The aim of this Doctoral Thesis is the development of novel polymeric materials for different sorptive extraction techniques, such as solid-phase extraction (SPE) and stir bar sorptive extraction (SBSE). Both techniques were applied in liquid-chromatography and tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) for determining a group of emerging contaminants, such as pharmaceuticals, illicit drugs and personal care products, from wastewater samples. To improve the detection of these contaminants in several environmental samples at low levels of concentrations, extraction techniques have to enable a high enrichment factor and high selectivity towards the analytes of interest removing interfering compounds. In this Doctoral thesis, a molecularly imprinted polymer (MIP) specific for a group of non-steroidal and anti-inflammatory drugs (NSAIDs) and other polymeric material with strong cation-exchange behaviour were evaluated as sorbents for SPE. Moreover, different monolithic materials with a polar nature were also synthesised to be used as coatings for SBSE and as a result, favour the extraction of more polar compounds / La present Tesi Doctoral té com a objectiu principal el desenvolupament de nous materials per a diferents tècniques d’extracció per sorció, com són l’extracció en fase sòlida i l’extracció mitjançant barres magnètiques agitadores. Ambdues tècniques van ser aplicades a la cromatografia de líquids seguida de l’espectroscòpia de masses en tàndem (LC-MS/MS) per a la determinació de diversos contaminants orgànics considerats com emergents, com són fàrmacs, drogues d’abús i productes d’higiene personal. Per tal de millorar la detecció d’aquests compostos en diferents mostres mediambientals a baixes concentracions, les tècniques d’extracció han de permetre un gran factor de preconcentració, selectivitat cap als analits d’interès i a la vegada eliminar interferències. En aquesta tesi, un polímer comercial d’empremta molecular específic per a un grup de fàrmacs (non-steroidal and antiinflammatory drugs (NSAIDs)) i un altre polímer d’intercanvi catiònic fort sintetitzat al laboratori van ser avaluats com a sorbents per a l’extracció en fase sòlida. A més a més, diferents materials monolítics de caràcter polar van ser també sintetitzats per recobrir barres magnètiques agitadores i així afavorir l’extracció de compostos de polaritat mitjana i elevada.

La electroforesis capilar (CE) es una técnica de separación basada en la migración diferencial de una mezcla de analitos bajo la acción del campo eléctrico. La CE ha sufrido una gran desarrollo a nivel de investigación en la última década pero su implantación a nivel industrial ha sido reducida. La gran variedad de productos y los numerosos controles que implica el control de calidad en la industria ha conducido al desarrollo de técnicas rápidas y con una amplia gama de aplicaciones como la CE. En esta tesis re realiza un estudio sobre la aplicación de esta técnica a campos diversos como el seguimiento de un proceso de oxidación de interés medioambiental o el establecimiento de nuevos métodos de análisis de productos farmacéuticos.La oxidación de los blanqueantes ópticos utilizados en la industria textil o de la detergencia frente al hipoclorito de las lejías es una de las problemáticas analizadas. La CE se muestra como una técnica idónea para separar e identificar los productos de oxidación del blanqueante con la lejía y permite demostrar que se forman productos no clorados de bajo impacto medioambiental.El control de calidad en la industria farmacéutica es especialmente riguroso porque el producto final está destinado a consumo humano. La determinación del contenido de principio activo, de impurezas relacionadas, la uniformidad de contenido por unidad de dosis o los tests de estabilidad son ensayos habituales en un laboratorio farmacéutico. El elevado poder de resolución de la CE la hace una técnica adecuada para este tipo de ensayos donde es habitual la separación de compuestos con una estructura química muy parecida. En esta memoria se aplica la técnica a la separación de ocho alquilxantinas usadas en la farmacopea española. El comportamiento electroforético de la mezcla ha sido estudiado y la conclusiones extraídas han sido aplicadas para proponer un método alternativo y ventajoso, respecto al cromatográfico, para el análisis de un fármaco que contiene tres alquilxantinas.La industria farmacéutica necesita para la determinación de impurezas relacionadas con el principio activo (impurezas de síntesis o productos de degradación) una técnica con sensibilidad y poder de resolución suficiente. El contenido del enantiómero minoritario en principio activos enantioméricamente puros es un ejemplo de este tipo de ensayos. La CE es una técnica muy exitosa en el campo de las separaciones quirales por su alta eficacia y por la variedad de selectores quirales disponibles. La elección de este selector implica la realización de diversas pruebas de ensayo y error hasta encontrar un selector adecuado. En esta tesis se proponen algunos criterios relacionados con la estructura del analito que facilitan esta selección. Estos criterios se usan para la enantioseparación de Dopa y Ketoprofeno, dos principios activos comercializados en su forma enantioméricamente pura. Se desarrollan métodos de análisis en condiciones quirales y aquirales que permiten determinar, respectivamente, el contenido total de principio activo y del enantiómero minoritario. De todo lo anterior, se deduce que la CE es una técnica válida y en muchos casos ventajosa para desarrollar métodos de análisis para compuestos de interés medioambiental y farmacéutico. / Capillary electrophoresis (CE) is a separation technique based on differential migration of solutes in an electrical field. CE has been widely used in Univeristy investigations but its applications in the industry field are very reduced. CE is usually faster and more flexible compared with other separations techniques and those characteristics make CE a good alternative for quality control in industry. The goal of our work is to apply CE to develope methods for quality control in the textile and pharmaceutical industry.The instability of fluorescent whitening agents (FWAS) with hypochlorite contained in bleach is a major issue in the textile industry. CE is a very useful technique to separate and to identify products formed during this oxidation. Results show that the products formed are not dangerous for the environment and contain no chlorine.Quality control in the pharmaceutical industry is very rigorous because the final product is bound for humans. Active principle or related impurities determinations are usual assays in pharmaceutical companies. The high efficiency of electrophoretic separations make CE very suitable for the separation of compounds with a similar structure. In this way, CE has been used to study the electrophoretic behavior of a mixture of alkyl-xanthines used in pharmaceuticals. The conclusions obtained allow us to propose a new method applied for the quality control of a pharmaceutical containing three broncodillators.The enantiomeric impurity contained in active principles marketed as single enantiomer is a determination that demands good resolution and sensitivity. CE is a very succesful technique for Chiral separations. Hoiwever, the most suitable chiral selector is usually elected by trial and error, wich is expensive and time-consuming. We propose some criteria for their election in terms of molecular size, charge and the presence of specific functional groups in the analyte with a view to minimizing the number of trials needed. These criterias has been used to propose new method to control the enantiomeric impurity in Dopa and Ketoprofen pharmaceuticals. Taken all this into account, we conclude that CE is a valid and useful technique for investigations in environmental or pharmaceutical fields.

