La presencia de contaminantes de origen natural en productos destinados al consumo humano ha suscitado una gran preocupación en los últimos años debido al mayor conocimiento de sus efectos nocivos para la salud humana. Por este motivo, los organismos responsables de velar por la salud de los ciudadanos, han decretado los niveles máximos permitidos de dichos contaminantes en alimentos y aguas. Se requiere pues metodología analítica que permita la determinación fiable de dichos contaminantes en las matrices correspondientes a los bajos niveles requeridos por la legislación. En la presente Tesis Doctoral se ha estudiado el potencial analítico y la aplicabilidad del acoplamiento cromatografía líquida-espectrometría de masas en tándem (LC-MS/MS) con analizador de triple cuadrupolo (QqQ), en el campo del análisis de tóxicos de origen natural en muestras alimenticias y mediambientales. El elevado potencial de esta técnica ha permitido el desarrollo de metodología analítica rápida, sensible, selectiva y fiable para la determinación de dichas toxinas. Además, todos los métodos de análisis desarrollados se han validado siguiendo los criterios de calidad recogidos en las guías europeas, desde el punto de vista cualitativo y cuantitativo, con el fin de que los datos obtenidos presenten elevada fiabilidad. La investigación realizada en esta Tesis Doctoral se estructura en dos bloques, estudiándose en el primero de ellos las toxinas correspondientes al grupo conocido como micotoxinas, mientras que el segundo está dedicado a las ficotoxinas. Esta estructura se ha elegido para agrupar los trabajos según los tóxicos y el tipo de matrices estudiadas. En el primer bloque se han desarrollado metodologías para el análisis de micotoxinas en alimentos en su mayoría de origen agrícola. En el primer trabajo se ha estudiado el potencial de la cromatografía líquida de ultra resolución acoplada a espectrometría de masas en tándem (UHPLC-MS/MS) para el desarrollo de un método multianalito que permita la determinación simultánea de las micotoxinas legisladas, con propiedades físico-químicas muy diferentes, de manera rápida, sensible y selectiva. Se evaluó las diferentes opciones que permitieran realizar una correcta cuantificación de las muestras, seleccionando el calibrado en matriz como la opción más favorable. Esta metodología se validó y aplicó al análisis de diferentes muestras pertenecientes a cereales y alimentos infantiles. En el segundo trabajo se amplió el número de analitos, introduciendo micotoxinas estructuralmente relacionadas. Se estudió el potencial de esta técnica para el análisis de un elevado número de matrices utilizando la aproximación “dilute and shoot† con el objetivo de poder determinar simultáneamente todos los compuestos seleccionados en una única inyección. Se consiguió validar la metodología analítica para todos los compuestos legislados a concentraciones inferiores a las establecidas por el reglamento de la Comisión Europea. Esta metodología se aplicó al análisis de muestras pertenecientes a un estudio de dieta total (EDT) de la Comunidad Valenciana mediante el cual se pretendió determinar la ingesta de este tipo de contaminantes en los productos de consumo más habituales en la población de esta región. El tercer y cuarto trabajo abordan distintos problemas analíticos surgidos en el desarrollo de la metodología multianalito. En el tercer trabajo se puso especial énfasis en aumentar la sensibilidad de la metodología analítica con el fin de determinar concentraciones sub-µg/kg de determinadas aflatoxinas y ochratoxina A en muestras de alimentos destinadas a bebés y niños de corta edad, según se establece en la regulación establecida por la Comunidad Europea. Se evaluó el uso de la extracción en fase sólida (SPE) como la opción que permite la preconcentración de los analitos y purificación de los extractos, comparando el uso de diferentes materiales. Se observó que los mejores resultados se obtenian mediante el uso de cartuchos de inmunoafinidad, destacando su elevada selectividad para las micotoxinas objeto de interés. En la última parte de este primer bloque se desarrolló metodología analítica para la determinación de la micotoxina patulina, la cual, debido a sus propiedades físico-químicas, no pudo ser incluida en los métodos multianalito. Debido a su elevada polaridad y bajo peso molecular se requirió una cuidadosa optimización del tratamiento de muestra, así como de las condiciones cromatográficas y espectrométricas. Se comparó el uso de dos fuentes de ionización a presión atmosférica, la ionización electrospray (ESI) y la ionización química a presión atmosférica (APCI). Mediante el uso de la APCI se consiguió minimizar los problemas de supresión iónica debidos a la matriz observados en la fuente ESI. De este modo se consiguió la determinación de este compuesto en productos derivados de manzana, tanto sólidos como líquidos. En el caso de los productos sólidos se realizó una extracción sólido-líquido, mientras que en el caso de las muestras líquidas se llevó a cabo la inyección directa en el sistema cromatográfico tras una etapa de dilución. El segundo bloque aborda el análisis de ficotoxinas en muestras ambientales y alimenticias. En el primer trabajo de este bloque se desarrolló metodología analítica para la determinación de microcistinas y nodularina, toxinas procedentes de algas cianobacterianas, en aguas superficiales y de consumo. En este caso, al igual que en las micotoxinas, se pretendía desarrollar un método multianalito que permitiera la detección simultánea de la nodularina y las seis microcistinas seleccionadas. Se estableció el objetivo de poder determinar cada una de las toxinas seleccionadas a concentraciones