Els compostos antimicrobians són un dels grups de fàrmacs més utilitzats en l’àmbit veterinari; el seu ús està molt relacionat amb les pràctiques de la ramaderia intensiva. L’aplicació d’agents antimicrobians en aquest àmbit ha comportat importants avantatges, però també té efectes contraproduents, ja que pot implicar la presència de residus d’aquests tant en el medi ambient com en aliments d’origen animal, originant riscos de diferents tipus, com ara reaccions al•lèrgiques o creació de resistències bacterianes en els consumidors d’aliments. Aquest darrer factor ha estat motiu de creixent preocupació durant els darrers anys. A part d’aquests efectes més immediats, els possibles efectes a llarg termini són encara desconeguts. Després de les greus crisis alimentàries que van tenir lloc durant els anys 90, la UE va decidir modernitzar la legislació a través de l’establiment d’un conjunt de normatives, la creació d’entitats amb elevat coneixement científic en aquest entorn i els controls al llarg de tota la cadena alimentària fomentant la filosofia d’estendre la seguretat alimentària “des de la granja a la taula”. Així, per tal de garantir la seguretat alimentària, els estats membres de la UE duen a terme un gran nombre d’anàlisis, i es requereixen diferents tipus de metodologies, des de les més simples, que permeten un cribratge de mostres ràpid i efectiu, fins a les que impliquen les màximes prestacions que permet la tecnologia actual. En la present Tesi s’han desenvolupat metodologies per tal d’analitzar 5 famílies d’antibacterians (tetraciclines, quinolones, macròlids, sulfamides i penicil•lines) i un grup d’antiparasitaris, els coccidiostàtics, en diferents aliments d’origen animal. Els compostos seleccionats s’utilitzen àmpliament en veterinària. Els mètodes que s’han desenvolupat en aquesta Tesi es basen en la cromatografia de líquids, que és la tècnica més utilitzada per a l’anàlisi de residus en aliments. L’extracció dels anàlits, i sobretot la purificació dels extractes s’han considerat clàssicament com el coll d’ampolla dels mètodes analítics, ja que sovint és molt complicat obtenir extractes lliures de compostos interferents i recuperacions satisfactòries. La presència de compostos de matriu en l’extracte final, i de contingut macromolecular en concret, s’ha descrit àmpliament com una de les principals fonts d’efectes de matriu i d’errors en la quantificació. En dos dels mètodes desenvolupats s’ha avaluat l’ús de sistemes de purificació d’exclusió molecular per a l’eliminació de contingut macromolecular en matrius riques en proteïnes i lípids. En un d’ells es determinen 4 tetraciclines en llet mitjançant una purificació amb materials d’accés restringit en línia amb el sistema cromatogràfic i detecció per fluorescència. En l’altre mètode es determinen 9 coccidiostàtics en ous mitjançant una purificació per cromatografia de permeació en gel i determinació per cromatografia de líquids amb detecció d’espectrometria de masses en tàndem. En el tercer mètode desenvolupat s’han analitzat 39 antibacterians en múscul animal. En aquest cas amb una simple dilució després de l’extracció n’hi ha hagut prou per aconseguir extractes suficientment nets i poder quantificar els anàlits als nivells d’interès mitjançant cromatografia de líquids amb detecció d’espectrometria de masses en tàndem. Els mètodes desenvolupats s’han validat segons els criteris de la Decisió 657/2002 de la UE i s’han considerat adequats per als propòsits establerts. També s’ha realitzat un estudi de supressió iònica en l’anàlisi de tetraciclines en pinsos per cromatografia de líquids acoblada a l’espectrometria de masses en tàndem, mitjançant l’avaluació d’aquest efecte després d’aplicar diferents procediments de purificació a diferents tipus de pinsos. La supressió iònica és especialment crítica per a la quantificació de residus en matrius amb elevat grau de variabilitat de composició de la matriu, com els pinsos. S’han obtingut resultats prometedors quan s’empra un dels mètodes proposats, que obren la porta a futures investigacions en aquesta línia. / Food safety is an important issue in the EU and a legal framework, which covers the whole food chain, has been established. The central goal is to guarantee a high level of protection of human health in relation to food. Antimicrobials are widely used in intensive animal farming practices, and this fact provides many advantages to food industry; however, it also can lead to adverse effects, as the presence of residues in the animal origin food which reaches the consumers. An efficient control of residues is essential, and the UE member states implement national residue monitoring plans. Therefore, control laboratories have to manage a considerable volume of samples and analyse a large number of substances. The first part of this work has consisted in the development of three analytical methods, based on high performance liquid chromatography (HPLC), for the analysis of several families of antimicrobials in different food products. First, the use of restricted access materials was assessed for on-line clean-up in the analysis of tetracyclines in milk samples. In the second method, gel permeation chromatography was assessed for clean-up in the analysis of nine coccidiostats in eggs. These clean-up systems have been designed for the removal of macromolecules, which can potentially cause matrix effects and interfere in the quantification process. In the third method a simple and fast multiclass method for the analysis of 39 antibacterials in animal muscle has been developed. In this case, a simple extraction and 5-fold dilution has provided clean enough extracts that have been directly injected into the chromatographic system. These methods have been validated against Decision 657/2002/CE and meet the criteria for identification and quantification at the levels of interest. In the second part of this PhD thesis, a study has been carried out for the evaluation of the ion suppression effects of feed extracts after application of different clean-up procedures and analysed by HPLC coupled to tandem mass spectrometry. Feed matrices can be extremely varied, what can cause high variability in the ion suppression effects between samples and errors in quantification. Promising results have been obtained with one of the procedures tested.