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En aquesta tesi, s'estudia l'aplicació de l'espectrometria NIR al control del procés de producció de fibres acríliques; per això, es determina la concentració de diferents espècies químiques que intervenen al procés productiu i també un paràmetre físic com és la densitat lineal.Les espècies químiques determinades són els components de la solució d'extrusió per obtenir la fibra (tiocianat sòdic i copolímer d'acrilonitril i acetat de vinil), els olis d'acabat que s'apliquen al final del procés per millorar certes propietats de la fibra i la humitat residual. Per dur a terne cadascuna d'aquestes determinacions s'empra un model de calibratge dissenyat i optimitzat per obtenir resultats de qualitat.Amb l'objectiu de seleccionar el model de calibratge correcte per a cada oli d'acabat, es duu a terme un estudi de classificació de les fibres segons el tipus d'oli aplicat. Degut a la gran semblança entre alguns dels cinc olis d'acabat emprats, les tècniques de classificació aplicades no han permès distingir-los, sent necessari unir en una sola classe dos olis d'acabat.Les característiques de l'espectrometria NIR tals com: ràpid enregistrament dels espectres, nul tractament de la mostra, incorporació tant d'informació física com química i ràpida obtenció de resultats de diversa índole la fan idònia per aquests tipus d'aplicacions. Malgrat això, exigeix la utilització de tècniques de calibratge multivariable per a l'obtenció de resultats, tant per a la classificació com la determinació de paràmetres d'interès. S'han emprat les tècniques de Regressió en Components Principals (PCR), Regressió Parcial en Mínims Quadrats (PLSR), versions no lineals d'ambdues, SIMCA i Xarxes Neuronals Artificials (ANN). S'han seleccionat les més adequades a cada estudi de determinació per assegurar la qualitat dels resultats obtinguts.Per poder determinar correctament la concentració de les diferents espècies químiques ha estat necessari aplicar pre-tractaments matemàtics com SNV per minimitzar l'efecte de desplaçament dels espectres produït per la diferent densitat lineal de les mostres.L'aplicació de tècniques quimiomètriques no lineals ha permès resoldre casos on existia un comportament no lineal, com ha estat la determinació de la densitat lineal o del contingut en aigua; l'aplicació d'aquestes tècniques ha permès obtenir millors resultats que quan s'empren tècniques quimiomètriques clàssiques com PCR o PLSR.Els resultats obtinguts amb l'aplicació dels diferents models construïts són de qualitat i poden ser emprats per dur a terme un correcte control del procés de producció i acabat de les fibres acríliques. / In this thesis, it has been studied the application of NIR spectrometry to the production process control of acrylic fibres; for this reason, the concentration of several chemicals which are used or produced during the production process and a physical parameter like linear density have been quantified.Components of the extrusion solution previous to the achievement of fibre filaments (sodium thiocyanate and acrylonitril:vinyl acetate copolymer), finishing oils which are applied on the acrylic fibre surface at the end of the production process to improve properties of acrylic fibre and residual moisture are the chemicals which have been quantified. In order to quantify each chemical, a calibration model has been designed and optimized to get good results.In order to get the best calibration model for each finishing oil, we have developed an study to classify acrylic fibre samples depending on the oil which is coating its surface. Because of the great similarity among some of the five different finishing oils used, classification tools have not allowed us to distinguish them and we have had to join some finishing oils in the same class.Typical characteristics of NIR spectrometry such as: speed to record spectra, null treatment of the sample, achievement of physical and chemical information and quick achievement of different type of results have led NIR to be a very useful tool for quality control. Despite of this, it is necessary to use multivariable techniques to achieve good results, either for classification or for quantification. So techniques such Principal Components Regression (PCR), Partial Least Squares Regression (PLSR) non linear versions of PCR or PLSR, Soft Independent Modelling of Class Analogy (SIMCA) and Artificial Neural Networks (ANN) have been applied to get good results. The most appropriate technique for each study has been used to assure the quality of the obtained results.In order to quantify properly the concentration of the different chemicals, it has been necessary to apply mathematical pre-treatments as SNV (Standard Normal Variate) to minimize the baseline shift because of the different linear density of the samples.The application of non linear chemometric tools has allowed us to solve cases where there was a very clear non linear behaviour, as for the linear density or water content quantification; the application of these tools has allowed us to obtain much better results than when classical chemometric tools as PCR or PLSR are used.Results obtained with the application of the different tested models are good and can be used to carry out a right control of the production process and finishing of acrylic fibres.

Se realiza un estudio de la aplicación de la Espectroscopia NIR a la determinación de parámetros de interés en la industria farmacéutica con el objeto de proponer nuevas metodologías más rápidas y eficaces que sean alternativas reales a los métodos convencionales.Los estudios desarrollan una amplia variedad de métodos que cubren desde la determinación de principios activos en muestras de proceso o de producto acabado, hasta propiedades físicas de estas mismas muestras en diferentes matrices y niveles de concentración.Se han desarrollado nuevos métodos NIR para determinación de los cinco principios activos en una formulación, constituida por un sólido granulado, con concentraciones comprendidas entre el 6% hasta 0.04%; este método demuestra la capacidad de la técnica en la determinación múltiple y su notable sensibilidad. Otro ejemplo de la capacidad de la técnica lo constituye la determinación de principios activos y de los conservantes de preparado tipo gel que presenta como característica remarcable la fuerte absorción de la matriz y la baja concentración de los conservantes. De manera semejante se ha establecido métodos para la determinación del principio activo en comprimidos intactos, lo que permite el estudio de la uniformidad de contenido de las unidades de dosis de la preparación.Los métodos desarrollados han sido validados siguiendo las guías ICH y EMEA que permiten su aplicación como métodos de calidad suficiente para el control analítico de un proceso de producción.Otro aspecto del estudio es el establecimiento de métodos para determinar parámetros físicos de los productos acabados como son la presión de compactación y el ensayo de disolución, estrechamente relacionado con el anterior. El método NIR permite la determinación del perfil completo de disolución de un comprimido a partir de su espectro, lo que proporciona una información muy rápida (menos de 1 segundo) que por el método convencional necesita más de 1 hora. La determinación de la presión de compactación de los comprimidos ha dado lugar a un nuevo método de determinación de principios activos en comprimidos individuales a partir únicamente de muestras de laboratorio, lo que permite obtener modelos más simples y robustos que los métodos NIR desarrollados hasta el momento.La aplicación de nuevos métodos quimiométricos de tratamiento de espectros (MCR-ALS) ha permitido conocer los cambios de forma polimórfica (de cristalina a amorfa) que se producen durante el proceso de granulación húmeda, que es una etapa frecuente del proceso de fabricación farmacéutico. Esta transformación polimórfica puede tener influencia en la biodisponibilidad del principio activo.La memoria incluye también un capítulo de un libro por encargo del editor sobre la aplicación del NIR en el campo farmacéutico y que recoge las principales aportaciones realizadas en este campo, cuyo interés y desarrollo está en continuo crecimiento. / The application of NIR Spectroscopy to the determination of interest parameters in the pharmaceutical industry has been studied, with the intention of proposing new, faster and effective methodologies than the conventional methods.The studies develop a wide variety of methods that cover the determination of active principles in process samples or finished products, also physical properties of these same samples, in different matrices and concentration levels.New NIR methods for the determination of the five active principles in a formulation, constituted by a granulated solid, have been developed, with concentrations between 6% up to 0.04%; this method demonstrates the capacity of the technique in multiple determinations and its remarkable sensitivity. Another example of the capacity of the technique constitutes the determination of active principles and the preservants of a pharmaceutical hydrogel that presents a strong absorption of the matrix and low concentration of the preservants. Also, methods for the determination of the active principle in intact tablets have been developed, which allows the study of content uniformity in unit doses of the preparation.The developed methods have been validated following the guides ICH and EMEA which allow their application for the analytical quality control of production processes.Another aspect of the study is the establishment of methods to determine physical parameters of finished products, as compaction pressure and dissolution test, which are both closely related. The NIR method allows the determination of the complete dissolution profile of a tablet from its spectrum, which provides very fast information (less than 1 second) that by the conventional method needs more than 1 hour. The determination of the compaction pressure of tablets has given rise to a new method of determination of active principles in individual tablets, using solely laboratory tablets as the calibration set, which allows obtaining simpler and robust models than NIR methods developed until the moment.The application of new chemometric methods for the treatment of spectra (MCR-ALS) has allowed to identify polymorphic changes (from crystalline to amorphous form) that take place during the process of wet granulation, which is a frequent stage of the pharmaceutical process. This polymorphic transformation can have influence in the bioavailability of the active principle.The memory also includes a chapter of a book, by order of the publisher, on the application of the NIR in the pharmaceutical field and that gathers the main contributions made in this field, whose interest and development are in continuous growth.