inferiores a 1 µg/L (límite máximo establecido en la legislación Española para la microcistina LR). El procedimiento desarrollado incluyó una etapa de pre-concentración de los analitos en línea con el sistema UHPLC-MS/MS, el cual, con la inyección de 1 mL de muestra y de una manera totalmente automatizada, consiguió alcanzar las concentraciones deseadas. Para finalizar, en el segundo trabajo de este bloque se desarrolló metodología analítica basada en cromatografía líquida de alta resolución acoplada a espectrometría de másas en tándem (HPLC-MS/MS) para la determinación simultánea de toxinas marinas pertenecientes a diferentes grupos o familias. Este hecho aumentó la dificultad de la tarea ya que se pretendía la determinación de compuestos iónicos simultáneamente con compuestos de mayor apolaridad mediante cromatografía de fase reversa. Para ello se hizo uso de cromatografía de pares iónicos con el objetivo de aumentar la retención de los compuestos iónicos. Esta metodología se aplicó al análisis de muestras de vieiras contaminadas naturalmente en un “bloom† de algas tóxicas y sometidas posteriormente a un proceso de depuración, en las que se detectó la presencia de ácido domoico. El estudio de la concentración de ácido domoico en muestras tomadas a diferentes días posteriores a su contaminación permitió establecer la cinética de depuración de este contaminante en este tipo de organismos bivalvos.

La present tesi s'ha desenvolupat dintre de la línia de recerca que el grup té sobre el desenvolupament de nous sorbents polimèrics per a aplicar-los com a sorbents en extraccions en fase sòlida. En aquest cas, els sorbents sintetitzats són altament selectius per a la molècula d'interès i es coneixen com a sorbents d'empremta molecular. Pel que fa al mètode de síntesi s'han explorat diferent tipus de polimeritzacions així com diferents tipus d'interacció entre els components que constitueixen el polímer a fi de millorar tant el procés de síntesi com el reconeixement de la molècula objectiu un cop obtingut el polímer per tal d'obtenir extraccions altament selectives. Aquest sorbents s'han aplicat per a l'extracció de compostos considerats com a contaminants orgànics emergents en mostres tant d'orina humana com aigües de riu o de depuradora amb resultats satisfactoris en tots els casos, demostrant que aquest sorbents són una bona opció a l'hora de realitzar extraccions altament selectives. / The present thesis has been developed within the research trend that the group has on the development of new polymeric materials for their used as sorbents in solid-phase extraction. In this case, the sorbents synthesised are highly selective for the molecule of interest and are known as molecularly imprinted polymers. Regarding the synthesis of these polymers, several polymerisation protocols as well as several kinds of interactions that can be established between all the components involved in the synthesis of the polymers have been exploited. The sorbents obtained were further applied in the selective extraction of several compounds framed within the group of emerging organic pollutants from human urine, river water or effluent water from sewage plants. In any case, a successful extraction of the target analyte was easily achieved by using any of the sorbents developed, thus proving that these sorbents are a good option when aiming to selectively extract the compound of interest from highly complex matrices.

L’estudi de la presència i distribució dels contaminants orgànics persistents en el medi ambient és avui dia un tema de gran interès social degut als efectes nocius que aquests compostos provoquen en el organismes vius i a la seva capacitat per a bioacumular-se a través de la cadena tròfica. A més dels compostos que es troben en el llistat de substàncies perilloses del Conveni d’Estocolm (bifenils policlorats (PCBs), policlorodibenzo-p-dioxines i furans (PCDDs/Fs) i pesticides organoclorts), alguns que s’hi han afegit recentment (2009) com els polibromodifenil èters (PBDEs) o sulfonats de perfluorooctà, en els últims anys s’ha detectat en el medi ambient la presència de nous contaminants com les parafines clorades (CPs). Aquest fet, ha comportat que s’hagi proposat la seva inclusió en el llistat de compostos que s’estan avaluant per ser inclosos en el Conveni d’Estocolm i s’hagin inclòs en la directiva marc de l’aigua de la Unió Europea. Atès que la informació que es disposa actualment relativa a la seva presència i distribució en el medi ambient és encara limitada, és d’interès disposar de mètodes d’anàlisi ràpids i fiables que permetin la seva determinació amb una elevada sensibilitat i selectivitat L’objectiu principal d’aquesta tesis és el desenvolupament de metodologies analítica per a l’anàlisi de CPs i d’altres contaminants orgànics persistents per tal de estudiar la seva presència i distribució en mostres ambientals i alimentàries. En una primera part de la tesi s’ha estudiat l’aplicabilitat de l’extracció assistida per microones com a alternativa a les tècniques d’extracció tradicional per l’anàlisi de CPs en mostres de sediments, per tal de disposar d’un mètode ràpid i senzill per l’anàlisi d’aquest compostos en matrius abiòtiques d’elevada complexitat. Tanmateix, s’ha avaluat l’aplicabilitat d’un mètode multi-component per l’anàlisi de mescles de CPs i d’altres famílies de contaminants, com les PCDD/Fs, els PCBs i els PBDEs, en mostres de bivalves i peixos destinats al consum humà. En ambdós casos, els mètodes s’han aplicat a l’anàlisi de CPs i altres contaminants en sediments d’origen fluvial i marí fortament influenciats per l’activitat industrial i en productes del mar procedents d’àrees d’especial interès pesquer