La presència de contaminants en el medi ambient i en els aliments és un tema d’important interès social que ha adquirit relevància en els últims anys. Entre els compostos que han suscitat més interès cal citar els que poden interferir amb el sistema endocrí dels éssers vius i que es coneixen amb el nom d’alteradors endocrins (endocrine disruptors, EDs). El motiu de preocupació es deu a l’observació d’efectes adversos en els éssers vius com són l’augment en la incidència de certes malalties en humans i alteracions en el sistema reproductor d’animals. Entre aquests compostos hom pot citar entre d’altres alguns pesticides i herbicides, els productes de degradació dels alquilfenols polietoxilats, certs productes farmacèutics i plastificants. La majoria d’aquests contaminants no estan encara regulats però són considerats contaminants emergents candidats a formar part en el futur de les llistes de compostos legislats. La seva inclusió en aquestes llistes depèn dels resultats dels estudis toxicològics i del seu potencial efecte sobre la salut. D’entre els alteradors endocrins en aquesta memòria s’ha estudiat el Bisfenol A (BPA) compost àmpliament utilitzat a la industria plàstica. L’elevada producció i utilització d’aquest compost fa que es trobi en el medi ambient i de fet, ha estat un compost força estudiat en els darrers anys. Atès que avui dia aquest compost comença a ser substituit per altres bisfenols (BPs) d’estructures similars és important desenvolupar metodologia anàlitica per a l’anàlisi d’aquests nous compostos. Un aspecte de la contaminació alimentària a la qual s’ha prestat relativament poca atenció és a la presència de contaminants que provenen de materials susceptibles d’entrar en contacte amb els aliments, com són els envasos, els utensilis de cuina, la maquinària emprada a la industria alimentària o els contenidors industrials. A la industria alimentaria s’utilitzen un seguit de materials com plàstics, cel•lulosa regenerada, paper i cartró (P&C), vidre, materials ceràmics, elastòmers, metalls, fusta, ceres, etc, i encara que aquests materials es formulen de manera que presentin unes propiètats físico-químiques adequades per protegir els aliments de canvis ambientals, químics i físics, petites quantitats dels constituents d’aquests materials poden migrar als aliments degut al contacte directe. Exemples de compostos que poden migrar cap als aliments són el propi bisfenol A així com els altres bisfenols i compostos relacionats emprats en la síntesi de les resines epoxi utilitzades per exemple en els recubriments de les llaunes de conserva. A més de la migració de contaminants deguda al contacte directe entre l’aliment i el material que els conté també es poden trobar als aliments altres components dels materials. Entre aquests compostos es poden citar els utilitzats en les tintes d’impressió dels empaquetaments. En aquesta memòria s’estudien els fotoiniciadors utilitzats en les tintes UV. En aquesta Tesi s’ha desenvolupat metodologia analítica basada en la cromatografia de líquids acoblada a l’espectrometria de masses en tàndem (LC-MS/MS) per a l’anàlisi de compostos àmpliament utilitzats en la fabricació d’envasos per a la industria alimentària com són el bisfenol A i compostos relacionats que s’utilitzen com a material de partida en la producció de plàstics i resines epoxi i els fotoiniciadors addicionats les tintes UV utilitzades en la impressió dels envasos. / Food matrices are complex mixtures consisting of naturally found compounds, such as carbohydrates, lipids, proteins, vitamins, phenolic compounds and organic acids. On the other hand, compounds such as pesticides, polycyclic aromatic hydrocarbons, chlorinated and brominated compounds, veterinary drugs, toxins, migrants from containers, metals and inorganic compounds may also be present and need to be monitored. Strict regulations apply for many of these compounds, expressed by maximum residues levels (MRLs) and specific migration levels (SMLs). In order to comply with these regulations, highly selective and sensitive analytical methods are required to identify, confirm and quantify the targeted compounds. On the other hand, special attention may be taken into account on food packaging materials although the amount of material migrating from food packaging into food may well be 100 times higher than the pesticides or environmental pollutants contribution. Moreover, it is difficult to compare the toxicity (primarily acute) of well-controlled pesticides with the potential (primarily chronic) toxicity of frequently not even identified compounds entering food from packaging materials. Despite the efforts on food legislation and regulation, food safety incidents occasionally occur and can originate from different sources such as both microbial and chemical contaminants. On the last decade, some food safety incidents have been directly related to packaging materials such as the alert for food contamination by UV ink photoinitiators on November 2005 in Europe. The Italian Food Control Authority detected that the photoinitiator 2-isopropylthioxanthone (2-ITX) migrated into baby milk at concentrations ranging from 120 to 300 µg L-1, resulting in the withdrawal from the market of more than 30 million liters of milk. In order to protect the consumer from potential food risk hazards risk analysis are mandatory, and for that purpose hazard identification, hazard characterization, exposure assessment and risk characterization are necessary. For these reasons in this thesis different analytical methods based in liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (LC-MS) have been developed for the analysis of packaged food. The studied compounds have been bisphenol A and related compounds used in canned foods and polycarbonate plastics, as well as some UV ink photoinitiators such as ITX, BP, EHDAB, DEAB, HCPK, PBZ,… The increasing need in food and environmental applications to cope with a growing number of analyses in very complex matrices demands new analytical procedures sensitive and fast enough but maintaining high resolution within an acceptable total analysis time. The purpose of this review is to describe new trends on current methodologies based on fast liquid chromatography for food and environmental analysis. It includes different column technologies, such as monolithic columns, sub-2 µm particle size columns, porous shell particles columns, as well as different stationary phases such as reversed phase (C8 and