La demanda de métodos analíticos rápidos, sencillos, económicos, respetuosos con el medio ambiente y que permitan realizar análisis descentralizados y en tiempo real es cada vez mayor. Para cumplir con estos objetivos, la miniaturización de las metodologías y dispositivos utilizados resulta fundamental. Cuando se habla de la miniaturización de un método de análisis conviene considerar por separado dos partes del proceso analítico total: (a) la preparación de la muestra; y (b) la separación-detección (i.e., proceso de medida). La miniaturización de la preparación de la muestra se ha convertido en una tendencia dominante dentro de la Química Analítica actual, dando lugar a nuevas técnicas de microextracción en fase sólida y en fase líquida. Estas técnicas miniaturizadas reducen el consumo de muestra y reactivos, los tiempos de análisis, costes y riesgos, con todas las ventajas que estos avances suponen. Por otro lado, la miniaturización de los sistemas de separación-detección no ha alcanzado el mismo grado de desarrollo que el de la preparación de la muestra, debido a la complejidad de la instrumentación analítica y de la tecnología necesaria para tal fin. Por tanto, hace falta realizar un mayor esfuerzo investigador para miniaturizar las técnicas instrumentales existentes o utilizar las actualmente disponibles en formato miniaturizado pero que han sido escasamente utilizadas tras una etapa de microextracción. En este sentido, los sensores electroquímicos son una opción especialmente interesante y prometedora por tratarse de una tecnología en formato miniaturizado muy desarrollada y de bajo coste.

Hoy en día, como consecuencia del gran desarrollo de las metodologías de análisis, han surgido nuevas necesidades analíticas que son cada vez más exigentes, demandando análisis rápidos, fiables, in-situ, ecológicos y con instrumentación relativamente de bajo coste. Para cumplir estos ambiciosos objetivos, las nuevas tendencias de la química analítica van encaminadas hacia la miniaturización de las metodologías de análisis y el uso de detectores disponibles en formato compacto. La espectrometría de plasmas producidos por láser (Laser-Induced Breakdown Spectrometry, LIBS), es una técnica que presenta unas características que podrían cumplir con estas nuevas necesidades analíticas y que son difícilmente abordables por otras técnicas de análisis establecidas más sensibles, pero más complejas y costosas. LIBS es una técnica de análisis elemental que emplea como fuente de excitación un láser altamente energético que es enfocado en un pequeño punto de tamaño submilimétrico de la muestra, provocando la generación de un intenso plasma que se caracteriza por una elevada temperatura y densidad electrónica (plasma inducido por láser). En el seno de este plasma, el material objeto de análisis es vaporizado, reducido a su forma elemental y excitado. Las especies emisoras (iones o átomos neutros) se identifican resolviendo espectral y temporalmente la emisión del plasma, lo que se utiliza para obtener información cuantitativa y/o cualitativa sobre la composición elemental de la muestra. Mediante esta técnica, es posible analizar cualquier sustancia independientemente del estado de agregación en que se encuentre sin la necesidad de condiciones ambientales específicas para su uso (i.e., utilización de gases especiales (Ar, He, etc.) o condiciones de baja presión o vacío), lo que simplifica y abarata tanto el coste del análisis como de la instrumentación requerida. Además, teniendo en cuenta que un espectro LIBS puede ser adquirido en tiempos del orden de microsegundos, puede considerarse una técnica de análisis rápida que, adicionalmente, proporciona información multielemental. También es extremadamente flexible desde el punto de vista experimental, ya que todos sus componentes (láseres, detector, óptica, electrónica, etc.) pueden ser miniaturizados y el sistema completo puede ser fácilmente automatizado, lo que la hace especialmente interesante para su aplicación al análisis en línea e in-situ. Por todas estas características, la técnica LIBS es muy atractiva desde el punto de vista de las nuevas tendencias de la química analítica. Por otra parte, como cualquier técnica analítica, posee una serie de limitaciones. Aunque en principio, la técnica LIBS puede ser utilizada para el análisis de muestras de muy distinta naturaleza (sólidas, líquidas, gaseosas o aerosoles), lo cierto es que su principal campo de aplicación ha sido fundamentalmente el análisis de muestras sólidas. Este hecho se debe principalmente a la baja sensibilidad y reproducibilidad del análisis LIBS de líquidos. Esta falta de sensibilidad se debe principalmente a la diferente evolución del plasma LIBS cuando se encuentra confinado en un medio líquido. La duración del plasma debido a este efecto de confinamiento es menor, reduciendo también el tiempo de vida del estado excitado de los analitos y resultando en una señal más difícil de separar del fondo continuo de emisión. Además, una elevada porción de la energía "del plasma" generado es disipada como energía “no radiante”. Por una parte, debido a los fuertes efectos mecánicos que se producen al inducir el plasma en la densa masa líquida (i.e., onda de choque, burbuja de cavitación, etc.) y, por otra, debido a la vaporización de líquido, quedando sólo una pequeña fracción de energía que puede convertirse en energía radiativa. Estas limitaciones en la sensibilidad han sido abordadas en la literatura mediante el desarrollo de diferentes estrategias experimentales para el análisis LIBS de líquidos (i.e., análisis mediante la técnica LIBS de doble impulso, conversión de la