La present tesi està dirigida a la implementació de nous elements de gestió de fluids, i a procediments de flux continu, que incrementin la capacitat de funcionament automàtic i autònom d'analitzadors basats en aquesta tècnica. La tesi s'ha subdividit en quatre apartats.La primera part aborda la implementació d'un sistema FIA revers amb una microbureta automàtica com a sistema d'injecció. Amb aquesta modificació s'aporta versatilitat i elasticitat a la tècnica FIA, conferint-li a més capacitat d'adaptació. S'ha optimitzat el sistema per analitzar ió nitrit en dos intervals de concentració. A partir del sistema desenvolupat s'ha incorporat una etapa de difusió gasosa que permet l'anàlisi d'ozó. S'ha estudiat l'efecte de la concentració d'ió nitrit al canal acceptor i l'efecte del cabal. La sensibilitat del mètode és (0,0092 (±0,0012) UA/ppm) amb un límit de detecció equiparable al d'altres mètodes proposats. S'ha augmentat la zona lineal de resposta respecte al mètode estàndard en una dècada.Posteriorment, s'ha desenvolupat la infraestructura de gestió i control de sistemes SIA. S'han caracteritzat els processos hidrodinàmics. S'ha optimitzat el sistema analític proposat per a la determinació d'ió nitrit en dos intervals de concentració: 0,0-3,0 ppm i 0,0-20,0 ppm, amb uns límits de detecció respectivament, de 0,048 ppm i 0,4 ppm. A continuació s'ha desenvolupat un entorn que permet l'autocalibratge del sistema i monitoritzar la concentració d'ió nitrit independentment de l'interval de concentració on es trobi la mostra. Finalment, s'ha avaluat la infraestructura instrumental aplicant-la a l'anàlisi de mostres reals de concentració molt diversa procedents d'una EDAR.En el tercer apartat es desenvolupen dos sistemes SIA per a la determinació d'ió cadmi, amb i sense etapa de preconcentració en línia amb dos sistemes de detecció potenciométrica diferent. El primer sistema utilitza com a detector un elèctrode tubular de membrana cristal·lina homogènia. El segon utilitza dos elèctrodes tubulars integrats seqüencialment. Els límits de detecció d'ambdós sistemes són 5,9.10-6 M (normal) i 4,7.10-6 M (diferencial) sent la sensibilitat de 25,3 (±0,6) i 39 (±3) mV/década. La preconcentració en línia s'ha realitzat amb una microcolumna d'intercanvi iònic on es reté l'ió cadmi en forma de clorocomplexe. Amb el procediment descrit s'han eliminat les interferències degudes a Cu2+ i a Pb2+. El sistema permet l'anàlisi d'ió cadmi en un ampli interval de concentraciò, 2,5.10-7-1.10-3 M per a la manera normal i 2,5.10-7-2,5.10-5 M per a la manera diferencial amb límits de detecció de 1,5.10-7 M i 1,8.10-7 M, respectivament. El factor de preconcentració obtingut per a ambdós sistemes va ser de 39 i 26. S'ha validat el sistema desenvolupat analitzant mostres reals sense trobar-se diferències significatives amb el mètode de referència.Finalment, s'ha desenvolupat la infraestructura instrumental bàsica per a la gestió de fluids en un sistema microfluídic, així com el programa de control, que gestiona tots els elements i l'adquisició de dades. L'entrada/sortida de fluids al microxip de silici es realitza mitjançant l'actuació combinada de vàlvules de tres vies i una microbureta automàtica. S'ha realitzat la modelització del sistema microfluídic estudiant la variació del senyal analític en funció del cabal i del volum d'injecció com una combinació de dos reactors ideals (RCTA i RFP). Posteriorment, s'ha implementat l'anàlisi d'ió nitrit en línia utilitzat la tècnica de multicommutació per barrejar mostra i reactiu en l'entrada al microxip. S'han optimitzat dos intervals de concentració, el primer de 0-250 ppm, i el segon menor de 0-50 ppm, encara que tant el límit de detecció (0,17 ppm) com la sensibilitat (0,0091 (±0,0003) UA/ppm) milloren notablemente per el segon rang de concentració. Finalment, s'ha validat el microsistema implementat analitzant mostres reals amb alta concentració d'ió nitrit, entre 0-1500 ppm. / La presente tesis está dirigida a la implementación de nuevos elementos de gestión de fluidos, y procedimientos de flujo continuo, que incrementen la capacidad de funcionamiento automático y autónomo de analizadores basados en esta técnica. La tesis se ha subdividido en cuatro apartados.La primera parte aborda la implementación de un sistema FIA reverso con una microbureta automática como sistema de inyección. Con esta modificación se aporta versatilidad y elasticidad a la técnica FIA, confiriéndole además capacidad de adaptación. Se ha optimizado el sistema para analizar ion nitrito en dos intervalos de concentración. A partir del sistema desarrollado se ha incorporado una etapa de difusión gaseosa que permite el análisis de ozono. Se ha estudiado el efecto de la concentración de ion nitrito en el canal aceptor y el efecto del caudal. La sensibilidad del método es (0,0092 (±0,0012) UA/ppm) con un límite de detección equiparable al de otros métodos propuestos. Se ha aumentado la zona lineal de respuesta respecto al método estándar en una década. Posteriormente, se ha desarrollado la infraestructura de gestión y control de sistemas SIA. Se han caracterizado los procesos hidrodinámicos. Se ha optimizado el sistema analítico propuesto para la determinación de ion nitrito en dos intervalos de concentración: 0,0-3,0 ppm y 0,0-20,0 ppm, con unos límites de detección respectivamente, de 0,048 ppm y 0,4 ppm. A continuación se ha desarrollado un entorno que permite la autocalibración del sistema y monitorizar la concentración de ion nitrito independientemente del intervalo de concentración dónde se encuentre la muestra. Finalmente, se ha evaluado la infraestructura instrumental aplicándola al análisis de muestras reales de concentración muy diversa procedentes de una EDAR.En el tercer apartado se desarrollan dos sistemas SIA para la determinación de ion cadmio, con y sin etapa de preconcentración en línea con dos modos de detección potenciométrica diferente. El primer sistema utiliza como detector un electrodo