C18), hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC) and fluorinated ones. Additionally, recent sample treatments methodologies applied to reduce sample manipulation and total analysis time in food and environmental analysis - QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe), on line solid phase extraction coupled to ultra-performance liquid chromatography (on line SPE – UHPLC), turbo-flow chromatography (TFC) and molecular imprinted polimers (MIP), were also addressed. Some advantages but also drawbacks of many of these approaches focused in developing sensitive and fast chromatographic methods for food and environmental analysis and the way some authors solve them will also be discussed by means of some relevant applications. mention food packaging materials although the amount of material migrating from food packaging into food may well be 100 times higher than the pesticides or environmental pollutants contribution. Moreover, it is difficult to compare the toxicity (primarily acute) of well-controlled pesticides with the potential (primarily chronic) toxicity of frequently not even identified compounds entering food from packaging materials. Despite the efforts on food legislation and regulation, food safety incidents occasionally occur and can originate from different sources such as both microbial and chemical contaminants. On the last decade, some food safety incidents have been directly related to packaging materials such as the alert for food contamination by UV ink photoinitiators on November 2005 in Europe [3]. The Italian Food Control Authority detected that the photoinitiator 2-isopropylthioxanthone (2-ITX) migrated into baby milk at concentrations ranging from 120 to 300 µg L-1, resulting in the withdrawal from the market of more than 30 million liters of milk. In order to protect the consumer from potential food risk hazards risk analysis are mandatory, and for that purpose hazard identification, hazard characterization, exposure assessment and risk characterization are necessary. A very important prerequisite for performing risk assessment adequately is the presence of data generated by reliable and fit-for-purpose analytical methods to estimate the level of exposure and intake of the consumer to contaminants and residues. Focusing on contaminants coming from packaging materials regulation must also be coherent.

Durante esta Tesis Doctoral se ha evaluado la presencia de hasta 26 plaguicidas y productos de transformación (herbicidas, insecticidas y fungicidas) en aguas residuales, superficiales, subterráneas, potables y en sedimentos. También se ha evaluado el impacto ambiental de los plaguicidas a través de estudios de toxicidad, desarrollo de modelos de predicción y cálculo y elaboración de índices de riesgo ambiental (uno de ellos creado durante la Tesis Doctoral). Las metodologías analíticas desarrolladas se han basado en las técnicas online SPE-LC-ESI-MS/MS (para aguas) y PLE seguida de SPE y LC-ESI-MS/MS (sedimentos). Los métodos, han consistido en el uso del método de dilución isotópica lo que conlleva una elevada sensibilidad, alta selectividad y fiabilidad de resultados. Otras ventajas de los métodos son su versatilidad, su relativa simplicidad y su rapidez. Los estudios llevados a cabo en cuatro EDARs han puesto en evidencia no sólo la presencia de elevadas concentraciones de plaguicidas en aguas residuales de zonas urbanas (> 500 ng/L de plaguicidas individuales), sino también su deficiente eliminación durante el tratamiento en las plantas. Los tratamientos terciarios estudiados también se han mostrado ineficientes. El estudio de reutilización del agua llevado a cabo en el río Llobregat indica que el uso de aguas regeneradas en este río no afecta significativamente a la calidad del agua del mismo, ni tampoco al rendimiento de la potabilizadora que se encuentra en la región, por lo que esta práctica se presenta como una buena opción para contribuir a mantener el caudal del río y a garantizar el abastecimiento de agua potable a la ciudad de Barcelona. En aguas superficiales, los plaguicidas más ubicuos son el diazinón, el diurón y la terbutilazina mientras que en zonas agrícolas dedicadas al cultivo del arroz son el MCPA, la bentazona y el molinato. El malatión se detectó a elevadas concentraciones en el agua y también en moluscos. En aguas subterráneas, Lleida fue la zona del territorio catalán más afectada por la contaminación por plaguicidas, y las triazinas fueron los herbicidas más ubícuos. El estudio de recarga artificial ha mostrado que utilizando una capa reactiva (preparada fundamentalmente a base de compost) mejora la calidad del agua infiltrada, lo que la hace una tecnología útil y viable para aumentar el nivel freático con las consiguientes ventajas que ello implica. Los resultados obtenidos de plaguicidas en sedimentos guardan relación con el contenido de materia orgánica del sedimento y con las propiedades físico-químicas de los compuestos, como solubilidad, movilidad, potencial de bioacumulación y volatilidad. En general, todos los estudios de ERA realizados indican que los plaguicidas son una fuente de estrés importante para el medio acuático, y entre los compuestos estudiados destacan, por este orden, el diazinón, el malatión, el diurón, la terbutilazina, la simazina, la atrazina, el clortolurón y el isoproturón. Todos ellos están incluidos en la lista de compuestos prioritarios por la Comunidad Europea. Sobre lo modelos de predicción, el modelo de balance de flujo se mostró eficiente y útil, prediciendo con un margen de error inferior al 25% niveles de plaguicidas a unos 8 km de distancia del punto de referencia. En relación al estado general de las aguas, tomando como referencia las NCA más restrictivas (para aguas subterráneas), se ha visto que 19 de los 22 plaguicidas estudiados han superado en al menos un estudio el nivel de 100 ng/L, y el 16% de las muestras analizadas presentó un contenido de pesticidas totales superior a 500 ng/L. / The presence of up to 26 pesticides and transformation products (herbicides, insecticides and fungicides) was evaluated in wastewater, surface water, groundwater, drinking water and sediment. Their environmental impact assessed through the performance of toxicity studies, the development of predictive models, and the calculation and design of environmental risk indices (one of them created during the Doctoral Thesis) was also evaluated. The developed methods were based on on-line solid phase extraction (SPE) and pressurized liquid