i biosensors per a la detecció de toxines que estan presents en el medi aquàtic i l’estudi de la seva aplicabilitat a l’anàlisi de mostres reals. Per tal d’assolir aquest objectiu, s’han caracteritzat proteïnes fosfatases recombinants en quan a activitat, emmagatzematge i estabilitat operacional, així com també la capacitat de ser inhibides per toxines marines (àcid okadaic i els seus anàlegs) i d’aigua dolça (microcistines). S’han establert factors equivalents d’inhibició per a l`àcid okadaic i els seus anàlegs i diverses variants de microcistines, contribuint així a entendre millor la complexitat de perfils multi-toxines en mostres naturals. D’altra banda, s’han explotat l’ús de partícules magnètiques com a suports d’immobilització d’anticossos i enzims en biosensors electroquímics i com a transportadors d’anticossos en immunosensors òptics. Finalment, s’ha avaluat l’aplicabilitat dels assajos i biosensors per a l’anàlisis de mostres de marisc i cianobactèries, correlacionant els resultats amb altres tècniques d’anàlisis establertes. / El objetivo general de esta tesis ha sido el desarrollo de ensayos y biosensores para la detección de toxinas que están presentes en el medio acuático y el estudio de su aplicabilidad al análisis de muestras reales. Para lograr este objetivo, se han caracterizado proteínas fosfatasas recombinantes en términos de actividad, almacenaje y estabilidad operacional, así como la capacidad para ser inhibidas por toxinas marinas (ácido okadaico y sus análogos) y de agua dulce (microcistinas). Se han establecido factores equivalentes de inhibición para el ácido okadaico y sus análogos y varias variantes de microcistinas, contribuyendo a entender mejor la complexidad de perfiles multi-toxinas en muestras naturales. Port otra parte, se ha explotado el uso de partículas magnéticas como soportes de inmovilización de anticuerpos y enzimas en biosensores electroquímicos y como transportadores de anticuerpos en imunosensores ópticos. Finalmente, se ha evaluado la aplicabilidad de los ensayos y biosensores para el análisis de muestras de marisco y cianobacterias, correlacionando los resultados con otras técnicas de análisis establecidas. / The general objective of this thesis has been to develop assays and biosensors for the detection of toxins from aquatic media and to study their applicability to the analysis of samples. To achieve this goal, recombinant protein phosphatases have been characterised in terms of activity, storage and operational stability, as well as ability to be inhibited by marine (okadaic acid and its analogues) and freshwater (microcystins) toxins. Inhibition equivalency factors (IEFs) for the okadaic acid analogues and several microcystin variants have been established, contributing to better understand the complexity of multi-toxin profiles in natural samples. Moreover, magnetic particles have been exploited as antibody and enzyme immobilisation supports in electrochemical biosensors and as antibody carriers in optical immunosensors. Finally, the applicability of assays and biosensors to the analysis of shellfish and cyanobacteria samples has been evaluated, and correlations with other analysis techniques have been established.

En els últims anys, s'ha observat una preocupació creixent pels efectes que les emissions de gasos procedents de la gasolina poden provocar tant a nivell ambiental com en la salut de les persones i això s'ha vist reflectit en canvis substancials en la seva composició. La prohibició dels additius plomats, així com la limitació contínua dels compostos aromàtics (sobretot del benzè) han donat lloc a una expansió espectacular arreu del món de l'ús dels additius oxigenats a la gasolina. D'entre aquests additius (principalment èters i alcohols) el més emprat ha estat el metil terciari (tert-) butil èter (MTBE). Però degut a les seves propietats físico-químiques, aquest compost orgànic volàtil (VOC) ha esdevingut un important contaminant de les aigües subterrànies d'arreu del món.La present tesi doctoral ofereix una visió general i actualitzada de la problemàtica ambiental lligada a la utilització del MTBE com additiu de la gasolina, alhora que desenvolupa tècniques analítiques mitjançant un sistema totalment automatitzat de Purga i Trampa (també anomenat Purga i Captura) unit a un Cromatògraf de Gasos acoblat a un Espectròmetre de Masses (P&T-GC/MS) que permeten conèixer quantitativament i amb precisió la presència a nivells traça del MTBE, els seus principals compostos de degradació, altres additius convencionals com són els hidrocarburs aromàtics (benzè, toluè, etilbenzè i xilens, BTEX), així com els seus possibles substituts (etil tert-butil èter, ETBE; tert-amil metil èter, TAME; i diisopropil èter, DIPE) i altres VOCs d'interès (diciclopentadiè, DCPD i tricloretilè, TCE) als diferents compartiments ambientals (diferents matrius aquoses i sòls), posant un especial èmfasi en l'anàlisi de les aigües subterrànies, més susceptibles d'una elevada contaminació i la qualitat de les quals és de vital importància ja que actuen com a magatzems d'aigua dolça pel consum humà.A més, en tant que l'avaluació de la biodegradació in situ del MTBE en llocs contaminats requereix de molt més que simples balanços de massa i la mera presència del TBA no és suficient com per provar-ne la relació causa-efecte. S'han realitzat estudis de degradació del MTBE i ETBE mitjançant la utilització de diferents soques bacterianes amb capacitat per alimentar-se d'aquests additius de la gasolina en condicions aeròbiques (microcosmos) per tal d'analitzar-ne els isòtops estables tant del carboni com l'hidrogen (CSIA) obtenint diferents factors de fraccionament isotòpic. Els resultats obtinguts posen en dubte l'existència d'un únic mecanisme de degradació metabòlica en condicions d'aerobiosis (com es creia fins ara) i dificulten la seva aplicació com a indicadors quantitatius dels processos de biodegradació que tenen llocs als llocs contaminats si no es realitzen altre tipus de mesures addicionals. / In the latest years, the combustion emissions from the vehicles have aroused concern about their potential adverse effects on the environment and the human health. This fact has