i ecològic, com és el Delta de l’Ebre. En una segona part d’aquesta tesi s’ha estudiat l’aplicabilitat de la cromatografia de gasos multidimensional integrada (GCxGC) per a la separació i caracterització de mescles de CPs i la seva determinació en mostres ambientals. Amb aquest objectiu, en primer lloc es van estudiar diferents combinacions de columnes en les dues dimensions per tal d’aconseguir la màxima separació entre els components de les mescles i estudiar la seva composició i naturalesa. En segon lloc, es va desenvolupar un mètode GCxGC acoblat amb un espectròmetre de masses amb analitzador de temps de vol (TOF-MS) per dur a terme la identificació i quantificació de les CPs en mostres ambientals. Per altra banda, s’ha avaluat la capacitat de la GCxGC en l’anàlisi de CPs i d’altres contaminants, com els PCBs i els PBDEs, en mostres de sediments per tal de disposar d’un mètode ràpid i fiable per a la determinació conjunta d’aquestes tres famílies de compostos. Finalment, en aquesta tesi s’ha estudiat l’aplicabilitat de l’acoblament GCxGC-MS amb analitzador quadrupolar com a alternativa al TOF, per a l’anàlisi de mescles de CPs. En aquest sentit s’ha pogut demostrar la idoneïtat d’aquest tipus d’analitzador, treballant en condicions que proporciona la màxima velocitat d’adquisició sense perdre informació espectral, ja que permet acostar-se a les prestacions del TOF i, en conseqüència, es pot utilitzar per l’anàlisi i caracterització de mescles de CPs i d’altres famílies de contaminants. / Today, the study of the presence and distribution of the persistent organic pollutants (POPs) in the environment is a matter of social interest since these compounds cause harmful effects on living organisms and exhibit a high capacity to bioaccumulate through the trophic chain. In recent years, new persistent pollutants, such as chlorinated paraffins (CPs), have been detected in the environment. These compounds show similar characteristics and properties than those included into the Stockholm Convention list, the initial one with polychlorinated biphenyls (PCBs), polychlorodibenzo-p-dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs), organochlorinated pesticides, and also those added later (2009), such as polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) or perfluorooctane sulfonate (PFOS). As a consequence, CPs have been proposed to be included into the POP list of the Stockholm Convention and are considered as priority substances by the Oslo and Paris Commission (OSPAR). Moreover, they have been included in the list of priority hazardous substances in the field of water policy of the European Union (Directive 2002/45/EC). Since information about the levels and distribution of CPs in environment is still limited and the characterization and quantification of CP mixtures is a complex task, there is a need to dispose of reliable, sensitive and selective analytical methods for their determination in environmental matrices. The aim of this work is double, on the one hand the development of methodologies for the analysis and characterization of CPs and on the other, the study of their presence and distribution in environmental and food samples.

The thesis presents the development of immunochemical methods for detection of trichlorophenols (TCP) in environmental and biological samples. An indirect enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) for 2,4,5-TCP has been developed after a rational design of the immunizing hapten chemical structure, and the screening of 12 competitor haptens. The effect of the conjugation degree of the competitors and their homology with the target analyte, the physicochemical parameters (pH, ionic strength), the concentration of detergent, the time of incubation and the specificity were studied. Two immunoassays (2,4,5- and 2,4,6-TCP ELISAs) were evaluated for the analysis of water, milk, serum and urine. Drinking water was analyzed directly after buffering the sample. The strong matrix effects in milk samples requires the sample clean up. Human serum can be analyzed after protein precipitation with absolute ethanol. The strong matrix effect of urine and its variability for samples from different individuals suggested the introduction of a purification step prior to ELISA. The C18- solid phase extraction (SPE) is an effective clean up method to remove an important part of the nonspecific interferences present in urine. The C18-SPE-ELISA method allows accurate quantification of TCPs in urine of occupationally exposed persons. SPE based on immunosorbents (immunoaffinity extraction, IAE) have been developed in single and 96-column formats. IAE is an effective clean up method to remove all nonspecific urinary interferences. The IAE step was optimized regarding sample volume, loading level, type of urine hydrolysis washing and elution conditions. The selectivity of the immunosorbents can be modulated by the washing conditions. The immunosorbents have sufficient capacity to effectively extract 2,4,6-TCP from urine samples of occupationally exposed persons and the general population. The HTS-IAE-ELISA method allows the processing of 100 samples/day with very good precision and accuracy. The method was validated with GC-MS and applied to the biomonitoring of three groups of population from Catalonia.A quenching fluorescence immunoassay based on the laser-induced fluorescence detection in microdroplets (LIF-microdroplet-QFIA) for 2,4,6-TCP has been developed as a novel biodetection system. This approach offers significant improvement in method detectability compared to the microplate immunoassays and is the first application urine samples that can be directly analyzed after sample dilution.