extraction (PLE) for the analysis of water and sediment samples respectively, in both cases followed by liquid chromatographic analysis coupled to tandem mass spectrometry detection (LC-MS/MS). The use of the isotope dilution technique (with isotopically labeled compounds) for quantification of the pesticides allowed good validation parameters. The most ubiquitous pesticides in urban areas were diazinon, diuron and terbuthylazine. In rice growing areas MCPA, molinate and bentazone presented the highest ubiquity and concentrations. Malathion was also detected at high concentrations in both water samples and seafood in these areas. The presence of pesticides in groundwater in Catalonia was found to be determined not only by the activities conducted in the area, but also by the degree of soil irrigation, the GUS index and the depth of the water sampling points. Regarding artificial aquifer recharge, percolation through a reactive layer prepared with fresh compost during the recharge process increases the quality of the recharge water and can be used to treat and recover surface and eventually waste waters Studies conducted wastewater treatment plants (WWTPs) have highlighted not only the presence of high concentrations of pesticides in urban areas (> 500 ng/L of individual pesticides), but also their poor removal during wastewater treatment. Tertiary treatments were also evaluated, revealing the inefficiency of some treatments and consequently the poor quality of reclaimed waters. Finally, all environmental risk assessment (ERA) studies showed consistent and valuable results that evidenced the influence of pesticides on the quality status of the water bodies. All these studies point to pesticides as one stressors in the aquatic environment, especially 8 of them in the following order: diazinon, malathion, diuron, terbuthylazine, simazine, atrazine, isoproturon, and chlortoluron.

Tesi per compendi de publicacions. La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu de la UPC / Common beans (Phaseolus vulagaris L.) are one of the most consumed and produced legumes in the world. Its high protein content makes it a high nutritional value product. As a result of its wide diversity, there are thousands of them conserved in seed banks and plant breeding centers. Chemical and sensory evaluations are necessary for their characterization and inclusion in plants breeding programs. Chemical analysis and sensory panels are time-consuming protocols and often require regents, which make them unsuitable for analysis of large amount of sample. Spectroscopy techniques are well-established nondestructible methods with a minimum sample preparation for determining the chemical components and sensory traits of foods. These techniques are suitable for managing a large volume of samples, because spectrum collection takes less than a minute. The main objective of this thesis is to develop regression models to correlate IR spectra with chemical composition and sensory traits. This thesis is composed of three publications in indexed journals, in which the main results are: i) For proper prediction of the chemical composition in common beans seed-coat, this seed-coat has to be removed from the cotyledon and ground to obtain a homogenous IR spectra; ii) Calcium, ash, dietary fiber values of the seed-coat can be predicted using NIR models; iii) It is possible to predict protein, starch, and total amylose using IR technology, moreover, the best models are obtained by the benchtop FT-NIR; iv) Nowadays, portable IR technology is almost at the same level as the benchtop instruments in terms of goodness of fit in prediction models; v) IR spectrum of the sample has a big impact in the developed models, so, it is necessary to cook , dry and ground the beans before registering the spectra; vi) It is not possible to predict aroma and seed-coat perception using NIR; vii) Finally, it is possible to integrate IR technology in common beans plants breeding and selection programs to analyze chemical composition and sensory trait. / La mongeta seca (Phaseolus vulgaris L.) és una de les lleguminoses de gra més consumides i produïdes arreu del món i amb un alt valor nutricional degut al seu elevat contingut proteic. La seva gran diversitat fa que existeixen milers d’entrades conservades en els bancs de llavors i centres de millora vegetal. L’avaluació química i sensorial d’aquestes entrades donaria informació molt valuosa per a programes de millora vegetal, però requereixen processos llargs i laboriosos que els fan poc apropiats quan cal caracteritzar un gran nombre de mostres. L’espectroscòpia d’infraroig pot ser una alternativa ja que, l’espectre de la mostra, que es reagistra en pocs segons i que necessita un mínim pretractament de la mostra, podria donar una estimació dels caràcters químics i sensorials. L’objectiu principal d’aquesta tesi és, doncs, obtenir models que permetin correlacionar l’espectre en l’infraroig amb els atributs sensorial de la mongeta i amb el contingut d'aquells components químics que semblen influir en aquests atributs. La tesi s’articula en tres treballs: l'anàlisi química de la pell de la mongeta (fibra dietètica, àcids urònics, cendres, calci i magnesi), l'anàlisi química del cotiledó (proteïna, midó, amilosa) i els atributs sensorials de la mongeta (aroma, gust, farinositat, percepció, rugositat i brillantor de la pell). Els principals resultats són: i) Per a la correcte predicció de la composició química de la pell, aquesta ha de ser separada de cotiledó i molturada a fi d’obtenir una mostra suficientment homogènia; ii) El contingut en calci, cendres i fibra diatètica de la pell de la mongeta es pot predir utilitzant l’espectre NIR; iii) Es possible obtenir models per a la predicció de proteïna, midó i amilosa utilitzant varies tecnologies IR, essent els millors models el obtinguts amb FT-NIR; iv) Els resultats obtinguts amb equips d'IR portàtils i els seus homòlegs de sobretaula tenen bondats similars ; v) Per a la correcta predicció dels atributs sensorial és necessari coure, deshidratar i molturar la mongeta abans d’obtenir l’espectre; vi) els espectres NIR van permetre estimar el gust, farinositat, brillantor de la pell i rugositat de la pell de la mongeta valorats per un panel de tastador però no l’aroma i la percepció de la pell; vii) Finalment, es possible utilitzar la tecnologia IR, sent una eina molt valuosa per a la caracterització de col·leccions molt nombroses de mostres, per la selecció i la millora.