resulted in a substantial change of the gasoline composition. The ban of the lead additives, as well as the increasing limitation for the use of aromatic hydrocarbons (especially benzene) contributed to a great expansion of the fuel oxygenates worldwide. Among these additives (mainly ethers and alcohols), methyl tertiary (-tert) butyl ether (MTBE) is by far the most commonly used octane enhancer. However, as a result of its physico-chemical properties, MTBE has become one of the most frequently detected volatile organic compounds (VOCs) in groundwater around the world.The purpose of the present thesis is to provide an updated overview of the MTBE environmental problem, meanwhile an analytical technique, a fully automated purge and trap coupled to gas chromatography - mass spectrometry (P&T-GC/MS) method has been developed and permitted the simultaneous quantitative determination of MTBE, its degradation products, other fuel additives such as the aromatic hydrocarbons or MTBE potential substitutes in different environmental compartments (liquid or solid matrices) at trace levels (sub-ppb). The thesis has been focused mainly in the analysis of drinking water reservoirs such as contaminated groundwater tables around Europe.However, an inconclusive MTBE mass balance or the mere presence of its intermediate tert-butyl alcohol (TBA) has been found inappropriate for providing evidence for natural attenuation of MTBE in contaminated sites. So, as compound-specific stable isotope analysis (CSIA) has become a promising tool for evaluating in situ degradation, the carbon and hydrogen isotope enrichment factors (εC, εH) of MTBE and ethyl tert-butyl ether (ETBE) upon aerobic degradation were studied with different bacterial isolates. This work demonstrated that highly variable isotope fractionation factors are found under aerobic conditions, which may indicate the use of different mechanisms for degrading fuel oxygenates by different strains. This makes the selection of appropriate isotope enrichment factors for quantitative work difficult and can lead to strong variable fractionation in mixed cultures depending on the dominance of organism actually growing best in the field site.

Aquest treball contribueix a l'estudi de la sorció de metalls preciosos en chitosan, presentant-lo com una futura alternativa a nivell industrial en front dels altres processos ja utilitzats actualment. Concretament el nostre estudi esta centrat en la recuperació de metalls preciosos provenint de solucions clorhídriques a baixes concentracions.Degut a l'alt valor i poca abundància d'aquests metalls, es necessari desenvolupar i consolidar nous processos de recuperació i separació per aquests metalls.El treball presentat en aquesta tesi ha estat planificat basant-se en la contribució entre l'estudi de les propietats del chitosan realitzada en el "Laboratoire Gènie de l'Environnement Industrial de l?Ecole des Mines d?Alès" i per la investigació del comportament dels metalls preciosos en solució realitzada en el Departament de Enginyeria Química de la Universitat Politècnica de Catalunya.Per portar els nostres objectius a terme, el primer treball va consistir en el estudi de les condicions d'equilibri i en les cinètiques d'adsorció del pal·ladi utilitzant flocs de chitosan. Aquest estudi es va realitzar en reactor tancat i obert.Un cop aquesta part del treball va ser realitzada el nostre interès es va centrar en l'obtenció de nous derivats del chitosan que milloressin la seva capacitat d'adsorció, insertant derivats de sofre a la cadena de chitosan. Aquests nous derivats van ser utilitzats per l'estudi de la capacitat de sorció del platí i pal·ladi.Per altre part degut als problemes generats per el alt contingut d'aigua en les perles de chitosan fabricades, es va realitzar un estudi amb perles prèviament secades i posteriorment rehidratades.Finalment les nostres investigacions per tal de completar el nostre treball es van ampliar per l'estudi del osmi, iridi, rodi, ruteni.Aquesta Tesi Doctoral resumeix el treball presentat en els següents articles:I. Palladium Sorption on Glutaradehyde Crosslinked ChitosanM. Ruiz, A. M. Sastre i E. GuibalReactive & Functional Polymers, 45, 155-173 (2000)II. Palladium Sorption on Glutaraldehyde-Crosslinked Chitosan in Fixed-Bed SystemsM. Ruiz, A. M. Sastre, M. C. Zikan i E. GuibalJournal of Applied Polymer Science, 81, 153-165 (2001)III. Platinum and Palladium Sorption on Chitosan DerivativesE. Guibal, M. Ruiz, T. Vincent, A. M. Sastre i R. Navarro MendozaSeparation Science and Technology, 36 (5 & 6), 1017-1040 (2001)IV. Palladium Sorption Using Chitosan DerivativesM. Ruiz, A. M. Sastre, J. R. Degorce-Dumas i E. GuibalTexts of textes des affiche posters. International Water Association (2000). ISBN: 2-9515416-0-0V. Pd and Pt Recovery Using Chitosan Gel Beads. I. Influence of Drying Process on Diffusion PropertiesM. Ruiz, A. M. Sastre, E. GuibalSeparation Science and Technology (2002), en premsaVI. Pd and Pt Recovery Using Chitosan Gel Beads. II. Influence of Chemical Modification on Sorption PropertiesM. Ruiz, A. M. Sastre, E. GuibalSeparation Science and Technology (2002), en premsaVII. Influence of Drying Process of Chitosan Beads on the Sorption of Platinum and PalladiumM. Ruiz. A. M. Sastre i E. GuibalAdvances in Chitin Sciences, VI, (2002), en premsaVIII. Osmium and Iridium Sorption on Glutaraldehyde Crosslinked Chitosan Gel BeadsM. Ruiz, A. M. Sastre i E. GuibalSolvent Extraction Ion Exchange, sotmès per a publicació / This work contributes to the study of the sorption of precious metals on chitosan, presenting it as a future alternative at an industrial level to the various existing processes. This study is focused on the recovery of precious metals from hydrochloric acid solutions by techniques based in sorption on natural polymers.Due to the high value and scarcity of precious metals, the need of developing and consolidating new separation and concentration processes is very important.The work presented in this thesis has been planified and based on the contribution given by the research of the properties of chitosan in the sorption of metals, realized in the "Laboratoire Gènie de l'Environnement Industrial