tubular de membrana cristalina homogénea. El segundo utiliza dos electrodos tubulares integrados secuencialmente. Los límites de detección de ambos sistemas son 5,9·10-6 M (normal) y 4,7·10-6 M (diferencial) siendo la sensibilidad de 25,3 (±0,6) y 39 (±3) mV/década. La preconcentración en línea se ha realizado con una microcolumna de intercambio iónico donde se retiene el ion cadmio en forma de clorocomplejo. Con el procedimiento descrito se han eliminado las interferencias debidas a Cu2+ y Pb2+. El sistema permite el análisis de ion cadmio en un amplio intervalo de concentración, 2,5·10-7-1·10-3 M para el modo normal y 2,5·10-7-2,5·10-5 M para el modo diferencial con límites de detección de 1,5·10-7 M y 1,8·10-7 M, respectivamente. El factor de preconcentración obtenido para ambos sistemas fue de 39 y 26. Se ha validado el sistema desarrollado analizando muestras reales sin encontrarse diferencias significativas con el método de referencia.Finalmente, se ha desarrollado la infraestructura instrumental básica para la gestión de fluidos en un sistema microfluídico, así como el programa de control, que gestiona todos los elementos y la adquisición de datos. La entrada/salida de fluidos en el microchip de silicio se realiza mediante la actuación combinada de válvulas de tres vías y una microbureta automática. Se ha realizado la modelización del sistema microfluídico estudiando la variación de la señal analítica en función del caudal y del volumen de inyección, como una combinación de dos reactores ideales (RCTA y RFP). Posteriormente, se ha implementado el análisis de ion nitrito en línea utilizado la técnica de multiconmutación para mezclar muestra y reactivo en la entrada al microchip. Se han optimizado dos intervalos de concentración, el primero de 0-250 ppm, y el segundo menor de 0-50 ppm, aunque tanto el límite de detección (0,17 ppm) como la sensibilidad (0,0091 (±0,0003) UA/ppm) mejoran notablemente para este segundo rango de concentración. Finalmente, se ha validado el microsistema implementado analizando muestras reales con alta concentración de ion nitrito, entre 0-1500 ppm. / The objective of the present thesis is the implementation of new fluid management systems and procedures of continuous flow that increase the automatic and independent serviceability; rating of analyzers based on this technique. The thesis has been subdivided in four sections. The thesis begins with the implementation of a reverse FIA system with a microburette like injection system. With this modification one contributes to versatility and elasticity to technique FIA, conferring in addition adaptive capacity. This system has been optimized to analyze nitrite in two ranges of concentration. In order to analyse ozone a gaseous diffusion stage has been introduced to the developed nitrite analysis system. The effect of the nitrite concentration and flow in the channel acceptor has been studied. The sensitivity of described method is (0.0092 (±0.0012) UA/ppm) with a detection limit similar to other proposed methods. Linear response zone has increased the in one decade with respect to the standard method. Later, it has been developed to the management and control infrastructure for SIA systems. The hydrodynamic processes have been characterized. The proposed analytical system has been optimized for the nitrite determination in two ranges of concentration: 0.0-3.0 ppm and 0.0-20.0 ppm with detection limit, 0.048 ppm and 0.4 ppm, respectively. Next surroundings have been developed that allow to autocalibration and to monitor independently of nitrite concentration. Finally, the instrumental infrastructure has been evaluated applying it to real samples analysis of very diverse concentration samples coming from a WWTP. In the third section, two SIA systems have been developed for cadmium analysis, with and without on line preconcentration stage with two different potenciometric detection systems. The first system uses like detector a tubular electrode of homogenous crystalline membrane. The second one uses two sequentially integrated tubular electrodes. The detection limit of both systems are 5.9·10-6M (normal) and 4.7·10-6M (differential) being the sensitivity of 25.3(±0.6) and 39(±3) mV/decade each. The preconcentration in line has been made with an ion exchange microcolumn where cadmium is retained as chlorocomplex. With the described procedure the interferences due to Cu2+ and Pb2+ have been eliminated. The system allows cadmium determination in a large interval of concentration, 2.5·10-7-1·10-3M for the normal way and 2.5·10-7-2.5·10-5M for the differential way, with detection limits of 1.5·10-7M and 1.8 ·10-7M, respectively. The preconcentration factor obtained for both systems was 39 and 26. For the validation of the developed system real samples coming from a ground contaminated with heavy metals were analyzed, the results has been compared with the provided ones by the reference method. Finally, a basic instrumental infrastructure for flow management in the microchip has been developed, as well as the control program, which manages all the elements and the data acquisition. The input/output of flowed in the microchip is made by means of the combined performance of three-way solenoid valves and one automatic microburette. The modelization of the microfluidic system has been made by a combination of CSTR and PF reactors. Later, in line nitrite analysis has implemented using multicommutation to mix sample and reagent in the entrance to the microchip. Two range systems has optimized, first one from 0 to 250 ppm, and a second minor, 0-50 ppm, but as much the detection limit (0.17 ppm) as sensitivity (0.0091 (±0.0003) AU/ppm) improves remarkably. The validation of the microsystem has been made analyzing real samples with high nitrite concentration, between 0-1500 ppm, coming from a study of kinetic inhibition in WWTP. The obtained results haves allowed corroborating the model of inhibition to nitrite with a great exactitude.

