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

The chemical contamination of natural waters is a global problem with a worldwide impact. Considering the relevance of this problem, this thesis is intended, on one hand, to develop different separation/preconcentration techniques based on membranes ability to permeate anions for the transport of toxic oxyanions of chromium(VI) and arsenic contained in aqueous matrices. In particular, we have investigated supported liquid membranes and polymer inclusion membranes, both of which contain the commercial quaternary ammonium salt Aliquat 336 as a carrier, as well as commercial anion exchange membranes. On the other hand, we have focused on the development of chemical sensors to facilitate the monitoring of several metals from different aqueous matrices. Thus, a selective optical sensor for Cr(VI) based on polymeric membranes containing Aliquat 336 as an ionophore has been designed. Additionally, mercury-based screen-printed electrodes have been evaluated for for cadmium, lead, copper and zinc detection. / La contaminació química de les aigües naturals és un problema global amb repercussió a nivell mundial. Donada la rellevància que té aquesta problemàtica, en la present tesi s’han desenvolupat d’una banda tècniques de separació/preconcentració basades en diferents sistemes de membrana en què el mecanisme de transport proposat és un bescanvi aniònic per als oxoanions tòxics de crom(VI) i arsènic presents en matrius aquoses. Concretament, s’ha treballat amb membranes líquides suportades que contenien el portador comercial Aliquat 336, membranes d’inclusió polimèriques amb el mateix portador i membranes de bescanvi aniònic comercials. D’altra banda, s’ha treballat en el desenvolupament de diferents sensors químics per monitoritzar diversos metalls presents en matrius aquoses. Així, s’ha dissenyat un sistema de sensor òptic selectiu a Cr(VI) basat en membranes polimèriques utilitzant també el portador Aliquat 336 i s’ha desenvolupat un sistema de monitorització per plom, coure, cadmi i zinc basat en microelèctrodes serigrafiats modificats amb mercuri.

El presente trabajo de investigación titulado "Desarrollo de un Sistema Integrado para Monitorización "in situ" de metales pesados", trata de la puesta en marcha de un nuevo sistema de medida potenciométrico portátil para la determinación cuantitativa de metales pesados tóxicos al medio ambiente para medidas en el campo.Comprende tres áreas disciplinarias: En la primera área, la electroquímica, se desarrollan sensores químicos que a su vez se dividen en tres etapas: En la primera etapa, se estudia la fabricación de electrodos convencionales de cabezal reemplazable selectivos a los cationes de cobre(II), cadmio(II) y plomo(II). En la segunda etapa, el estudio de nuevos electrodos selectivos a los mismos cationes del estudio anterior en configuración plana basado en tecnología "thick film", adaptada a nuestras necesidades de fabricación mediante la técnica de moldeo ("casting"). Por último, en la tercera etapa, se estudia la fabricación de electrodos de referencia de configuración plana con la misma tecnología.La segunda área es la informática, en la que se desarrolla un paquete de herramientas basado en "software" de LabVIEW versión 5.1, con el nombre de Instrumentación Virtual para el Control Potenciométrico de Sensores Químicos, (en inglés "VIPCCHES"). Este paquete está capacitado para el tratamiento de la información que contienen las señales analíticas procdentes de los sensores. Tiene tres funciones importantes. La primera función es la calibración de los electrodos por dos métodos: calibración externa continua y calibración externa discontinua, ambos en dos modos de operación, modo individual y modo "array" de electrodos.Una segunda función del paquete VIPCCHES es la adquisición de datos en modo continuo de un electrodo o un array de electrodos, permitiendo al usuario programar las medidas necesarias en tiempos de adquisición variables. La tercera función operativa del programa, es la realización de análisis de muestras de metales para un electrodo o un "array" de electrodos. El valor de la señal adquirida es promediado y éste es confrontado con una curva de calibración del electrodo plano de manera automática, presentando los resultados de manera gráfica y numérica. Finalmente, los resultados pueden ser tratados mediante programas estándar tipo Excel.En el área de la electrónica, se ha construido un dispositivo para procesar las señales que proceden de los electrodos planos de nombre "SPPAE" que permite la adecuación de las señales a la Tarjeta de Adquisición de Datos (TAD) en el ordenador. Está diseñado con filosofía de expansión, por medio de módulos de amplificación y filtrado (anti-aliasing) que se insertan en un Bus de alimentación.La integración de estos tres sistemas (electrodos de configuración plana, el SPPAE y el VIPCCHES) forman parte del Sistema Integrado para Monitorización Ambiental que conocemos como SIMA estando dicho sistema capacitado para realizar análisis "in situ" de metales pesados. / In this work, a Integrated System for monitoring in situ of heavy metals was developed. Include three disciplinary areas, the electronic, the information technology and the electrochemical. The first step was development now chemical sensors selective to cationes using thick film technology. The second task was the development of one virtual instrument (VI), which is the essential part of the system, using the graphical programming language LabVIEW which is capable of performing measurements functions, including data acquisition, display, analysis in the time and frequency domains, data archiving and read to file. Finally its build a signals processor, for the now plane and miniaturised electrodes. The installations of these elements in a portable computer consist in the Integrated System.Keywords: thick film, chemical sensors, integrated systems, virtual instrumentation, signals processor, in situ measurements, monitoring, heavy metals.