de l'Ecole des Mines d'Alès" and by the research of the behaviour of the precious metals in solution, realized in the Department of Chemical Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya.To get this investigation under way and to be able to develop it, the first work consisted of the study of the equilibrium conditions and the adsorption kinetics of Pd in chitosan in the form or flakes. This study was carried out using a closed and open reactor system. Once this part of the work had been carried out, the specific interest of this investigation focused on obtaining chitosan derivatives that might improve the sorption capacity for Pd and Pt, by grafting sulphur compounds onto the chitosan, and also including desorption studies for Pd.Owing to the possible transport problems which the high water content of the pearls of chitosan might cause, a drying process was used, comparing the results with those previously obtained (paper V). At the same time the sorption capacity of Pd and Pt was improved, introducing more amino groups in the chitosan chains Finally, owing to the fact that the main part of the work was dedicated to the sorption of Pd and Pt, it was decided to complete this study by extending it to the metals Rh, Ru, Os, Ir and Re. The results obtained are shown in the following papers:I. Palladium Sorption on Glutaradehyde Crosslinked ChitosanN. Ruiz, A. M. Sastre i E. GuibalReactive & Functional Polymers, 45, 155-173 (2000)II. Palladium Sorption on Glutaraldehyde-Crosslinked Chitosan in Fixed-Bed SystemsN. Ruiz, A. M. Sastre, M. C. Zikan i E. GuibalJournal of Applied Polymer Science, 81, 153-165 (2001)III. Platinum and Palladium Sorption on Chitosan DerivativesF. Guibal, M. Ruiz, T. Vincent, A. M. Sastre i R. Navarro MendozaSeparation Science and Technology, 36 (5 & 6), 1017-1040 (2001)IV. Palladium Sorption Using Chitosan DerivativesN. Ruiz, A. M. Sastre, J. R. Degorce-Dumas i E. GuibalTexts of textes des affiche posters. International Water Association (2000). ISBN: 2-9515416-0-0V. Pd and Pt Recovery Using Chitosan Gel Beads. I. Influence of Drying Process on Diffusion PropertiesN. Ruiz, A. M. Sastre, E. GuibalSeparation Science and Technology (2002), en premsaVI. Pd and Pt Recovery Using Chitosan Gel Beads. II. Influence of Chemical Modification on Sorption PropertiesN. Ruiz, A. M. Sastre, E. GuibalSeparation Science and Technology (2002), en premsaVII. Influence of Drying Process of Chitosan Beads on the Sorption of Platinum and PalladiumN. Ruiz. A. M. Sastre i E. GuibalAdvances in Chitin Sciences, VI, (2002), en premsaVIII. Osmium and Iridium Sorption on Glutaraldehyde Crosslinked Chitosan Gel BeadsN. Ruiz, A. M. Sastre i E. GuibalSolvent Extraction Ion Exchange, sotmès per a publicació

Since the mid 1980s, Raman and X-ray fluorescence spectroscopy have become instrumental techniques that can be easily and successfully applied to chemical analysis. In this respect, scientific studies of works of art and the materials used in their creation are one of the fields that have received great impulse. Several reasons for the spectroscopic investigation of antiquities and art objects can be pointed out. One of them is the interest in the materials and techniques in use during a certain period or region. This knowledge may be utilized for roughly dating the art object (retrieving pigments with a known date of invention may indicate that the artifact dates from a more recent period). Another reason is that this analysis is a useful source of information during a restoration or conservation treatment, and signs of a previous restoration, retouching or even forgeries can be found. At the beginning of this century investigation in cultural heritage became an important research field that posed great scientific interest, requiring unprecedented interdisciplinary knowledge of a wide spectrum of areas such as history, archaeology, physics, chemistry, engineering, chemometrics and many other disciplines. On the other hand, improvements in the instrumental techniques used have been the goal of many important studies. Even more, in this decade the investigation has been focalized on the development of a new generation of instruments which allows the combination of complementary analytical techniques along with the advantage of portable instrumentation. Both improvements permit a robust and non-destructive chemical analysis of works of art which are difficult or impossible to study in a laboratory (highly valuable masterpieces, large paintings, and wall paintings). Chemometrics methods are the necessary complement to these instrumental improvements. In order to maximize the robustness of these instruments, automatic and robust data processing tools are needed to obtain the maximum possible information from a work of art. This doctoral thesis presents a framework to perform data-fusion systems for classification analysis of pigments investigated in the field of cultural heritage. These systems were developed and evaluated within a European Community research project, the main objective of which was to develop a portable micro Raman and micro X-ray fluorescence instrument (PRAXIS). The general aim of this doctoral thesis is to study different strategies for the implementation of Raman-XRF data-fusion systems, in order to improve classification analysis of pigments investigated in the field of cultural heritage. This study takes into account the nature of the different interferences usually encountered in these types of signals and its elimination by developing dedicated algorithms. Moreover, this study evaluates automation in classification analysis by developing inference systems.In order to reach that global aim these particular objectives are defined:1) To study the nature of stochastic events and signal interferences present in Raman and XRF spectroscopy in order to enable the implementation of chemometrics techniques for classification. This is done in more detail for Raman data, due to the fact that this technique is mainly used in this field for "fingerprint" analysis. The methodology used is Wavelet transform and the improvements achieved in this area are presented in a paper entitled Noise and background removal in Raman spectra of ancient pigments using wavelet transform. 