muestra líquida a sustrato sólido, etc.). Pese a estos esfuerzos, este aumento de la sensibilidad ha sido, hasta la fecha, o bien insuficiente, o bien logrado mediante procedimientos de preparación de muestras complejos, con diversas etapas y difíciles de automatizar. Por este motivo, el objetivo fundamental de este trabajo de tesis doctoral ha sido la sensibilización de la técnica LIBS mediante la obtención de nuevos métodos de preparación de la muestra que puedan ser combinados con LIBS y que resulten simples, miniaturizados o fácilmente miniaturizables, y con posibilidades de automatización. De esta forma, se busca extender la aplicabilidad de LIBS para el análisis de “elementos traza” en muestras líquidas que puedan ser utilizados in-situ. En el capítulo 3 de esta memoria de tesis se ha evaluado la combinación de LIBS con una técnica de nebulización automática que permite la creación de películas sólidas homogéneas a partir de muestras líquidas, la deposición por electrospray. De esta forma, se realiza una conversión automática de la muestra líquida a matriz sólida que puede ser directamente interrogada por el sistema LIBS, sin necesidad de etapas intermedias entre la preparación de la muestra y la detección. Las películas finas obtenidas pueden ser directamente interrogadas por el sistema LIBS. Por otra parte, en los capítulos 4, 5 y 6 se ha evaluado la combinación de metodologías de microextracción en fase sólida con LIBS, ya que estas nuevas técnicas han demostrado ser rápidas, ecológicas y altamente eficientes en la extracción de los analitos de interés de las muestras líquidas. Además, son especialmente interesantes para ser combinadas con LIBS, ya que los analitos quedan retenidos directamente en una matriz sólida que puede ser fácilmente interrogada por LIBS, sin la necesidad de realizar la etapa de desorción o elución de los analitos requerida con otras técnicas de detección convencionales. De esta forma, en el Capítulo 4 se ha evaluado el uso de un material adsorbente de elevada eficiencia (i.e., el óxido de grafeno) para su uso en un procedimiento de microextracción en fase sólida en modalidad dispersiva (DSPME), y se ha comparado con un material clásicamente utilizado en extracción, el carbón activo; demostrándose las ventajas del uso de óxido de grafeno para el análisis de trazas mediante DSPME-LIBS. En los capítulos 5 y 6 se ha evaluado la combinación de la modalidad de microextracción en película delgada con la detección por LIBS (TFME-LIBS), ya que es un procedimiento eficiente y fácilmente automatizable. Pese a estas ventajas, las características morfológicas de las películas adsorbentes tienen un papel muy importante tanto en la etapa de microextracción como en la detección LIBS. Por este motivo, en estos dos últimos capítulos se han estudiado diversas modalidades de generación de películas finas para TFME, así como las capacidades analíticas de los procedimientos TFME-LIBS desarrollados.

D'entre els defectes organolèptics associats al vi, en destaca l'anomenat "gust de suro" habitualment vinculat a la presència de cloroanisoles, els quals són productes de l'activitat microbiana formats a partir dels corresponents clorofenols. La present tesi doctoral recull, en primer lloc, metodologies analítiques adreçades principalment a la determinació dels compostos clorofenòlics (2,4,6-triclorofenol, 2,3,4,6-tetraclorofenol i pentaclorofenol) en el control de qualitat dels taps suro, emprant dissolucions hidroalcohòliques com a medi de maceració o d'extracció i utilitzant les tècniques d'extracció en fase sòlida (SPE) i microextracció en fase sòlida (SPME) acoblades a la cromatografia de gasos (GC).En segon lloc, per tal de dur a terme l'anàlisi de cloroanisoles juntament amb els seus precursors en matrius de suro s'ha avaluat un mètode basat en l'extracció amb dissolvent orgànic, el qual ha estat aplicat per a l'estudi de diferents sistemes d'eliminació d'aquests anàlits en la matriu citada. En darrer lloc, s'han proposat metodologies per l'anàlisi de mostres de vi, en les quals d'una banda s'han determinat els compostos clorofenòlics utilitzant la SPME i de l'altra el 2,4,6-tricloroanisole i el 2,4,6-tribromoanisole mitjançant l'acoblament de la SPE i la injecció de grans volums (LVI) en el sistema cromatogràfic. / The organoleptic defect known as cork taint is associated with a musty or mouldy aroma in wine. Chloroanisoles, which are produced through a process of detoxification by fungal methylation of chlorophenolic compounds, are considered to be the main contributory substances. In the present work, analytical methods for the determination of chlorophenols (2,4,6-trichlorophenol, 2,3,4,6-tetrachloropheol and pentachlorophenol) in cork matrices using the solid-phase extraction (SPE) and the solid-phase microextraction (SPME) as preconcentration techniques were evaluated. Therefore, hydroalcoholic solutions have been proposed as extractant solvent in order to test the quality of cork stoppers.Furthermore, a methodology based on extraction with an organic solvent for the simultaneous determination of chloroanisoles and chlorophenols in cork matrices was proposed. This methodology was applied with the aim of checking the efficiency of several washing treatments to remove the target analytes in naturally contaminated cork samples.Finally, different procedures have been developed for the analysis of wine samples. On one hand, chlorophenols were quantified by employing a SPME method. On the other hand, a reliable SPE method coupled to large volume injection was proposed for the determination of both 2,4,6-trichloroanisole and 2,4,6-tribromoanisole.