S'han desenvolupat tècniques monodimensionals i multidimensionals per a la caracterització de lípids i contaminants orgànics en mostres complexes. Pel que fa la caracterització de lípids s'ha utilitzat com a matriu de referència la lanolina (cera complexa excretada per les glàndules sebàcies de l'ovella). Pel que fa els contaminants orgànics, s'han considerat majoritàriament plaguicides polars i compostos emergents de diferents famílies químiques. Els lípids estan constituïts per barreges de diferents famílies químiques amb diferents propietats fisicoquímiques. Per aquest motiu, ha estat necessari desenvolupar metodologies específiques en funció de les famílies de compostos d'interès. S'han posat a punt tècniques analítiques monodimensionals per a determinar a) àcids grassos volàtils amb micro-extracció en fase sòlida b) èsters alifàtics d'elevada massa molecular amb cromatografia de gasos d'alta temperatura c) èsters esteroidals amb la cromatografia de gasos a pressió sub-ambient degut a que són compostos termolàbils. Per a la detecció d'aquests compostos s'ha utilitzat la espectrometria de masses tant amb ionització per impacte electrònic com per ionització química. Com a tècnica multidimensional s'ha optimitzat la cromatografia bidimensional integrada acoblada a un espectròmetre de masses de temps de vol. La metodologia desenvolupada, que posa un especial èmfasi en la importància de l'etapa de derivatització prèvia a la determinació, permet caracteritzar diferents famílies lipídiques excloent-ne tan sols els èsters que, degut a la seva elevada massa molecular, presenten un mal comportament cromatogràfic en aquesta tècnica.Per a la determinació de contaminants orgànics, s'ha desenvolupat una metodologia analítica basada en la cromatografia de detecció dual emprant detectors de captura d'electrons i un específic de nitrogen i fòsfor. A més de determinar contaminants de diferents famílies químiques també s'ha desenvolupat el concepte del quocient de resposta entre els dos detectors que permet confirmar la identificació dels compostos d'interès sense necessitar d'un altre sistema cromatogràfic.Finalment, s'ha aplicat les metodologies desenvolupades per a estudiar l'estuari del riu Ebre. Una de les principals característiques d'aquest estuari és el fenomen de la falca salina que provoca que, depenent del cabal del riu, es formin perfils verticals molt estratificats amb una capa d'aigua superficial dolça i una capa inferior d'aigua salada. S'han caracteritzat els lípids de les dues masses d'aigües podent-ne determinar l'origen de la matèria orgànica, caracteritzant-ne els diferents comunitats plànctoniques i realitzant un seguiment dels processos biogeoquímics i dels traçadors moleculars indicadors de contaminació per aigua residual urbana. De la mateixa manera, també s'ha estudiat la distribució geogràfica i temporal de diferents marcadors lipídics en el delta de l'Ebre, observant una forta estacionalitat en els resultats.Pel que fa els contaminants orgànics, s'ha avaluat el seu comportament en un medi estratificat gràcies a un experiment en un microcosmos correlacionant el seu transport vertical amb la difusió. També, estudiant les vies d'eliminació, s'ha identificat l'evaporació com sent un dels principals processos d'eliminació dels contaminants en el transcurs d'aquest experiment correlacionant-se amb la constant de Henry dels diferents compostos. En el cas del riu Ebre s'ha estudiat la influència de la presència de la falca salina en els perfils verticals obtinguts pels diferents contaminants orgànics observant-se un enriquiment de la capa superficial. De la mateixa manera, s'ha estudiat la distribució temporal i geogràfica dels compostos d'interès observant-se una forta estacionalitat que s'ha atribuït a la pròpia estacionalitat en l'ús d'aquestes substàncies. Finalment, integrant aquesta variació temporal gràcies a un mostratge gairebé anyal (9 campanyes de mostratge) s'ha avaluat la contribució contaminant del riu Ebre al mar Mediterrani.