2) To establish the capabilities of a fuzzy logic system for automatic pigment identification. This issue is presented in a paper entitled Fuzzy logic for identifying pigments studied by Raman spectroscopy.3) To review the current state-of-art of data-fusion in analytical chemistry and to establish actual data-fusion methodologies onto a Raman-XRF sensor fusion system. The performance of each data-fusion architecture is discussed in a paper entitled Micro Raman and X-ray fluorescence spectroscopy data fusion for the classification of ochre pigments. 4) To improve data-fusion methodologies by dual-domain analysis achieved by Wavelet transform. The achievements are presented in two papers Data fusion and dual-domain classification analysis of pigments studied in works of art and Data fusion in the wavelet domain by means of fuzzy aggregation connectives.5) To define the necessary parameters and propose a methodology to implement data-fusion strategies in Raman and XRF spectroscopy. StructureThe thesis has been structured in different chapters, each one containing the following information:Chapter 1 is a theoretical chapter; the first part gives an overview of the basic concepts and latest advances in the fields of micro-Raman spectroscopy and micro-X ray fluorescence spectrometry. The characteristics of a new instrument which combines both techniques are presented along with the improvements achieved in that area. In the second part, the background of chemometrics techniques used in this work is presented.Chapter 2 introduces the framework for the study of ancient pigments. It describes the nature of samples analyzed and gives an overview of the different techniques used in the creation of works of art throughout the years. Finally, the instruments used in this doctoral thesis for preliminary and final validation analysis are described.Chapter 3 deals with the data pre-treatment needed before applying chemometric techniques, both for classification and data-fusion. In that respect, the first part focuses on the principles of Wavelet transform as a tool to eliminate signal interferences. This chapter includes a paper in which the development of an innovative method to eliminate noise and background signals from Raman spectra simultaneously is presented. It has been successfully applied for Raman spectra of ancient pigments. Chapter 4 presents a preliminary study of automatic analysis of pigments by means of soft computing solutions such as Fuzzy logic. A published paper is presented in which Fuzzy logic is used to perform an automatic system for pigment identification. This study is extended to a fusion model and X-ray fluorescence analysis data is incorporated in the developed identification system. The ability of fuzzy logic to process imprecise information is described in the last part of this chapter.Chapter 5 deals with three data-fusion architectures and their analysis by means of hard computing solutions as Principal components analysis (PCA) and Partial least squares - discriminant analysis (PLS-DA). The models are implemented for the classification of a set of ancient pigments from Byzantine iconography. Benefits and drawbacks of each method are pointed out. Chapter 6 incorporates a new innovative strategy for data-fusion. The fusion of data in the wavelet domain is discussed and two approaches are presented for Raman and X-ray fluorescence data-fusion: Mid-level and High level dual domain data-fusion. Both are used and successfully applied for the automatic identification of pigments in classification problems with different levels of difficulty. Two papers are included in which both methods are used for the classification of ancient pigments, which face difficult identification problems. These two methods combine the benefits described in the previous chapters of this thesis with the consequent improvement of classification results. The developed systems are suitable to perform a rapid and automatic classification of ancient pigments.Chapter 7 presents a review of the state of the art regarding data-fusion. The different steps necessary to achieve a proper data fusion are discussed. Finally, Chapter 8 presents the conclusions of the thesis and suggests some possible issues for future research. Fusión de datos en espectroscopias Raman y de fluorescencia de rayos X para la identificación de pigmentos en trabajos de arte / Desde mediados de los años 80s, las espectroscopias Raman y de fluorescencia de rayos X (XRF) se pueden considerar técnicas instrumentales de fácil aplicación en el análisis químico. Uno de los ámbitos de gran aplicación de dichas técnicas se centra en el estudio científico de una obra de arte y de los materiales utilizados en su creación. Existen varias razones para la investigación de antigüedades y objetos de arte por medio de técnicas espectroscópicas. Una de ellas es el estudio de los materiales y técnicas aplicados durante un cierto período o en una determinada región. Este conocimiento puede ser muy útil para ubicar aproximadamente un objeto de arte en una determinada época o periodo. Otra razón es que este análisis es una importante fuente de información para la restauración o el tratamiento de conservación, y permite encontrar señales de una restauración anterior, de repintado o de falsificaciones. Desde el comienzo de este siglo, la investigación en el patrimonio cultural se sitúa como un campo de la investigación importante con un gran interés científico. Esta investigación, requiere un importante trabajo multidisciplinario que implica a especialistas en áreas como historia, arqueología, física, química, ingeniería, quimiometría y otras disciplinas. Por otro lado, el objetivo de muchos trabajos científicos y estudios importantes, ha sido el desarrollo y las mejoras en estas técnicas instrumentales de análisis. Más aun, en esta década la investigación está enfocada en el desarrollo de una nueva generación de instrumentos que permiten la combinación de técnicas analíticas complementarias junto con la ventaja de una instrumentación portátil. Ambas mejoras permiten un análisis químico robusto