Hippocrates predicted many years ago that breath could tell something related with our health. On his treaties, he indicated that when the body starts moving after sleeping, and breathe with more frequency, something hot and acid is expelled with air. It is possible to predict a disease from breath, but it has not been until recent years that last developments in breath analysis has allowed to detect compounds precisely and to associate the presence of these compounds to certain diseases. The use of breath analysis in clinical diagnosis and exposure to contaminants presents great advantages as this is a non-invasive technique, compared with other techniques such as blood or urine analyses. Two new instrumental methodologies have been developed in the present thesis, which are based on adsorbent micro-traps, specifically designed for the analysis of volatile compounds in breath and environmental samples. These equipments are versatile and low cost, compared to other commercially available instrumentations. One of the methodologies developed has been designed for the analysis volatile compounds in breath samples, showing efficiency and resolutions unknown up to know. It has allowed detecting exposure to volatile contaminants in a range of concentrations that the current techniques cannot achieve. The second equipment has been developed for the analysis of the same contaminants in other biological matrixes, in this case blood. It has been used to assess the mechanism followed by the inhaled compounds when entering the human body. These new methodologies were evaluated in different exposure studies. 2,5-dimethylfurean was detected with a high sensitivity and allowed to determine the smoking habits of a wide group of individuals, also 48 hours after smoking. The levels of contamination due environmental tobacco smoke were also evaluated in different environments. The high sensitivity of the developed techniques allowed us to demonstrate the contamination of passive smokers by environmental tobacco smoke (ETS) after few hours of being in contact with. Breath levels of the smoking biomarker after few hours in contact with ETS where at the same level that those found in smokers who smoke few cigarettes per day / Que l’alè ens deia alguna cosa de la nostra salut ja ho va intuir Hipòcrates. Al Tractat Mèdic hi va escriure: “Així, doncs, quan el cos es posa en moviment després de dormir i respira amb més freqüència, quelcom calent i àcid és expulsat amb l’aire. D’això en venen malalties si hom no pren precaucions.” Sí, de l’olor de l’alè s’intuïen malalties però no ha estat fins als darrers anys, que els nous avanços en les tècniques d’anàlisi no han proporcionat els mecanismes adients per detectar els compostos de forma inequívoca i poder associar la seva presència a l’alè a determinades malalties. Tant des d’un punt de vista mèdic com d’exposició a contaminants, el principal avantatge de poder disposar d’una anàlisi d’alè consisteix en la metodologia diagnòstica, que no és invasiva i, per tant, no presenta els inconvenients associats a altres tècniques convencionals, com son l’anàlisi de sang i d’orina. En aquesta tesi s’han desenvolupat dos noves metodologies instrumentals, basades en micro-trampes d’adsorció, especialment dissenyades per a l’anàlisi de compostos volàtils en mostres gasoses, principalment mostres ambientals i mostres d’alè humà. Aquests nous equipaments es caracteritzen per la seva versatilitat i molt baix cost, si es comparen amb els equips comercials actuals. Un dels prototips s’ha dissenyat per a l’anàlisi de mostres d’alè, mostrant una eficàcia i resolució desconeguda fins ara, el que ha permès detectar l’exposició a contaminants volàtils a uns nivells que les tecnologies actuals no permeten assolir. El segon equipament ha estat desenvolupat per permetre analitzar els mateixos contaminants en matrius biològiques, en aquest cas sang, i poder determinar de quina manera i en quin percentatge els compostos que inhalem per exposició arriben a entrar en el cos humà. Aquestes noves metodologies s’han avaluat en diferents estudis d’exposició. S’ha pogut detectar un compost, el 2,5-dimetilfuran, amb una elevada sensibilitat per a la detecció de l’hàbit fumador de les persones, inclús després de més de 48 h d’haver fumat una cigarreta. També s’han estudiat els nivells de contaminació pel fum ambiental del tabac que tenen lloc en diferents ambients (locals de fumadors i no-fumadors). L’elevada sensibilitat de les tècniques desenvolupades ha permès demostrar “in-situ” per primera vegada que els fumadors passius només requereixen unes poques hores de contacte en un ambient contaminat pel fum del tabac per presentar nivells de contaminació a l’alè similars als dels fumadors de poques cigarretes al dia