La industria farmacéutica tiene por finalidad fabricar un fármaco que cumpla unas condiciones de calidad que aseguren la satisfacción del usuario, lo que solo puede conseguirse mediante el cumplimiento de criterios estrictos de calidad. El proceso de fabricación es complejo y variado, consta de distintas etapas y se lleva a cabo por lotes. Hasta el momento presente la forma habitual de asegurar la calidad del producto final es la determinación de parámetros de calidad del producto acabado y este proceso es previo y necesario para la liberación del producto. Asegurar la calidad es un proceso largo, implica la utilización de diferentes técnicas analíticas, costoso y lento que afecta de manera importante a la productividad de la empresa. Por ello la Food and Drug Administration (FDA) promueve una iniciativa, Process Analytical Technology (PAT), que tiene por objeto incorporar al proceso productivo nuevas tecnologías que aporten un mejor y más amplio conocimiento del proceso productivo, reduzcan el tiempo de control y aumenten la productividad. Se han propuesto una amplia variedad de técnicas instrumentales capaces de aportar soluciones a este reto, pero sin duda es la Espectroscopía NIR la más adecuada por sus características propias tales como: rapidez, no preparación de muestra, capacidad de determinación de la composición química y de propiedades físicas, facilidad de incorporación al proceso productivo, etc. Con el objeto de aportar mejoras en diferentes etapas relacionadas con los procesos de producción farmacéuticos que permitan asegurar la calidad del fármaco no solo en el final del proceso productivo sino también en etapas intermedias del proceso, hemos abordado el estudio de la aplicación del NIR en algunas situaciones de interés de la fabricación mediante la aplicación de nuevos métodos basados en espectroscopía NIR tanto convencionales como de técnicas de Imagen Química. La finalidad última es que las aplicaciones desarrolladas se implanten en el proceso productivo, bien en el control de fases intermedias bien en el del producto acabado reemplazando las actuales metodologías; el conseguirlo será la palpable demostración de que se han alcanzado los objetivos propuestos. En la realización de la tesis se han publicado 5 trabajos en revistas científicas en los campos de la Química Analítica y del Análisis Farmacéutico que pueden agrupar atendiendo a su aplicabilidad dentro de la industria farmacéutica: Se han propuesto nuevos métodos analíticos para la determinación del principio activo, API, en tres fármacos acabados; estos métodos son una alternativa mucho más rápida y simple que los métodos convencionales a los que substituyen. En uno de estos estudios se demuestra la posibilidad de crear modelos de calibración sin necesidad de aplicar métodos de referencia para establecer la concentración de las muestras de calibración; puede decirse que la espectroscopia NIR puede considerarse un método absoluto de análisis en el campo farmacéutico. En otro se pone de manifiesto la capacidad de determinar componentes a muy baja concentración ( 0.02 %) en una matriz altamente absorbente (gel hidro-alcohólico); se demuestra que la sensibilidad de la técnica es mayor que lo que recoge la bibliografía. Esta mejora se obtiene por la aplicación adecuada de técnicas de diseño experimental. Estos estudios se realizaron mediante medidas en el laboratorio de investigación con un espectrofotómetro NIR convencional. En otro trabajo se ha utilizado un espectrofotómetro NIR portátil que dispone de una sonda de fibra óptica para realizar la monitorización de un proceso de granulación y secado de una mezcla en un equipo de lecho fluido a través del registro de los espectros NIR durante el proceso. En este estudio se ha realizado el seguimiento de tres parámetros de interés a lo largo del proceso mediante medidas no invasivas en tiempo real. Los espectros registrados se han utilizado de dos maneras distintas: preparación de modelos cualitativos, a través de un Análisis en Componentes Principales (PCA), en el que los scores a lo largo del proceso permiten seguir la evolución del proceso de granulación y por otro lado la preparación de modelos cuantitativos en los que se han construido modelos PLS para la determinación de humedad, distribución de tamaño de partícula y de densidad. Estos trabajos constituyen estudios preliminares enfocados a futuras aplicaciones PAT para su implementación en la industria farmacéutica. También hemos iniciado una nueva línea de investigación consistente en el desarrollo, dentro de nuestro grupo de investigación, de estudios de Imagen Química - NIR, con la que se pretende explorar nuevas posibilidades dentro del campo farmacéutico que ofrecen estas técnicas en estudios de distribución de componentes en procesos de mezcla, homogeneidad de preparados farmacéuticos, análisis no destructivos de muestras sin realizar calibración con datos químicos de referencia, etc. Todos ellos son temas de gran relevancia y que hasta ahora no había sido posible abordar de forma adecuada. El trabajo realizado en la presente Tesis toma el relevo a otros estudios ya realizados en el grupo de investigación y a la vez abre nuevas perspectivas de trabajos futuros de gran interés farmacéutico y que en algunos casos ya se han iniciado y que darán lugar a nuevas tesis. / The pharmaceutical industry aims to manufacture a drug that meets quality conditions that ensure user satisfaction, which can only be achieved through compliance with strict quality criteria. The manufacturing process is complex and diverse, comprising different stages and takes place in batches. Up to now the standard way of ensuring final product quality is the determination of quality parameters of the finished product and this process is necessary prior to the release of product. Ensuring quality is a long process, involving the use of different analytical techniques, expensive and slow that significantly affects the productivity of the company. Therefore, the Food and Drug Administration (FDA) promotes initiative, Process Analytical Technology (PAT), which aims to incorporate new technologies into the production process to provide a better and wider knowledge of the production process, reduce time and increase control productivity. A wide range of instrumental techniques capable of finding solutions to this challenge have been proposed, but it is certainly the most suitable NIR spectroscopy for their characteristics such as speed, no sample preparation, ability to determine the chemical composition and physical properties, ease of incorporation into the production process, etc.. In order to bring about improvements in various stages associated with pharmaceutical production processes to ensure the quality of the drug not only at the end of the production process but also in intermediate stages of the process, we have approached the study of the application of NIR in some situations of interest in the manufacture through the application of new methods based on NIR spectroscopy both conventional and chemical imaging techniques. The ultimate goal is that applications developed are implemented in the production process, either in control or in the intermediate stages of the finished product replacing the current methodologies; the get will be the tangible proof that they have met their stated objectives. Within this thesis published 5 papers in scientific journals in the fields of analytical chemistry and pharmaceutical analysis have been published that can be grouped according to their applicability within the pharmaceutical industry: Have proposed new analytical methods for determining the active ingredient, API, finished on three drugs, these alternative methods are much faster and simpler than conventional methods which substitute. In one of these studies demonstrate the ability to create calibration models without the need for reference methods to establish the concentration of calibration samples, it can be said that NIR spectroscopy can be considered an absolute method of analysis in the pharmaceutical field. In another demonstrates the ability to identify components at very low concentration (0.02%) in a highly absorbing matrix (hydro- alcoholic gel) shows that the sensitivity of the technique is greater than that which gathers the literature. This improvement is obtained by proper application of experimental design techniques. These studies were performed using measures in the research laboratory with a conventional NIR spectrophotometer. Another study used a portable NIR spectrophotometer which has a fibber optic probe for monitoring a process of granulation and drying a mixture in a fluidized bed through the recording of NIR spectra during the process. This study has followed up on three parameters of interest throughout the process by non-invasive measures in real time. The recorded spectra have been used in two ways: qualitative modelling, through a principal component analysis (PCA), in which scores throughout the process can follow the evolution of granulation process on the other hand quantitative modelling in which PLS models were constructed for the determination of moisture, particle size distribution and density. These documents are preliminary studies focused on future applications for deployment PAT in the pharmaceutical industry. We have also launched a new line of research consists of development within our research group, imaging studies Chemistry - NIR, which aims to explore new possibilities within the pharmaceutical field that offer these techniques in studies of distribution of components in mixing processes, homogeneous pharmaceutical preparations, non-destructive analysis of samples without performing calibration reference chemical data, etc.. All are topics of high importance and so far not been possible to address adequately. The work in this thesis takes over to other studies undertaken in the research group at the same time opens new perspectives for future work of great pharmaceutical interest and in some cases have already begun and will bring forward new theses.