y no destructivo de los objetos de arte, en especial de aquellos en los que resulta difícil o casi imposible de estudiar en un laboratorio. Como por ejemplo obras de arte de gran valor y pertenecientes al patrimonio cultural del país, pinturas de grandes dimensiones y pinturas realizadas en murales. Los métodos Quimiométricos de análisis son el complemento necesario a estas mejoras instrumentales. Con objeto de aumentar al máximo la robustez de estos instrumentos, es necesario proveerlos de herramientas de procesamiento automáticas y robustas para obtener el máximo de información del objeto bajo estudio. Esta tesis doctoral, presenta un marco de referencia para realizar fusión de datos para la clasificación e identificación de pigmentos estudiados en el campo de patrimonio cultural. Estos sistemas se desarrollan y evalúan dentro de un proyecto de investigación de la comunidad europea. El objetivo principal de este proyecto ha sido desarrollar un instrumento portátil para realizar espectroscopias Raman y de fluorescencia de rayos-X (PRAXIS). El objetivo general de esta tesis doctoral es estudiar diferentes estrategias para el desarrollo de sistemas de fusión de datos Raman y XRF para mejorar la clasificación de pigmentos. Este estudio contempla la naturaleza de las distintas interferencias que habitualmente se encuentran en estos tipos de mediciones (espectros) y su eliminación por medio del desarrollo de metodologías adecuadas. También, se evalúa la posibilidad de automatización en el proceso de clasificación. Para alcanzar este objetivo global, se definen los siguientes objetivos particulares: 1) Estudiar la naturaleza de eventos estocásticos (ruido) e interferencias habitualmente presentes en espectroscopia Raman y XRF, con el fin de facilitar la aplicación de técnicas quimiométricas de clasificación. Este estudio se realiza más profundamente para los espectros obtenidos por espectroscopia Raman, ya que es la técnica principalmente utilizada en este campo para una identificación del tipo "huella digital." La metodología usada es la transformada Wavelet y las mejoras logradas se presentan en un artículo titulado "Ruido y eliminación de señales de fondo en espectros Raman de pigmentos antiguos por medio de la transformada Wavelet". 2) Establecer un sistema de lógica difusa para la identificación automática de pigmentos. Este estudio se presenta en un articulo titulado "Lógica difusa para identificar pigmentos estudiados por espectroscopia Raman". 3) Estudiar la situación actual de aplicaciones y desarrollos de fusión de datos en química analítica y establecer las metodologías de fusión de datos reales en un instrumento Raman-XRF. Los resultados obtenidos en distintos modelos de fusión de datos se discute en un articulo titulado "Fusión de espectros Raman y de fluorescencia de rayos X para la clasificación de pigmentos ocres". 4) Mejorar las metodologías de fusión de datos por medio del análisis en el dominio dual dado por la transformada Wavelet. Los logros obtenidos se presentan en dos artículos "Fusión de espectros y análisis de clasificación en el dominio dual de pigmentos estudiados en obras de arte" y "Fusión de datos en el dominio Wavelet por medio de conectores de agregado difuso". 5) definir los parámetros necesarios y proponer a una metodología llevar a cabo las estrategias de fusión de espectros en espectroscopias Raman y XRF. Estructura La tesis ha sido la estructura en capítulos diferentes, donde cada uno contiene la siguiente información: El capítulo 1 es un capítulo teórico; donde en una primera parte se da una apreciación global de los conceptos básicos y de los últimos adelantos en espectroscopias Raman y de fluorescencia de rayos X. Las características de un nuevo instrumento que combina ambas técnicas se presentan junto con las mejoras logradas en él. En una segunda parte, se describen las técnicas quimiométricas usadas en este trabajo. El capítulo 2 describe la naturaleza de las muestras estudiadas y de su uso en la creación de obra de arte. Finalmente, se describen instrumentos Raman y XRF usados en esta tesis doctoral. El capítulo 3 presenta el tratamiento necesario en los datos antes de aplicar las técnicas quimiométricas, ya sea para la clasificación y/o fusión de datos. En ese sentido, se presenta un estudio de la aplicación de la transformada Wavelet como una herramienta para eliminar las interferencias señaladas. Este capítulo incluye un artículo en el que nosotros presentamos el desarrollo de un método innovador para eliminar simultáneamente las señales de ruido y fondo es espectros Raman. El capítulo 4 presenta un estudio preliminar del análisis automático de pigmentos por medio de la lógica difusa. Se presenta artículo donde la lógica difusa es utilizada para realizar un sistema automático de identificación de pigmentos. Este estudio se extiende a un modelo de fusión y por el cuál la información obtenida por XRF es incorporada en el sistema de identificación desarrollado. El capítulo 5 presenta tres arquitecturas de fusión de datos y el posterior análisis por medio de técnicas quimiométricas como el análisis de componentes Principal (PCA) y la regresión por mínimos cuadrados parciales para análisis discriminante (PLS-DA). Los modelos se llevan a cabo con el estudio de pigmentos antiguos referidos a la iconografía bizantina. Esta parte acaba señalando los beneficios y desventajas de cada método. El capítulo 6 presenta una nueva estrategia para la fusión de datos, que es la fusión de datos en el dominio del wavelet. Se discuten los fundamentos y se presentan dos modelos de fusión de datos Raman y XRF en el dominio wavelet: El nivel medio y el nivel alto, ambos se aplican a la identificación automática de pigmentos. Dos artículos son incluidos, donde se describen ambos métodos y se presenta su aplicación para la clasificación de pigmentos antiguos. El Capítulo 7 presenta un estudio sobre el estado actual en la investigación de fusión de datos y su aplicación en química analítica. Las etapas necesarias para desarrollar métodos apropiados de fusión de análisis. Finalmente, en el capítulo 8 presenta las conclusiones de la tesis y propone posibles trabajos de investigación futura.