Tant el desenvolupament humà com l'assoliment d'un bon estat ecològic dels ecosistemes requereixen d'una aigua de qualitat. En aquest sentit, els processos de depuració i regeneració de l'aigua residual són claus per tal de garantir una gestió sostenible d'aquest recurs.El treball dut a terme en la present tesi es desglossa en dos grans blocs. El primer d'ells es centra en l'estudi del comportament dels contaminants orgànics durant el seu tractament en aiguamolls construïts i el segon té en consideració la formació de subproductes de desinfecció durant el procés de regeneració.Els contaminants orgànics estudiats en la present Tesi pertanyen al grup dels fàrmacs i productes d'higiene personal (PPCPs), al de les substàncies prioritàries establertes com a tals en la Directiva Marc de l'Aigua 2000/60/EC i als subproductes de desinfecció. En aquest sentit s'han desenvolupat metodologies analítiques aplicades a l'anàlisi d'aquests compostos tant en aigües com en sòlids suspesos i sediments.L'estudi del comportament d'aquests compostos en aiguamolls construïts (de flux superficial i subsuperficial) s'ha realitzat des de dos enfocaments diferents. El primer d'ells és la injecció directa dels contaminants d'estudi, conjuntament amb un traçador mentre que el segon estudia l'atenuació dels PPCPs presents a l'aigua residual a mesura que aquests travessen l'aiguamoll.Com a resultat d'aquest estudi s'ha constatat una major eficiència en l'eliminació de gran part dels contaminants en aquells sistemes on hi predominen les rutes metabòliquesaeròbies. En aquest sentit, la transferència d'oxigen als aiguamolls a través de la vegetació s'ha vinculat amb un increment en l'eliminació de contaminants orgànics.D'altra banda, es demostra com les interaccions d'aquests compostos amb la matèria orgànica i el conjunt de la rizosfera tenen un paper clau a l'hora d'eliminar-los, sobretotquan es tracta de compostos més hidrofòbics.Finalment, en l'estudi de la formació de subproductes de desinfecció en aigües residuals regenerades, s'ha demostrat que la presència d'amoni en els efluents de les EDARs disminueix el risc de formació de trihalometans, essent un paràmetre clau per tal de controlar la formació d'aquests compostos. / Water of quality is a scarce and essential resource for human development. Then wastewater treatment and water reuse and reclamation are of high importance in order to assure a sustainable management of this resource.The work carried out in this thesis has been splitted in two parts, the first one related to the study of the behavior of organic pollutants in constructed wetlands and the other one to the evaluation of disinfection by-products formation during regeneration processes. The organic pollutants considered can be classified in three classes; pharmaceutical and personal care products (PPCPs), the ones included as priority substances by the EU Framework Directive 2000/60/EC and the disinfection by-products. In this sense, analytical methodologies have been developed in order to analyze these compounds in water, suspended solids and sediments.The behavior of these compounds in constructed wetlands (surface and subsurface flow) has been assessed by both, the injection of pollutants with a tracer, and by studying the attenuation of organic pollutants already present in raw wastewater. As a result of these studies, it has been observed the highest removal efficiencies in vertical flow constructed wetlands where organic matter removal is predominantly by aerobic pathways. Consequently a positive vegetation effect has been observed due to its increase on oxygen transfer to the system. On the other hand, it has been shown that organic pollutants have a high interaction with the organic matter and the rizosphere and that is more relevant for the hydrophobic ones.Finally, in the study of disinfection by-products formation, it was observed that the presence of ammonium in WWTPs effluents decrease the risk of trihalomethanes formation.

El objeto general de la tesis es el estudio electroanalítico de la complejación de los iones metálicos Zn(II), Cd(II), Pb(II) y Cu(II) por los ácidos poliacrílico (PAA) y polimetacrilico (PMA), como modelo de las interacciones que tienen lugar en medios acuáticos naturales entre iones metálicos pesados y ligandos macromoleculares de carácter polielectrolítico, las técnicas utilizadas en el estudio son las polarografías de corriente continua (DCP), de impulsos normal (NPP), de impulsos inversa (RPP) y de impulsos diferencial (DPP) y las voltamperometrías de redisolución anódica (ASV) y cíclica (CV). Para el tratamiento de datos y la interpretación de resultados se hace uso inicialmente del modelo propuesto por H.G. de Jong, H.P. van Leeuwen y K. Holub (1987), desarrollado en ausencia de adsorción electródica y válido, en principio, para las diferentes técnicas voltamperometricas, aunque su aplicación a ASV no es tan directa como seria deseable.Las limitaciones del modelo han obligado, en primer lugar, a desarrollar una metodología de trabajo rigurosa para el control de la acidez del medio y para la minimización de los efectos debidos a adsorción del ión metálico en las paredes de la celda voltamperométrica; en segundo lugar, a modificar el tratamiento de datos con la introducción de parámetros hidrodinámicos para cuya determinación se dan métodos; en tercer lugar, a generalizar el modelo para que contemple los fenómenos de adsorción inducida del ión metálico sobre el electrodo.Este nuevo modelo se desarrolla rigurosamente para el caso de NPP. Se realiza el estudio paramétrico completo, se desarrollan procedimientos de simulación y se ajustan datos calculados a las curvas experimentales. Debido a la complejidad del tratamiento general, se propone un procedimiento semiempírico simplificado para determinar las constantes de formación de los complejos ión metálico/macromolécula. Por último, se aplica la metodología desarrollada. / The general purpose of the Thesis is the voltarnmetric study of the interactions between heavy metal ions and macromolecular Iigands (which are usually present in environmental samples) as a previous step to metal speciation. For that purpose, the complexes formed by the metal ions Zn(II), Cd(II), Pb(lI) or Cu(lI) and polyacrylic acid (PAA) or polymethacrylic (PMA) acid were studied as model systems. The techniques used in the study were direct current (OCP), normal pulse (NPP), reverse pulse (RPP) and differential pulse polarography (DPP), anodic stripping voltammetry (ASV) and cyclic voltammetry (CV). For the interpretation of the results, a voltammetric model proposed by de Jong, van Leeuwen and Holub (1987) for 1:1 and labile complexes was initially applied. However, the limitations of the model required the development of an optimized experimental methodology, including a rigorous control of the acidity conditions and of the metal losses by adsorption onto cell walls, and also a semiempirical method to take into account the effects of the involved hydrodynamical conditions in ASV. The new methodology has been applied to the study of the influence of the degree of dissociation and the concentration of supporting electrolyte on the complexation constants. Finally, the model has been extended to have into account the induced adsorption of the metal ion on the electrode in NPP and a simplified procedure to evaluate the complexation constant in such conditions is proposed.