Los fármacos, compuestos químicos con actividad biológica, y sus productos de transformación, metabolitos y otros derivados en las plantas de tratamiento y en el medio ambiente, con actividad farmacológica remanente, son contaminantes antropogénicos que, en muchos casos, están llegando al medioambiente a través de las aguas residuales, y son las aguas superficiales el primer y principal compartimento ambiental destino. Este es un hecho que, en la actualidad, es ya ampliamente reconocido por la comunidad científica, tras el desarrollo de métodos de análisis capaces de la determinación de estos microcontaminantes en el medio ambiente, y su posterior aplicación en estudios de presencia en diferentes matrices ambientales. Los científicos, por lo tanto, están demandando medidas de control de los mismos por parte de las autoridades. Aunque tímidos, se están dando pasos adelante en materia legislativa en la lucha contra este tipo de contaminación, lo que muestra la toma de conciencia de la importancia en el control de las fuentes de entrada de estos contaminantes emergentes, así como de su eliminación del medioambiente. Esto conlleva un aumento importante en el número de estudios y, por lo tanto, en las muestras a procesar por parte de los laboratorios medioambientales. De ahí nace la necesidad de optimizar la eficiencia y competitividad de los métodos analíticos actuales, de manera que progresen en fiabilidad y sensibilidad, aumentando al mismo tiempo su versatilidad, así como su capacidad y rendimiento. El desarrollo tecnológico en el sector es muy rápido, y en general, es la comunidad científica la que evalúa en primer término la viabilidad y bonanza de las diferentes propuestas tecnológicas. Con la presente tesis se ha pretendido dar respuesta a estas necesidades. Así se ha llevado a cabo: - El desarrollo y validación de métodos analíticos para la determinación de fármacos y sus derivados en aguas medioambientales y residuales, mostrando las ventajas y puntos débiles de cada uno de ellos. En concreto, se han usado dos fuentes de fiabilidad, que no son excluyentes y pueden ser utilizadas simultáneamente. La primera ha consistido en la introducción de la automatización en el tratamiento de muestra, llevando al mínimo la manipulación de las muestras por parte del analista. La segunda ha consistido en la introducción de surrogados y patrones internos adecuados que han puesto de manifiesto las incidencias producidas durante el proceso analítico, para que hayan podido ser corregidas. Por otro lado, se han conseguido métodos que presentan una elevada sensibilidad para la determinación de los microcontaminantes objeto de estudio presentes a bajas concentraciones en matrices complejas. Para ello se ha utilizado espectrómetros de masas de triple cuadrupolo de última generación, que trabajando en modo SRM (Selected Reaction Monitoring), han proporcionado una muy buena sensibilidad, además de una elevada selectividad, que ha allananado el camino de la fiabilidad comentada anteriormente. Además, se apostó también, por el desarrollo de métodos con la suficiente versatilidad como para que hayan podido ser aplicados sobre cualquier tipo de agua ambiental dulce continental, tanto superficial como subterránea, así como a agua residual y potable, con el fin de propiciar la intercalación de muestras de diferente naturaleza analizadas consecutivamente en una misma tanda. Finalmente, se propusieron métodos dotados de una elevada capacidad, de manera que un solo método haya sido capaz de analizar el mayor número de residuos de interés posibles, incluyendo fármacos y sus derivados, metabolitos y otros productos de transformación. Pero a la vez, se ha conseguido un aumento en el rendimiento analítico de estos métodos, es decir, se ha logrado una disminución del tiempo de análisis por muestra y un aumento del número de muestras por día. Para esto se apostó claramente por la automatización, eliminando algunas etapas en el proceso analítico, lo que, además de redundar en fiabilidad como se ha comentado anteriormente, ha proporcionado métodos analíticos más cortos y autónomos y, por lo tanto, capaces de trabajar en ausencia del analista. Otra enfoque en esta dirección fue la utilización de cromatografía rápida. - Otra parte importante de la presente tesis, ha sido la aplicación posterior de los métodos desarrollados, en estudios medioambientales de elevado interés científico por su innovación. En concreto en los siguientes: A) Estudio del impacto medioambiental a escala real, en un escenario de reutilización de agua residual para el mantenimiento del caudal ecológico de un río mediterráneo. Además, se valoró el riesgo ecotoxicológico y de estrogenicidad en las muestras del río. B) Estudio de presencia de fármacos y sus productos de transformación en las aguas superficiales de la cuenca del río Ebro. C) Estudio de la distribución tridimensional y origen de residuos farmacéuticos (fármacos y sus productos de transformación) en las aguas subterráneas bajo la ciudad de Barcelona (España). D) Determinación enantiomérica de 13 residuos farmacéuticos quirales en las aguas superficiales de la cuenca del río Guadalquivir, así como en las aguas de entrada y salida a las principales EDARs asociadas a la cuenca. Además, se discutieron las implicaciones en la toxicidad de las relaciones racémicas y no racémicas. / Pharmaceuticals are compounds with biological activity and their transformation products with remaining activity are arriving the environment through sewage waters, and superficial waters are the main receiving compartment. Some steps towards the fight this kind of contamination. This is creating an increase in the number of studies, and therefore, in the number of samples to be processed by the environmental laboratories. For this reason, the need to optimize the efficiency of current analytical methods, by improving the reliability, sensitivity, versatility, capacity and throughput, is a must. Technologic development is very fast in the sector, and the scientific community is generally the one that first assesses it. This thesis has tried to give answer to these requests. Thus, four multi-residue analytical methods for the analysis of pharmaceuticals and their transformation products in environmental and sewage waters, have been developed making use of cutting edge technology. The advantages and disadvantages of each of them have been discussed. Different online and offline pre-treatment technologies, fast and conventional liquid chromatographies and several kinds of triple quadrupoles for mass spectrometry, have been tested. Other important part of this thesis has been the application of the developed methods with high scientific studies, as follows: - Impact of the discharge of reclaimed sewage water in a Mediterranean river, and assessment of the eco-toxicological consequences. - Presence of pharmaceuticals and their transformation products in Ebro River basin, one of the main ones in the Iberian Peninsula. - Three-dimensional distribution of pharmaceuticals and their transformation products in the ground waters underlying Barcelona city (Spain). - Enantimeric determination of 13 chiral pharmaceutical residues in Guadalquivir River basin, one of the main ones in the Iberian Peninsula, and the assessment of the eco-toxicity issues related.