La present tesi es va centrar en explorar noves estratègies de preparació i modificació de nanoarquitecturas basades en nanocebollas de carboni amb l'objectiu d'expandir les seves aplicacions mitjançant la construcció de nous sistemes de detecció amb propietats millorades. Aquests nanomaterials van ser preparats de manera controlada per escalfament de nanodiamant i van ser dipositats en superfícies d'elèctrodes. Es van obtenir dispersions en solució aquosa emprant interaccions supramoleculars i es van implementar en sensors per molècules petites, proteïnes i ADN amb alta sensibilitat. Encara que alguns d'aquests sistemes no van ser completament optimitzats, dels resultats obtinguts resulta evident el potential que posseeixen aquests materials en bioanàlisi donades les seves avantatges respecte a altres nanomaterials. Els resultats obtinguts també obren noves portes per a altres aplicacions, per exemple en electrònica molecular o cel·les fotovoltaiques en els quals poden exercir un paper important en el seu funcionament donades les seves propietats electròniques i interfacials. / La presente tesis se centró en explorar nuevas estrategias de preparación y modificación de nanoarquitecturas basadas en nanocebollas de carbono con el objetivo de expandir sus aplicaciones mediante la construcción de novedosos sistemas de detección con propiedades mejoradas. Estos nanomateriales fueron preparados de manera controlada por calentamiento de nanodiamante y fueron depositados en superficies de electrodos. Se obtuvieron dispersiones en solución acuosa empleando interacciones supramoleculares y se implementaron en sensores para moléculas pequeñas, proteínas y ADN con alta sensibilidad. Aunque algunos de estos sistemas no fueron completamente optimizados, de los resultados obtenidos resulta evidente el potential que poseen estos materiales en bioanálisis dadas sus ventajas con respecto a otros nanomateriales. Los resultados obtenidos también abren nuevas puertas para otras aplicaciones, por ejemplo en electrónica molecular o celdas fotovoltaicas en los que pueden ejercer un rol importante en su funcionamiento dadas sus propiedades electrónicas e interfaciales. . / The focus of the present thesis was to explore strategies for the preparation and modification of novel nanoarchitectures based on CNOs to expand their current applications in the construction of novel detection systems with improved performances. These nanomaterials were prepared in a controlled manner by nanodiamond annealing and were deposited on electrode surfaces by simple casting methods. They were successfully dispersed in aqueous solution using a supramolecular strategy and implemented in detection systems for small molecules, proteins and DNA with enhanced sensitivity and improved analytical properties. Although some of the biosensor platforms developed in this work were not fully optimized, it is clear that the use of carbon nano-onions in biosensing has many promising advantages over other nanomaterials. Our results also open up new possibilities for many other applications such as photovoltaics or molecular electronics in which the interfacial and electronic properties of carbon nano-onions can play an important role in the fabrication and performance of these devices.

An optimal strategy for monitoring water quality should be based on a combination of different technologies depending on the particularities of the system being observed. The final solution will be a combination of laboratory techniques, on-line instruments and statistical methods. In this case, the investigation was based on the Llobregat River basin in order to monitor natural and drinking waters after treatment in the Sant Joan Despi Water Treatment Plant (Barcelona). The thesis includes an optimization method for laboratory analysis of pharmacueticals in surface waters. 23 of the 28 compounds tested were detected. The highest concentrations were obtained for ß-blockers metoprolol and sotalol; the antibiotic ofloxacin; and lipid regulator gemfibrozil. Within the group of estrogens, estrone and estrone-3-sulfate were identified. The latter showed concentrations in some points high enough to induce estrogenic effects on aquatic organisms. A series of indexes have been developed for the assessment of the risks posed by certain substances found in the Llobregat River to the ecosystems. The methodology is based on comparison of average concentrations with the higher concentrations that have been proved to show no effect on the environment. According to the results, the studied metals (barium, copper, nickel and zinc) had higher rates than 1 for aquatic organisms. For the organic compounds, the most significant indexes are referred to the pesticides terbuthylazine, diazinon and MCPA; and the antibiotics ciprofloxacin and clarithromycin. When the relationship is established to the legal threshold, chlorpyrifos and lindane showed indexes above 1 over some months. The work also includes the development of indexes for measuring the potential danger of these substances to human health. The methodology considers the systemic and carcinogenic effects caused by the ingestion of water based on data from the World Health Organization (WHO) and the Information System Risk Assessment (RAIS). Over 5 years, systemic RAIS index drops from 0.64 to 0.42 for surface water and from 0.61 to 0.31 for potable water; the carcinogenic index is insignificant for the water inlet and varies from 4.2x10-05 to 7.4x10-06 for drinking water; WHO systemic index ranges from 0.41 to 0.16 for surface water and from 0.61 to 0.31 for potable water. All indices are below the thresholds, except for the carcinogenic risk in treated water in 2008 and 2009, where the rate is slightly above the limit. One of the technologies being explored to provide useful information for operators of water is UV-Visible spectrophotometry. A probe based on this technology along with statistical methods have been used to obtain a multivariate model that will predict the origins of water in the drinking water network of Barcelona. The analysis of the combination of the spectral fingerprints with conductivity, boron and fluoride was performed to improve predictability. The information that reports on the physical and chemical parameters in the water can be combined with toxicological information. An automatic biosensor was tested to measure its response to a series of priority pollutants. EC50 values (effective concentration that causes a 50% decrease in the activity; in mg L-1) were calculated for nonylphenol (0.03 and 0.06 for 15 and 30 min), triclosan (0.13 and 0.13), terbuthylazine (2.88 and 2.74), dimethoate (6.80 and 6.20), diclofenac (10.26 and 9.82), DBSS (50 and 39), diazinon (193 for 15 min), propanil (1594 for 15 min) and MCPA (2.0 for 15 min). For heavy metals, results were obtained with copper (II) (10.61 and 4.68), nickel (II) (317 and 222), chromium (III) (190 and 123) and iron (III) (52 for 15 min). / Una estrategia óptima para monitorizar la calidad del agua se debe basar en una combinación de diferentes tecnologías en función de las particularidades del sistema a supervisar. La solución final será una combinación de técnicas de laboratorio, equipos en continuo, y métodos estadísticos. En este caso, la investigación se ha basado en el río Llobregat, para monitorizar las aguas naturales o potables después de su paso por la potabilizadora de Sant Joan Despí (Barcelona). La tesis incluye una optimización del método para el análisis en laboratorio de fármacos en aguas