L'Ebre és un típic riu mediterrani caracteritzat per canvis estacionals en la corrent i efectes extrems en el seu flux. En aquesta conca les activitats agrícoles i industrials així com les concentracions urbanes són la causa de considerables problemes de contaminació des de fa molts anys. L'agricultura basada en la vinya i l'arròs (al delta) i l'ambli ús de pesticides són la font principal de contaminació a la part baixa de la conca de l'Ebre. Durant els anys 60 i 70 els pesticides organoclorats es van utilitzar àmpliament en aquesta regió, fins que el seu ús va ser prohibit el 1976. Malgrat això, avui en dia encara es detecten elevats nivells d'insecticides organoclorats així com d'altres compostos d'origen industrial. Per a poder fer una avaluació de la contaminació present en aquesta conca, el riu Ebre es va incloure en el projecte europeu AquaTerra. En el context d'aquest projecte es va realitzar una monitorització de diversos contaminants durant 3 anys al riu Ebre i alguns dels seus afluents. Els compostos prioritaris mesurats en les sis campanyes realitzades, tant en aigua com en sediments, estan inclosos a la Directiva 2006/11/CE, que aboleix les Directives 76/464/CE i 2455/2001/EC i inclou 23 compostos organoclorats, 16 hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs), diversos pesticides i 2 alquilfenols (APs).Els compostos detectats més freqüentment van ser els PAHs, els DDTs, hexaclorobenzè i especialment els APs, que es van trobar a la major part de les mostres analitzades i a concentracions molt elevades en alguns punts. El conjunt de les dades va reflectir una distribució generalitzada dels compostos orgànics a tota la conca, com a resultat de la influència antropogènica, així com una contaminació més elevada a les rodalies de les gran ciutats, on es concentra l'activitat industrial. D'entre els resultats obtinguts d'aquest estudi, el grup dels alquilfenols (nonilfenol i octilfenol) va ser el detectat més freqüentment, pràcticament al 100 % dels punts de presa de mostra, i a unes concentracions més elevades, tant en aigua com en sediments. En base als resultats obtinguts i al fet que són compostos emergents, el grup dels APs es va seleccionar per a la realització d'un estudi més complet que donés informació sobre el seu comportament al medi. Aquest estudi va consistir en la investigació de les isotermes d'adsorció de: a) nonilfenol en diversos sediments provinents de la conca hidrogràfica del riu Ebre i en altres dos materials (lignit i torba), tots ells amb diferent contingut de carboni orgànic total (TOC), per a estudiar la influència d'aquest paràmetre en els comportament del nonilfenol pel que fa a l'adsorció i b) octilfenol i nonilfenol, tant per separat com conjuntament, i l'extensió de la isoterma per al nonilfenol a concentracions baixes, properes a les que es poden trobar d'aquest compost al medi. Així mateix els mateixos compostos es van utilitzar per a un estudi de la seva degradació sota diferents condicions, obtingudes per la combinació de dos graus de llum i dos de concentració d'oxigen. L'experiment de degradació es va portar a terme sota condicions ambientals durant 70 dies provant de reproduir les condicions naturals que es donen en un riu. / The work presented here shows the most recent results on monitoring campaigns for contaminants relevant to the soil-water-sediment system in the Ebro River basin. The Ebro is a typical mediterranean river system that is characterised by seasonal low flows during summer and occasional extreme flush events during winter. Prominent agricultural and industrial activity throughout the basin caused considerable contamination problems since many years. Six monitoring campaigns for surveillance monitoring were completed at 24 sampling stations. At these points surface water and sediment samples were collected. Priority compounds measured are mainly listed in the Directives 2006/11/CE. These are a follow-up of the recently abolished directive 76/464/CE and 2455/2001/EC and comprise 23 organochlorine compounds (OC), 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), 2 alkylphenols (APs) and various pesticides.As a result of this monitoring, it has been possible to detect main persistent pollutants in river samples and determine point source pollution spots. Most samples contained traces of organic compounds, reflecting the anthropogenic input from human activities. These organic compounds were detected at high levels. The most frequently detected compounds were PAHs, APs, DDT and Hexachlorobenzene in sediments and soils and APs, Triazines, some Organophosphorus and Chloroacetanilides in surface water. APs were selected as target compounds for a deeper study on their behaviour in the environment. These compounds were chosen because of their presence in water and sediments at very high concentrations and their consideration as endocrine disruptors. The study comprises two different experiments: a) sorption isotherms and b) degradation experiments. The sorption experiment consisted on the investigation of sorption isotherms for NP, using sediments with different amount of total organic carbon to know the influence of this parameter in the sorption process. Also the extension of NP isotherm to similar values than the ones found in the environment was evaluated as well as the simultaneous study of NP and OP to elucidate their competition. Degradation experiments were performed at four different conditions combining two degrees of light and two of oxygen concentration. The experiment was carried out at environmental conditions during 70 days trying to reproduce the natural conditions in the river system.