Conseguir una elevada calidad en el producto acabado es un reto cada día más importante en la industria moderna. Para asegurar esta calidad los productos antes de salir al mercado, deben cumplir especificaciones estrictas establecidas tanto por organismos reguladores como por el propio mercado. Con el objetivo de proporcionar a la industria nuevas metodologías de análisis se han desarrollado diversos trabajos basados en la espectroscopia NIR. Se ha colaborado con la industria del mortero y la farmacéutica ofreciéndoles soluciones concretas a sus problemas analíticos. En el primer trabajo junto con la industria del mortero, se han desarrollado modelos de cuantificación para aditivos en morteros. Se ha desarrollado un diseño de muestras original basado en la figura del antiprisma de base hexagonal, donde se han tenido en cuenta el rango de concentración de los analitos. Para incorporar la variabilidad de los aditivos, se usó el diseño D-óptimo que proporcionó las diferentes combinaciones entre clases de aditivos. Se ha obtenido un modelo de calibración PLS para cada aditivo, presentando ambos una correcta capacidad predictiva. Los métodos desarrollados han sido validados con un conjunto de muestras externas. En un segundo estudio realizado con áridos (materia prima de los morteros), se han estudiado 2 perfiles diferentes de distribución de partículas con diferente número de puntos en la curva (número de tamices utilizado en la determinación). Se han construido 2 modelos de calibración (PLS2 y ANN) para cada curva con el objeto de obtener la mejor calidad de ajuste en términos de coeficiente de correlación entre la curva de referencia y la predicha por el modelo quimiométrico y obtener los mejores errores de predicción. Los 4 modelos de calibración proporcionan resultados estadísticamente iguales, en cuanto al error de predicción, demostrando la posibilidad de obtener curvas de distribución de tamaño de partícula a partir de datos NIR y modelos de calibración PLS2 y ANN. El uso de ANN como técnica de modelado no lineal no mejora estadísticamente los resultados. Los siguientes trabajos se han realizado para la industria farmacéutica. El principal nexo de unión es la construcción de modelos de calibración sin usar método de referencia para obtener la variable dependiente. En el primer trabajo se ha realizado un estudio de determinación de API a lo largo del proceso de fabricación estudiando las diferentes variables que pueden afectar al proceso (tamaño de partícula, forma galénica, presión de compactación y grosor de la capa de lacado) y se han propuesto diferentes estrategias que tienen por objeto construir modelos de calibración simples y adecuados para la cuantificación del API en las diferentes etapas del proceso. En el segundo y tercer trabajo para la industria farmacéutica se ha desarrollado y aplicado una nueva metodología para construir conjuntos de calibración adaptados a cada tipo de comprimido. Dicha metodología se basa en la obtención del espectro proceso calculado como diferencia entre el espectro de un comprimido de producción y el de una muestra de laboratorio en polvo de la misma composición. El conjunto de diferencias calculadas para varios comprimidos constituyen un conjunto de vectores matemáticos que definen la variabilidad del proceso. Esta matriz de variabilidad se ha adicionado a un conjunto de espectros NIR de diferentes mezclas en polvo, que cubren el rango deseado de concentración del principio activo y excipientes, dando lugar a la matriz de espectros del conjunto de calibración. Aplicando el algoritmo PLS al conjunto de calibración se construye un modelo para cada uno de los analitos. Los resultados obtenidos en la predicción tanto de API como de excipientes en comprimidos de ibuprofeno y metformina muestran errores de predicción inferiores al 1,5%. / Obtaining a high quality final product constitutes a challenge with increase importance in the modern industry. The products should fulfil strict specifications established by regulatory agency just before their releasing to the market. Several new methods based on NIR spectroscopy have been developed for the industry in order to provide the optimum tools to achieve these objectives. This PhD Thesis provides the analytical knowledge to solve real industrial problems usually present in the mortar and pharmaceutical industries. Two studies have been conducted for the cement industry, with the aim of improving the value of the final product. Firstly, quantitative calibration models for additives in mortars have been developed. In order to ensure the calibration set contain natural variability of the samples, we used an experimental design to select the best representative set of samples. This novel approach is based on a hexagonal antiprism that encompasses the concentration ranges spanned by the analytes and the natural variability inherent of each additive. The D-optimality criterion has been used to obtain several combinations between additive classes. The PLS calibration models thus constructed for each additive provided accurate predictions. The ensuing analytical methods have been validated using an external sample set. Secondly, particle size distribution is a key quality attribute of mortars. Different approaches have been carried out to quantify this distribution in mortars. Two different profiles of particle size distribution have been studied and PLS2 and ANN calibration models have been calculated for each one. The objective has been to achieve the best predictive ability of the calibration models in terms of high correlation coefficient between the reference and predicted distribution curve and low prediction errors. The results obtained with the four calibration models were not statistically different. Therefore, the combined use of NIR spectroscopy and PLS2 or ANN calibration models allowed an accurately determination of particle size distribution in mortars. The use ANN for non-linear modelling of the data set has not improved the results. In the pharmaceutical field, the studies have been conducted to the determination of API at different stages of the manufacturing process and also in the final product. The main link of the following works is the development of calibration models without using reference method for determining the dependent variable. In the first work, the API concentration has been quantified throughout the entire production process of a pharmaceutical formulation. The authors have evaluated the influence of particle size, galenic form, compaction pressure and coating thickness on the NIR spectra of the sample. The eventual influence of these variables was included in the calibration model in a simple way that allowed the accurate and precise prediction of the API at the different stages of the production process. In the second and third work, a new methodology has been developed to construct calibration sets. This methodology is based on obtaining the process spectra, which is calculated by the difference between the NIR spectra for production tablets and those for laboratory samples containing the nominal concentrations of API and excipients. The body of differences thus calculated for several tablets constitutes a set of mathematical vectors that define the overall variability of the process. This new matrix is added to a set of NIR spectra for several powder mixtures spanning the desired content range for the API and excipients in order to obtain the spectral matrix for the calibration set. Applying PLS algorithm to calibration set allows constructing of calibration models for each analyte. This methodology has been applied successfully on API and excipients determination in commercial pharmaceutical tablets. In this way, tablet contents can be predicted with errors less than 1.5%.