Tesi realitzada a Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua-CSIC Superior de Investigaciones Científicas (IDAEA-CSIC) / The presence of priority and emerging flame retardants (FR) in the environment deserve attention since many of these substances are toxic and persistent. The aim of this thesis was to evaluate the occurrence and impact of priority and emerging flame retardants in the aquatic environment. To accomplish this main objective, the present thesis involved the development of multiresidue methods for the analysis of different FR families in water, sediment, dust and sewage sludge and the application of developed methods for FR monitoring in rivers (UK and Spain) and wastewater treatment plants (WWTPs). Firstly, a multiresidue method based on gas chromatography (GC) coupled to quadrupole mass spectrometry (MS) was developed to determine organophosphorus flame retardants (OPFRs), polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), new brominated flame retardants (NBFRs), bromophenols, bromoanilines, bromoanisoles and bromotoluenes. A comparison of two ionization techniques (electron ionization - EI, and electron capture negative ionization - ECNI) and two acquisition modes (selected ion monitoring – SIM, and selected reaction monitoring - SRM) revealed that GC-ECNI-MS/SIM presented the highest sensitivity at expenses of identification capacity, while GC-EI-MS/MS was the most selective technique, permitting the identification of target compounds at the pg levels. This last method was proposed for the determination of FRs in environmental samples. An extraction method for 8 PBDEs, 9 NBFRs and 10 OPFRs in river water and wastewater was developed based on solid phase extraction using Oasis HLB cartridges. In addition, a passive sampling method for monitoring of OPFRs and NBFRs in surface water was developed using the ceramic dosimeter device with HLB as receiving phase. The passive sampler was efficient for the monitoring of target compounds in river water for a deployment time of about 3 weeks, as evidenced by comparison of results obtained by passive and grab sampling. Furthermore, the extraction of target compounds in sediment, sewage sludge and dust was developed using ultrasound-assisted extraction with ethyl acetate/cyclohexane (5:2, v/v), clean-up with florisil cartridges and analysis by GC-EI-MS/MS. The method proved to be efficient and robust for analysis of target compounds in the studied matrices, as evidenced by the results obtained using spiked samples, a certificated reference material and by participating in an interlaboratory study. Monitoring studies were performed at the River Aire (Yorkshire, UK) and at three Spanish rivers (Nalón, Arga and Besòs). In all cases, samples were collected in several points alongthe rivers, fromthe sourceto the mouth, and afterWWTP outputs, in order to identify themost important sourcesof FRs. In addition, influents, effluentsand sludge samples from five Spanish WWTPs were analyzed forevaluatingthe impact of WWTPs as a source ofFRto receiving waters. Among all FR studied, OPFRswerethe most ubiquitouscontaminants in surface waters, andWWTPeffluents wereindicated as the main source ofthese compounds.BDE-209 was themost abundantPBDEcongenerand was detected in water inthe River Aire (UK),in sediments fromthe River Besòs (Catalonia)and in sewage sludge.Low frequency of detection wasobserved for NBFRs in the studied riversand WWTPs.The minor presence of NBFR in the aquaticenvironment pointsto the impression thateither thesecompounds havenotbeen used in Spain or the UK or eitherthatthey have not been used long enough or atsufficient amounts to pose an environmental problem.A toxicity testperformed with Daphniamagnarevealed that OPFRs toxicity (EC50) waswell correlated with their lipophilicity (log Kow), that these compoundspresent similar mode of actionand thattheir joint effects are additive.This mean that joint toxicity of OPFRs at lowconcentrations can produce toxic effects in theaquatic organisms,andsomixturesof these contaminantsmust be considered in risk assessmentstudies. Finally, theriskassessment performed for the studied rivers indicated no risk associated to observedOPFR levels in waters. However, apotential risk foraquatic organismswas estimatedfor the River Aire (UK) associated tothehigh concentrationsof BDE-209 in water. / El objetivo de la presente tesis consistió en el desarrollo de métodos para el análisis multiresiduo de distintas familias de retardantes de llama en matrices ambientales, y su aplicación en estudios de vigilancia ambiental. Entre los diferentes métodos instrumentales desarrollados, el método basado en la cromatografía de gases acoplada a la espectrometría de masas en modo tándem (GC-EI-MS/MS) fue el más adecuado para el análisis de ocho éteres de polibromodifenilo (PBDEs), nueve nuevos retardantes de llama bromados (NBFRs) y diez retardantes de llama organofosforados (OPFRs) en las matrices ambientales propuestas en este estudio. Para el análisis de agua, se desarrolló un método basado en la extracción en fase sólida utilizando cartuchos HLB. Además, se desarrolló un método de muestreo pasivo para la determinación de cuatro OPFRs y dos NBFRs en agua de río utilizando un muestreador “ceramic dosimeter” y