La presència d’antimicrobians, així com dels seus metabòlits i altres productes de degradació, en el medi ambient ha despertat una forta preocupació durant els últims anys. Com a resultat de l’elevada efectivitat i baix cost d’aquests fàrmacs, el seu ús s’ha estès en medicina humana i veterinària. Pel que fa a la medicina veterinària, aquests compostos s’utilitzen amb finalitat profilàctica, terapèutica i fins i tot com a promotors de creixement en alguns països. Atès que els animals medicats excreten entre un 30 i 90 % de l’agent antimicrobià en la forma no metabolitzada, quan s’utilitzen fems per fertilitzar sòls agrícoles, grans quantitats d’antimicrobians entren contínuament als diferents compartiments ambientals (sòls, sediments, aigües subterrànies i superficials). Els antimicrobians són substàncies bioactives, per tant la seva presència a baixes concentracions, pot afectar la biota, la comunitat microbiana i el que és més preocupant, pot provocar l’aparició de microorganismes patògens resistents. Per tal de preveure destí, comportament ambiental i quantificar la retenció en el sòl d’un fàrmac és important la determinació del coeficient de distribució Kd (L Kg–1). En aquesta tesi s’ha caracteritzat i modelitzat la sorció de les quatre tetraciclines més emprades en veterinària (oxitetraciclina, tetraciclina, clortetraciclina i doxiciclina). S’ha observat que les tetraciclines queden fortament retingudes en el 15 sòls estudiats, amb valors de Kd superiors a 102 L kg–1. Els estudis han posat de manifest que en sòls àcids, el principal mecanisme de sorció és el bescanvi catiònic, mentre que en sòls neutres i bàsics sembla que comencen a ser importants altres tipus d’interaccions (bescanvi catiònic, complexació en superfície, interaccions polars, etc.). El tractament de les dades de sorció mitjançant mètodes quimiomètrics (PCA i PLS) ha permès identificar que les propietats fisicoquímiques del sòl que tenen més influència són pH > CEC > contingut de K2O > contingut de Al2O3 > contingut d’argila. L’estudi de la sorció també ha inclòs el desenvolupament d’un model de sorció que prediu satisfactòriament els log Kd a partir d’aquests 5 descriptors del sòl. D’altra banda, també s’ha establert un model que prediu satisfactòriament els log Kd de tetraciclina, clortetraciclina i doxiciclina a partir de log Kd,oxitetraciclina, pH i CEC corresponents al sòl. El biochar, un tipus de negre de carboni, procedent de la piròlisi de residus de biomassa en absència d’oxigen, s’ha avaluat com a sorbent potencial d’una sulfonamida d’elevada mobilitat (la sulfametazina). En primer lloc, s’han realitzat estudis en el sistema biocharaigua de per tal d’elucidar els mecanismes que tenen lloc en el procés de sorció. S’ha observat que Kd augmenta amb el grau de carbonització (relació H/C) mentre que la linealitat de la isoterma disminueix. D’altra banda, s’ha constatat com el mecanisme i la intensitat de sorció depenen de l’especiació. La sorció segueix el següent ordre: espècie neutra > catiònica > aniònica, amb valors de Kd de fins a 106 L kg-1. Les interaccions Pi-Pi donador-acceptor d’electrons, hidrofòbiques, Van der Waals i ponts d’hidrogen són determinants en la retenció de la sulfametazina en aquests materials. En segon lloc, aquest treball ha posat de manifest que la sorció de sulfametazina en un sòl esmenat amb biochar augmenta amb l’augment del grau de carbonització del biochar i el contingut d’aquest en el sòl. L’estudi també ha demostrat que el temps de contacte entre sòl i biochar poden atenuar aquesta sorció. Per acabar, en aquesta tesi s’ha desenvolupat una nova eina, en un entorn MS-Excel™ pel tractament de dades de sorció: la funció ISOT_Calc i la macro Ref_GN_LM. Aquesta presenta una gran versatilitat en l’estudi d’equilibris de sorció facilitant la selecció del model de sorció, l’ajust de les dades experimentals, etc. / Antimicrobials have long been extensively used to treat infectious disease and promote growth in livestock. Up to 90% of administered sulfonamide drugs can be excreted as the active parent compound and large amounts of sulfonamide residues are released to the environment via land application of contaminated manure. At field concentrations, antimicrobials affect soil microbial community and promote the development of antimicrobial resistance in bacteria. Soil