El desarrollo de nuevos procedimientos analíticos e instrumentación automáticos para la monitorización de parámetros (bio)químicos, tales como los que afectan a la calidad del agua, es de especial importancia debido a las graves consecuencias que puede tener el uso o consumo de un agua (bio)químicamente contaminada. Los microsistemas de análisis total o dispositivos Lab-On-a-Chip son cada vez más empleados con este propósito debido a la gran integración y automatización que ofrecen estos dispositivos, a través de la miniaturización, y a la posibilidad de realizar medidas in situ. Por otro lado, el uso de nanopartículas con fines analíticos ha demostrado mejorar la sensibilidad y límites de detección de métodos ópticos. Así, esta tesis se centra en el desarrollo de microsistemas analíticos automatizados que llevan a cabo análisis colorimétricos o fluorimétricos, basados en el uso de nanopartículas como marcadores ópticos, para la rápida detección de analitos o microorganismos de contaminación hídrica, tales como metales pesados o bacterias. Sin embargo, es necesario utilizar nanopartículas con idénticas características físicas para obtener medidas analíticas fiables. Así, la primera parte de este trabajo abarca el desarrollo de microreactores para la síntesis controlada y reproducible de nanopartículas metálicas, semiconductoras y de carbono. Se muestran un total de siete microreactores, en los que se ha realizado un estudio de los parámetros de diseño e hidrodinámicos. Además, se ha implementado un sistema de detección óptica miniaturizado para la monitorización en línea de la síntesis; y se ha desarrollado un módulo térmico que permite alcanzar y controlar temperaturas de hasta 300 ºC para aquellas reacciones que lo requieran. Es de destacar que los microsistemas trabajan de forma automática y programable, lo cual simplifica el procedimiento de síntesis y mejora la reproducibilidad de las nanopartículas obtenidas. La segunda parte del trabajo se centra en el desarrollo de microsistemas analíticos basados en la utilización de las nanopartículas sintetizadas para el análisis de algún parámetro de la calidad del agua. Se han construido y evaluado dos prototipos. El primero de ellos está diseñado para la monitorización de ión mercurio en agua. El sistema se basa en el reconocimiento selectivo del analito mediante un ionóforo (un derivado de la tiourea) unido a la superficie de nanopartículas de oro. La interacción metal-ionóforo provoca un cambio en la banda del plasmón superficial de las nanopartículas, generando una señal óptica cuantificable que se registra en línea mediante un sistema óptico integrado en la plataforma microfluídica. Una vez optimizado, el dispositivo es capaz de detectar hasta 11 ppb de mercurio(II). Finalmente, y como primera aproximación al uso de nanopartículas fluorescentes en microsistemas, se ha desarrollado un prototipo para la determinación de Escherichia coli en agua utilizando como marcador la enzima β-galactosidasa. Este cambio responde a la necesidad de mejorar el sistema óptico miniaturizado (manteniendo su portabilidad y bajo coste), debido a la baja sensibilidad observada cuando nanopartículas fluorescentes fueron usadas como marcadores. El dispositivo desarrollado lleva a cabo un ensayo tipo sándwich de oligonucleótidos, dónde se emplea como sonda diana un oligonucleótido específico del patógeno. El uso de micropartículas magnéticas como sustrato soporte del ensayo permite simplificar y mejorar las distintas etapas del análisis, mientras que el enzima usado como marcador de la sonda de reconocimiento genera un producto coloreado al añadir el sustrato, registrado mediante el sistema óptico miniaturizado implementado. Tras su optimización, es posible detectar 1 ppb de la sonda diana en 20 minutos. Los resultados presentados en este trabajo muestran el gran potencial de los microsistemas analíticos automatizados basados en el uso de nanopartículas para monitorizar la calidad del agua. Se ha demostrado también la idoneidad de los microreactores para la síntesis de nanopartículas. / Demand for new automated analytical procedures and instrumentation for the continuous monitoring of (bio)chemical parameters, such as those affecting water quality, gathers special importance due to the significant consequences that the use or the consumption of (bio)chemically contaminated water might have. µ- Total Analysis Systems or Lab-On-a-Chip devices are increasingly employed with this purpose owing to the high integration and automation of these devices that allow, through miniaturization, the possibility of performing in situ measurements. Besides, the use of nanoparticles with analytical purposes has demonstrated to improve the sensitivity and detection limits of optical methods. Within this general context, the present work is focused on the development of automated analytical microsystems to perform colorimetric or fluorimetric analyses, based on the use of nanoparticles as optical labels, for the rapid detection of water pollutants or organisms, such as heavy metals or bacteria. However, the use of nanoparticles with identical physical characteristics is a must in order to obtain reliable and reproducible analytical measures. Therefore, the first part of this work is addressed to the development of microreactors for the synthesis of metallic, semiconductor and carbon nanoparticles. Seven different ceramic microreactors are developed, in which the influence of the design (dimensions and configuration of the channels) and the hydrodynamic (flow rates and dosage volumes) parameters have been studied. Moreover, a miniaturized optical detection system has been implemented for the in-line monitoring of the synthesis; and a thermal module has been also developed to reach and accurately control temperatures up to 300 ºC for when required. It is important to highlight that all prototypes operate automatically, which simplifies the syntheses and improves the reproducibility of the obtained nanoparticles. The second part focuses on the development of analytical microsystems based on the use of the nanoparticles previously synthesized for water quality analysis. Two different prototypes have been constructed and tested. The first described allows the monitoring of mercuric ion in water. The system is based on the selective recognition of the analyte by an ionophore (a thiourea derivative), attached onto gold nanoparticles surface. The metal-ionophore interaction generates a change on the surface plasmon resonance band of the nanoparticles, resulting in a quantifiable optical signal, which is in-line registered by a miniaturized optical detection system integrated in the microfluidic platform. Once optimized, the device is capable to automatically detect up to 11 ppb of mercuric ion. Finally, and as a first approximation to the use of fluorescent nanoparticles within microsystems, a prototype for the determination of Escherichia coli in water has been developed, which uses the β-galactosidase enzyme as label. This change responds to the necessity of improving the miniaturized optical system (while maintaining its portability and low cost) due to the low sensitivity observed when fluorescent nanoparticles were used as labels, which at the moment is not feasible. An oligonucleotide sandwich assay is performed in the microfluidic system based on the use of a specific oligonucleotide of the pathogen as target. On the other hand, magnetic beads are employed as substrate support of the assay, which allow simplifying and improving the different steps of the procedure, while the enzyme used as probe label generates a coloured product (o-nitrophenol) with the addition of the substrate, which is registered through the miniaturized optical system implemented. Once optimized, the device can detect up to 1 ppb of the target oligonucleotide in only 20 minutes. The presented results demonstrate the great potential of automated analytical microsystems based on the use of nanoparticles for the monitoring of water quality. Similarly, the suitability of microreactors for the synthesis of nanoparticles has been well proved.