HLB como fase receptora. Para el análisis de sedimentos, lodos de depuradora y polvo, se desarrolló y validó un método utilizando la extracción líquido-sólido en un baño de ultrasonidos con acetato de etilo/ciclohexano (5:2, v/v), y purificación de los extractos con cartuchos florisil. El estudio de vigilancia ambiental incluyó la determinación de los compuestos objeto de estudio en 4 ríos de Inglaterra y España y cinco depuradoras en Catalunya. Se analizaron aguas y sedimentos de los ríos e influentes, efluentes y lodos de las depuradoras. Se observó que los OPFRs son los compuestos más ubicuos y más abundantes en todas las muestra ambientales, mientras el BDE-209 se detectó en los ríos y en los lodos de las depuradoras. Los demás PBDEs, y el DBDPE, HBB, PBEB, PBT, EHTBB, BTBPE y BEHTBP se detectaron con una menor frecuencia. Los estudios de toxicidad con Daphnia magna indicaron que mezclas de OPFRs poseen toxicidad aditiva. Se llevó a cabo la evaluación del riesgo para los distintos ríos estudiados y se observó que no hay un riesgo asociado con los niveles de los OPFRs presente en las aguas, pero se observó un riesgo asociado a la presencia del BDE-209 en las aguas del río Aire en Inglaterra.

La determinació de biomarcadors peptídics en fluids biològics resulta de gran interès pel diagnòstic, la monitorització i el pronòstic de nombrosos desordres. En aquesta tesi doctoral s’han explorat diverses metodologies d’extracció en fase sòlida acoblada en línia amb l’electroforesi capil•lar amb detecció per espectrometria de masses (SPE-CE-MS) per a l’anàlisi de biomarcadors peptídics, que es troben a baixa concentració en matrius complexes. S’han estudiat principalment pèptids opiacis que estan relacionats amb desordres neurològics i síndromes de dolor crònic. S’han avaluat diverses fases estacionàries comercials per a l’anàlisi de pèptids opiacis per SPE-CE emprant preconcentradors amb frits i la fase estacionària C18 és la que ha proporcionat millors resultats per a l’anàlisi de mostres de plasma humà. La saturació del preconcentrador s’ha previngut mitjançant un tractament de mostra previ que consta de dues etapes, una precipitació amb acetonitril seguida d’una filtració per centrifugació. Com que l’etapa de filtració és crítica per tal d’obtenir les màximes recuperacions dels anàlits i eliminar la matriu de la mostra, s’han provat filtres de diversos talls moleculars i diverses condicions de filtració. L’acoblament de la SPE-CE a un espectròmetre de masses amb analitzador de temps de vol (TOF-MS) mitjançant una interfase amb líquid auxiliar convencional ha permès disminuir els LOD per a la majoria dels pèptids opiacis en mostres de plasma humà. Per tal de poder detectar concentracions inferiors, s’ha demostrat que la combinació de la SPE-CE amb la tècnica de separació electroforètica isotacoforesi transitòria (tITP) és una bona alternativa. També, s’ha comparat el comportament de preconcentradors amb i sense frits per a l’anàlisi de pèptids opiacis per C18-SPE-CE-UV i C18-SPE-CE-TOF-MS. S’ha avaluat un prototip recentment desenvolupat d’una interfase nanoelectroesprai (nanoESI) sense líquid auxiliar basada en una punta porosa per a l’anàlisi de pèptids opiacis per CE-MS i també, s’ha establert una metodologia de C18-SPE-CE-TOF-MS emprant un innovador preconcentrador sense frits compatible amb les dimensions específiques del capil•lar de separació requerit per a la interfase nanoESI sense líquid auxiliar. Una altra possibilitat per a millorar la detecció de pèptids és utilitzar fases estacionàries amb una selectivitat més elevada que el C18, com les fases estacionàries d’immunoafinitat. S’han explorat dos procediments de preparació d’aquest tipus de fases estacionàries: la immobilització d’anticossos intactes oxidats (immunoglobulina G, IgG) a través dels carbohidrats a partícules de sílice activades amb grups hidrazida i la immobilització de fragments d’IgG (fragment d’unió a l’antigen, Fab’) a partícules de sílice activades amb grups succinimidil. Seguint els procediments establerts, s’ha preparat una fase estacionària amb IgG i una altra amb Fab’ contra les endomorfines 1 i 2 (End1 i End2). S’han optimitzat i avaluat metodologies d’IA-SPE-CE-TOF-MS per a l’anàlisi de mescles de patrons d’End1 i d’End2 i s’han analitzat mostres de plasma humà. També, s’ha explorat l’aplicabilitat d’una fase estacionària d’immunoafinitat amb IgG per a l’anàlisi de biomolècules d’elevat pes molecular per IA-SPE-CE-TOF-MS emprant la glicoproteïna transferrina com a model. / The determination of peptide biomarkers in biological fluids has become crucial for the diagnosis, monitoring and prognosis of numerous disorders. This doctoral thesis explores several on-line solid-phase extraction capillary electrophoresis mass spectrometry (SPE-CE-MS) methodologies for the analysis of peptide biomarkers that are found at low concentration in complex matrices, such as opioid peptides. Several commercial sorbents have been compared for the analysis of opioid peptides by SPE-CE using microcartridges with frits and the C18 sorbent has provided the best results for the analysis of human plasma samples. The saturation of the on-line SPE microcartridge has been prevented by a double-step sample clean-up pretreatment that consists