sorption processes dominate transport, fate and possible effects of these chemicals in the environment. Further understanding of mechanisms involved in antimicrobial sorption can definitely help to retard their leaching and run-off to waters. In our studies we have focused on two widely used antimicrobials presenting different environmental mobility: tetracyclines (mostly retained) and sulfonamides (highly mobile). We have determined the sorption coefficients (Kd) of a group of TCs (tetracycline, oxytetracycline, chlortetracycline and doxycycline) in 15 natural soils with different physicochemical properties. The use of multivariate data analyses allowed to elucidate sorption mechanisms involved and to assess the environmental mobility as well. On the other hand, if sulfonamides cannot be prevented from entering soil, we consider of great interest to find means to minimize its transport into ground water and surface waters. Since Biochars is reputed to be a strong adsorbent, we studied the adsorption of the heavily used swine antimicrobial sulfamethazine, to a range of biochars and biochar-amended mixtures to test whether it could reduce pore water concentrations –potentially decreasing sulfamethazine bioavailability– and to provide insights into SMT adsorption. Results showed that depending on biochar physicochemical properties (surface area, surface functional groups, C/H ratio, etc), it could be a potential effective adsorbent for sulfamethazine and decrease its mobility in biochar-amended soils. We have also observed that sulfamethazine retention, significantly decreases with the time of residence of the biochar in soil. This latter phenomenon, commonly known as the “weathering effect”, has been attributed to sorption of native soil substances, such as humic substances. This work has also developed a novel tool (ISOT_Calc/Ref_GN_LM, developed as function and macro for MS-Excel, respectively). The combination of ISOT_Calc/Ref_GN_LM can be used in the evaluation of the isotherm parameters from batch experimental sorption data.

Aquesta tesi ha estat focalitzada en demostrar la possibilitat de crear plataformes de diagnòstic, multiplexades i universals, a través de la hibridació de cadenes d'oligonucleòtids complementàries (DNA-directed immobilization, DDI). La multiplexació és possible degut al gran nombre de cadenes d'oligonucleòtids diferents que es poden crear al combinar les 4 bases nitrogenades de l'ADN (A, T, C i G), permetent detectar simultàniament tants analits diferents com cadenes d’oligonucleòtids es disposi. La universalitat, be donada per la possibilitat de regenerar una superfície amb una simple etapa de deshibridació, i reutilitzar-la per a la detecció d’analits de diferent naturalesa. Concretament, s'ha demostrat la possibilitat de crear microarrays d'haptens, emprant microarrays d'ADN i aprofitant l'especificitat de la reacció d'hibridació entre les cadenes d’oligonucleòtids immobilitzades en la superfície i les cadenes d'oligonucleòtids unides covalentment als diferents haptens. Com a prova de concepte, s'ha desenvolupat un microarray d’haptens esteroïdals per a l'anàlisi quantitatiu i multiplexat d'hormones anabolitzants amb detecció fluorescent. També s'ha demostrat la possibilitat d'utilitzar aquesta estratègia d'immobilització pel desenvolupament d'immunosensors òptics multiplexats basats en la ressonància del plasmó superficial per imatge (SPRi), evitant així la necessitat d’emprar marcadors per tal d’obtenir el senyal. Per altra banda, s'ha demostrat la universalitat de l'estratègia DDI, al emprar un microarray d'ADN per a la creació de superfícies nanoestructurades, posteriorment emprades com a transductors en immunosensors basats en la ressonància del plasmó superficial localitzat (LSPR). Concretament, cadenes d'oligonucleòtids han estat unides a nanopartícules d'or de diferents mides, que després han estat immobilitzades de forma controlada i selectiva sobre la plataforma, a través de la hibridació entre les cadenes d’oligonucleòtids complementàries. I finalment, també s’ha demostrat l’aplicabilitat de l’estratègia DDI per a la immobilització de proteïnes, al crear microarrays d’anticossos, en format estàtic i en flux, que han estat emprats per a la diferenciació de cèl•lules segons les proteïnes expressades en la membrana cel•lular.