superficiales. Se detectaron 23 de los 28 compuestos analizados. Las concentraciones más altas se obtuvieron para los ß-bloqueantes metoprolol y sotalol; el antibiótico ofloxacina; y el regulador lipídico gemfibrozilo. Dentro del grupo de los estrógenos, se identificaron estrona y estrona-3-sulfato . Esta última mostró concentraciones en algunos puntos suficientes para inducir efectos estrogénicos en los organismos acuáticos. Para la evaluación del riesgo para los ecosistemas de las sustancias que se encuentran en el río Llobregat, se han desarrollado una serie de índices. La metodología se basa en la comparación de las concentraciones medias con las concentraciones más altas que no tienen efecto en el medio ambiente. Según los resultados, los metales estudiados (bario, cobre, níquel y zinc) dieron índices superiores a 1 para los organismos acuáticos. En cuanto a los compuestos orgánicos, los índices más significativos son los referidos a los pesticidas terbutilazina, diazinón y MCPA; y a los antibióticos claritromicina y ciprofloxacina. Cuando la relación se establece con el umbral legal, clorpirifos y lindano mostraron índices superiores a 1 en algunos meses. Asimismo, se han desarrollado índices para medir el peligro potencial de estas sustancias en la salud humana. La metodología considera los efectos sistémicos y cancerígenos causados por la ingestión oral de agua basados en los datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS) y el Sistema de Información de Evaluación de Riesgos (RAIS). En 5 años, el índice sistémico RAIS desciende de 0,64 a 0,42 para aguas superficiales y de 0,61 a 0,31 para agua potable; el índice cancerígeno es insignificante para el agua de entrada y varía de 4.2x10-05 a 7.4x10-06 para agua potable; el índice sistémico OMS va de 0,41 a 0,16 para aguas superficiales y de 0,61 a 0,31 para agua potable. Todos los índices se encuentran por debajo de los umbrales, a excepción del riesgo cancerígeno en el agua tratada durante 2008 y 2009, donde el índice está ligeramente por encima del umbral. Una de las tecnologías que se explora para obtener información útil para los operadores de agua es la espectrofotometría Ultravioleta-Visible. En la red de agua potable de Barcelona, se utilizó una sonda basada en esta tecnología junto a métodos estadísticos, para obtener un modelo multivariante que sirva para predecir los orígenes del agua. Con el fin de mejorar la capacidad de predicción, se realizó el análisis de la combinación de las huellas espectrales con los parámetros: conductividad, flúor y boro. La información que refleja los parámetros físicos y químicos en el agua puede ser combinada con información toxicológica. Un biosensor automático ha sido probado para medir su respuesta a una serie de contaminantes prioritarios. Se calcularon los valores de EC50 (concentración efectiva que causa una disminución del 50% de la actividad en mg L-1) para nonilfenol (0,03 y 0,06 para 15 y 30 min), triclosán (0,13 y 0,13), terbutilazina (2,88 y 2,74), dimetoato (6,80 y 6,20), diclofenaco (10,26 y 9,82), DBSS (50 y 39), diazinon (193 para 15 min), propanil (1594 para 15 min) y MCPA (2,0 para 15 min). Para los metales pesados, los resultados se obtuvieron con cobre (II) (10,61 y 4,68), níquel (II) (317 y 222), cromo (III) (190 y 123) y hierro (III) (52 para 15 min).

La celiaquía, intolerancia al gluten, es una enfermedad autoinmune que afecta principalmente a la parte próxima del intestino delgado y que está presente en el 1% de la población mundial. La ingestión de gluten (proteína presente en el trigo, la cebada, el centeno) desencadena la producción de anticuerpos anti-gliadina (AGA) y anti-transglutaminasa tisular (anti-tTG) que pueden provocar inflamación y daños en el intestino delgado. La detección de estos anticuerpos mediante el uso de pruebas serológicas representa una alternativa rápida, confiable y no invasiva. El objetivo principal de esta Tesis es el desarrollo de inmunosensores usando monocapas de tioles autoensambladas en superficies de oro que sean rápidos, sensibles y de bajo coste, pero eficientes para su uso en muestras reales. Dos estrategias para inmovilizar los antígenos fueron exploradas: i) Usando monocapas autoensambladas de un alcanotiol bípedo, que posee grupos carboxílicos, ii) Introduciendo grupos disulfuro a través de los distintos grupos presentes en los antígenos: carboxílicos, aminos e hidroxilos. Ambas estrategias para construir los inmunosensores fueron optimizadas y usadas para la detección amperométrica de los marcadores serológicos de la celiaquía en muestras humanas de suero. / Coeliac disease (CD), a gluten-sensitive enteropathy, is an autoimmune disorder of the upper small intestine triggered from the gluten ingestion (cereal protein found in wheat, rye and barley) and affects 1% of the population around the globe. The ingestion of gluten, triggers the production of a series of autoantibodies against gliadin (AGA) and tissue transglutaminase (anti-tTG) which can provoke inflammation and damage some parts of the intestine. The detection of those antibodies through serological testing represent a non-invasive, fast and reliable approach. The main objective of this Thesis is the development of a sensitive, rapid and cost-efficient real-sample-oriented immunosensor using thiol-self assembled monolayers on gold surfaces. Two strategies for the antigen immobilisation have been investigated: i) The use of monolayers of a carboxylic acid-ended bipodal alkanethiol, ii) The introduction of disulfide groups through three different moieties of the antigens: amine, carboxylic and hydroxyl. Both immunosensor approaches were optimized and used for the amperometric detection of CD serological markers from human serum samples.

El objetivo de este trabajo es el estudio del paso transplacentario de sustancias de abuso durante el primer trimestre de la gestación mediante el análisis en matrices no convencionales de las principales drogas de abuso y sus metabolitos. Hemos analizado la exposición intrauterina a estas sustancias utilizando cuestionarios estructurados y la presencia de biomarcadores de exposición en la placenta y los restos fetales procedentes de 258 mujeres que interrumpieron voluntariamente su embarazo en la semana 12 de la gestación. Se hallaron 93 muestras pareadas positivas (36%), 65 en placenta y 50 en restos fetales. El 1.6% de los casos fueron positivos a cannabis, 2.7% a cocaína, 25.6% a tabaco y 5.8 % casos presentaban policonsumo. Los biomarcadores estudiados evidencian la capacidad de estas sustancias de atravesar la barrera placentaria en distinta extensión y demuestran que existe una infradeclaración del consumo de drogas de abuso entre la población estudia da. / The aim of this study is to analyze the transplacental transfer of drug abuse substances during the first trimester of pregnancy by analyzing the mainly substances of abuse and metabolites in unconventional matrices. We have analyzed intrauterine exposure to these substances with structured questionnaires and exposure biomarkers in placenta and fetal remains from 258 women who voluntarily terminated their pregnancy at 12 weeks of gestation. 93 matched samples were found positive (36%), 65 in placenta and 50 in fetal remains. 1.6% of the cases were positive for cannabis, 2.7% for cocaine, 25.6% for tobacco and 5.8% to more than one drug. These biomarkers show the capacity of these substances to cross the placental barrier to several extent and they also confirm that participants do not self-report drug abuse reliably.