Los estudios que se han llevado a cabo en esta tesis se basan en el desarrollo de métodos para la eliminación de contaminantes en aguas mediante procesos en lo que no se utilizan reactivos, lo que proporcionan un valor añadido al tratamiento del agua contaminada. En nuestro caso, los métodos utilizados se centrar en la eliminación de oxoaniones de arsénico y selenio en disoluciones acuosas mediante procesos de adsorción-desorción. Estos procesos caracterizados por la no utilización de reactivos se desarrollaron mediante el estudio de parámetros termodinámicos, como por ejemplo, la temperatura y/o el potencial redox de las disoluciones de estudio. Por tanto, estos métodos no solo nos proporcionarán un ahorro de reactivos en la recuperación del adsorbente, sino que permitirán el reciclado de dicho adsorbente y su reutilización. La capacidad de adsorción del arsenito/arsenato en la esponja cargada con nanoparticulas de óxido de hierro superparamagneticas (SPION) está influenciada por el pH, el tiempo de contacto, la concentración inicial, cantidad de adsorbente, la temperatura y por el potencial redox. La adsorción máxima para el arsenato en el sistema esponja-SPION se ha obtenido en medio ácido (pH 3.6) tras 1 hora a 20ºC, mientras que el equilibrio de desorción se alcanzó a las 2h a 70ºC. Las constantes del equilibrio de adsorcion se determinaron como logK20=4,198 y logK70=1.023 a 20°C y 70°C respectivamente. La disminución de estos valores se relacionan un valor de ∆G negativo, lo que indica un aumento de la adsorción de As(V) cuando la temperatura disminuye. Los valores de ∆H y ∆S calculados son -122,150 kJ mol-1 y 337 J mol-1 K-1 respectivamente, lo que indica que el proceso de adsorción es exotérmico. La oxidación de As(III) a As(V) y el proceso de reducción correspondiente fueron caracterizados para probar el concepto de potencial redox como parámetro clave en estos procesos. La oxidación de As(III) a As(V) mediante dicromato de potasio (tasa de conversión>91%) y la reducción de As(V) a As(III) mediante zinc en polvo o estaño laminado (tasa de conversión>90%) en presencia del adsorbente han mostrado el efecto que tiene el potencial redox en el proceso de adsorción. Por otro lado, también se han estudiado las características del proceso de adsorción/desorción de los aniones selenito/selenato utilizando como adsorbente nanoesferas de γ-Al2O3 y esponja cargada con SPION. La máxima adsorción que presentan selenato y selenito sobre γ-Al2O3 se alcanzó a las 6 horas en un medio ácido (pH 2) a 20ºC y a las 14h a 70ºC, respectivamente. Los estudios cinéticos y termodinámicos muestran que los datos se ajustan a una cinética de pseudo-segundo orden y a una isoterma de Frendlich. El valor de ∆H obtenido para Se(IV) y Se(VI) entre 20ºC y 70ºC fue de 13,955 KJ mol-1 y -3,927 KJ mol-1 respectivamente. Por tanto, el sistema esponja-SPION tiene una mayor capacidad de adsorción para arsenato y selenato que para arsenito y selenito. La máxima adsorción para selenato en el sistema esponja-SPION se alcanzó tras 1h en medio ácido (pH 3,6) a 20ºC y tras 6h a 70ºC respectivamente, mientras que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio en el caso del selenito fue de 14h a 20ºC y 24h a 70ºC. En conclusión, se han estudiado el efecto que tiene sobre el proceso de adsorción-desorcion la combinación de los aspectos que depende de la temperatura con el potencial redox. El modo en columna utilizado para el tratamiento de aguas residuales, que contienen arsenato/arsenito o selenato/selenito, confirma que estos oxoaniones tóxicos se pueden eliminar con estos adsorbentes, que además pueden ser regenerados y reutilizados controlando combinando la temperatura y el uso de un agente reductor. / The studies that have been carried out in the present PhD thesis project are based on the development of methods to remove water pollutants by using reagent-less processes and to provide and added value to the contaminated water treatment. In our case, the methods are related to arsenic or selenium oxyanions removal in aqueous solution. Methods are based on sorption-desorption processes for the indicated oxyanions. Nanostructured materials have been implemented as adsorption substances, being either iron or aluminum oxides the nanoparticles active constituents. Reagent-less processes were developed by using intensive thermodynamic parameters, e.g, temperature and/or redox potential of the target solution. Appropriate tuning of these parameters will allow both process selectivity and regeneration of the adsorption material. Synergic interaction of thermo-tuning with redox variation will provide such results. Thus, this reagentless method could not only provide reagent savings for recovering the adsorbent, but also the adsorbent recycling to be reused will contribute to a-cost efficient process. The results show as follows: The adsorption capacity of arsenate/arsenite on sponge loaded with superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) is influenced by pH, contact time, initial concentration, adsorbent dosage, temperature as well as redox potential. The maximum adsorption for arsenate on sponge-SPION was obtained in an acid media (pH 3.6) in 1 hour contact time under 20ºC while desorption equilibrium was achieved with 2 hours under 70ºC. Equilibrium adsorption constants were determined as log K20=4.198 and log K70=1.023 under 20ºC and 70ºC respectively. These values correlate with the decrease of related negative ∆G° values, indicating the adsorption increase of As(V) when temperature decreases. ΔH° and ΔS° were found to be -122.150 kJ mol-1 and 337 J mol-1 K-1 respectively, indicating the adsorption reaction to be exothermic. The oxidation of As (III) to As(V) and the respective reduction processes were characterized to prove the concept of using redox potential as key parameter for a reagent-less process. Oxidation of As(III) to As(V) by potassium dichromate (conversion rate>91%) and reduction As(V) to As(III) by Zn powder or Sn foil (conversion rate>90%) in presence of the adsorbent, have shown the effect on the adsorption when tuning the solution redox potential, being As(V) of higher adsorption capacity than As(III). In addition, aqueous selenate/ selenite adsorption/desorption characteristics by γ-Al2O3 nanospheres or SPION loaded sponge were also investigated. The maximum adsorption for selenate and selenite on γ-Al2O3 nanospheres was achieved at pH 2 in 6 hours under 20ºC and 14 hours under 70ºC, respectively. The kinetic and thermodynamic studies show that they are fitted very well to the pseudo-second order and Frendlich isotherm model. The ∆H value of Se (IV) and Se (VI) between 20ºC and 70ºC were -13.955 KJ mol-1and -3.927 KJ mol-1,respectively. It shows that lower temperature favor removal of aqueous selenium. The results represent very similar adsorption phenomenon of selenate/selenite on sponge- SPION as that of arsenate/arsenite on sponge-SPION, thus, sponge-SPION has much higher adsorption capacity for arsenate or selenate than that of arsenite or selenite. The maximum adsorption for selenate and selenite on sponge loaded with SPION was achieved at pH 3.6 in 1 hour under 20ºC and 6 hours under 70ºC, respectively, while time for obtaining equilibrium of selenite needs 14 hours under 20ºC and 24 hours under 70ºC. More importantly, the temperature dependence aspects combined with the redox potential effect for controlling the adsorption-desorption process have been studied. The column mode for treating the waste water, which contains the arsenate/ arsenite or selenate/selenite systems, confirms that toxic oxyanions could be removed by the related adsorbent, which could be regenerated and reused by controlling the temperature combined with the tuning of the reducing reagent.