El enriquecimiento de frutas y verduras con minerales, vitaminas o compuestos fisiológicamente activos de los que se deriven efectos potencialmente beneficiosos para la salud y la prevención de enfermedades, puede resultar crucial en el desarrollo de nuevos alimentos funcionales. Recientemente, los extractos de semillas y piel de uva se han convertido en un complemento nutricional muy extendido debido a su elevado contenido en compuestos fenólicos. Estos compuestos han mostrado ser altamente biodisponibles además de conferir excelentes beneficios para la salud. En los últimos años, la aplicación del tratamiento osmótico (TO) se ha propuesto como un método eficaz de introducir en el alimento cantidades controladas de los solutos presentes en la solución osmótica, deshidratándolo parcialmente.Un rango de alimentos sólidos enriquecidos con compuestos fenólicos de uva de diferentes fuentes fueron formulados mediante TO. Parámetros de proceso como la fuente y concentración de los compuestos fenólicos, la naturaleza y concentración de soluto osmo-activo en la solución osmótica, y la estructura del alimento fueron investigados. Además el efecto de un post-tratamiento tal como el secado convectivo en la estabilidad y la capacidad antioxidante de fenólicos de uva impregnados en el alimento tratado osmóticamente fue estudiado.Los resultados confirman que TO es la tecnología adecuada para explotación de geles alimenticios, frutas y verduras como matrices en las cuales los ingredientes funcionales pueden ser incorporados con éxito para proporcionar productos funcionales de humedad intermedia. El mosto concentrado de uva y extractos comerciales de semilla de uva y orujo de uva blanca fueron utilizados como suplementos nutricionales. Su alto contenido en compuestos fenólicos los hacen una fuente ideal de antioxidantes naturales. / The enrichment of fruits and vegetables with minerals, vitamins or physiologically active compounds that have potential benefits in terms of health maintenance and disease prevention may be a crucial way of developing new functional foods. Recently, extracts from grape seeds and skins have become a widespread nutritional supplement, because of their high content of phenolic compounds. These compounds have been shown to be highly bioavailable and to provide excellent health benefits. In the last few years, it has been suggested that osmotic treatment (OT) is a useful way of introducing controlled quantities of solution solutes into food and partially dehydrating it at the same time. A range of solid foods enriched with grape phenolics from several sources were formulated using OT. Process parameters such as the source and concentration of the phenolic compounds, the nature and concentration of the osmo-active solute in the osmotic solution, and the food structure were investigated. Moreover the effect of a post treatment such as convective air drying on the stability and antioxidant properties of the grape phenolics infused in the osmo-treated food was studied.The results confirm that OT is a suitable technology for the exploitation of jelly foods, fruits and vegetables as matrices into which functional ingredients can be successfully incorporated to provide novel functional products of intermediate moisture. Concentrated red grape must and commercial grape seed and white grape marc extracts were successfully used as nutritional supplements. Their high content in phenolic compounds makes them ideal sources of natural antioxidants.

Aquest treball presenta nous avenços de la tècnica AGNES (Absence of Gradients and Nernstian Equilibrium Stripping) per a la determinació de Cd, Pb i principalment Zn, en sistemes sintètics i naturals. Entre els progressos, es destaquen: i) estratègies que permeten abordar l’anàlisi d’altes concentracions de metall reduït dins de l’amalgama, evitar la interferència d’intermetál•lics CuxZn en la determinació del Zn2+, determinar la capacitat complexant d’una matriu complexa com el vi respecte a Zn2+ i sondejar el factor de preconcentració aconseguit després d’un cert temps de deposició en el límit de difusió; ii) la validació d’AGNES amb Donnan Membrane Technique (DMT), i iii) la seva aplicació en extractes de sòls. / Este trabajo presenta nuevos avances de la técnica AGNES (Absence of Gradients and Nernstian Equilibrium Stripping) en la determinación de Cd, Pb y principalmente Zn, en sistemas sintéticos y naturales. Entre los logros se destacan: i) estrategias que permiten abordar el análisis de altas concentraciones de metal reducido dentro de la amalgama, evitar la interferencia de intermetálicos CuxZn en la determinación del Zn2+, determinar la capacidad complejante de una matriz compleja como el vino con respecto a Zn2+ y sondear el factor de preconcentración alcanzado después de un cierto tiempo de deposición en el límite de difusión; ii) la validación de AGNES con Donnan Membrane Technique (DMT), y iii) su implementación en extractos de suelos. / This work presents advancements of AGNES technique (Absence of Gradients and Nernstian Equilibrium Stripping) for the determination of Cd, Pb and, mainly Zn, in synthetic and natural systems. The achievements include: i) strategies to tackle the analysis of high metal concentrations inside the amalgam, to avoid the interference from the intermetallic compounds CuxZn in the Zn2+ determination, to determine the complexing capacity of a complex matrix, such as wine for Zn2+, and to sound the preconcentration factor attained after a certain deposition time under diffusion limited conditions; ii) validation of AGNES with Donnan Membrane Technique (DMT), and iii) its implementation to soils extracts.