of precipitation with acetonitrile and centrifugal filtration. The coupling of SPE-CE with a time-of-flight mass spectrometer (TOF-MS) by a conventional sheathflow interface has provided better LODs. In order to detect lower concentrations, the combination of SPE-CE with the electrophoretic preconcentration technique transient isotachophoresis (tITP) has demonstrated to be a good alternative. The performances of frit and fritless microcartridges have been compared for the analysis of opioid peptides by C18-SPE-CE-UV and C18-SPE-CE-TOF-MS. A recently developed sheathless nanoelectroespray (nanoESI) interface based on a porous tip has also been evaluated for the analysis of opioid peptides by CE-TOF-MS and a C18-SPE-CE-TOF-MS using a novel fritless microcartridge. Finally, two different procedures for the preparation of immunoaffinity sorbents (IA) have been explored: the immobilization of intact antibodies (immunoglobulin G, IgG) or IgG fragments (antigen binding fragment, Fab’) to silica particles. Two IA sorbents against Endomorphins 1 and 2 have been prepared following the established procedures. IA-SPE-CE-TOF-MS methodologies have been optimized and evaluated for the analysis of standards solutions of End1 and End2 and human plasma samples. The suitability of an immunoaffinity sorbent with IgG has also been explored for the analysis of large biomolecules by IA-SPE-CE-TOF-MS using the glycoprotein transferrin as a model.

L’objectiu general de la present Tesi Doctoral és la separació i la detecció de molècules d’interès biològic que contenen grups tiols i dels seus complexos metàl•lics en mostres sintètiques i naturals utilitzant la cromatografia de líquids en fase inversa amb detecció electroquímica. La fitoremediació és una tecnologia basada en l’ús de plantes per eliminar contaminants del medi ambient o reduir-ne la seva toxicitat fins a fer-los innocus. Les fitoquelatines són pèptids rics en cisteïna que sintetitzen les plantes, les algues i alguns fongs i que s’enllacen als metalls pesants mitjançant el grup tiol. Les fitoquelatines estan involucrades en la desintoxicació i l’homeòstasi dels metalls pesants, i és per això que l’estudi de la complexació d’aquestes molècules amb els metalls pesants és d’especial interès. Per tal d’assolir l’objectiu general, es divideix la Tesi en dos parts ben diferenciades: la primera dirigida al desenvolupament de la metodologia de separació i detecció de les fitoquelatines sintètiques i dels seus complexos amb Hg(II); i la segona dedicada a l’aplicació d’aquesta metodologia a sistemes naturals. Per a aquesta segona part, es seleccionen plantes cultivades en presència de diversos metalls pesants, ja sigui de forma artificial com natural. Aquesta Tesi es presenta com l’inici d’una nova línia de recerca del grup d’Electroanàlisi dedicada a l’estudi de la complexació de metalls pesants tòxics per les fitoquelatines utilitzant la cromatografia de líquids d’alta resolució (HPLC) en fase inversa acoblada a la detecció electroquímica. Aquesta metodologia es presenta com un mètode selectiu, sensible, senzill i econòmic desenvolupat paral•lelament a les tècniques voltamperomètriques estàtiques, àmpliament utilitzades al grup de recerca, i com una alternativa més econòmica a la detecció per espectrometria de masses globalment utilitzada en estudis de fitoremediació. La idea principal d’aquesta Tesi Doctoral és la separació i la detecció de fitoquelatines i altres molècules relacionades, així com dels seus complexos amb mercuri. Per tant, la primera part de la memòria (I. Introducció) que consta de tres capítols, està dedicada a la presentació del tema per situar-nos dins de context. A la segona part (II. Metodologia aplicada) s’explica amb detall els fonaments de les tècniques instrumentals i quimiomètriques utilitzades en la present Tesi Doctoral. A la tercera part (III. Experimental) es repassa la instrumentació, els reactius i els procediments de treball utilitzats. Aquesta memòria de Tesi Doctoral es presenta com a compendi de publicacions; els treballs publicats i la discussió dels resultats obtinguts es disposa a la quarta part de la memòria (IV. Resultats i discussió). Finalment, a la cinquena part de la memòria (V. Conclusions) es presenten les conclusions generals d’aquesta Tesi i a la sisena i última part (VI. Bibliografia) les referències bibliogràfiques consultades. / El objetivo general de esta tesis doctoral es la separación y detección de moléculas de interés biológico que contienen grupos tiol y de sus complejos metálicos en muestras sintéticas y naturales, usando la cromatografía de líquidos en fase reversa con detección electroquímica. La fitoremediación es una tecnología basada en el uso de plantas para eliminar contaminantes del medio ambiente o reducir su toxicidad hasta hacerlos innocuos. Las fitoquelatinas son péptidos ricos en cisteína que sintetizan las plantas, las algas y algunos hongos y que se enlazan a los metales pesados mediante el grupo tiol. Las fitoquelatinas están involucradas en la desintoxicación y la homeostasis de los metales pesados mediante la quelación de estos iones en el citosol y el almacenaje posterior de estos complejos en las vacuolas. Éste es el motivo por el cual el estudio de la complejación de estas moléculas con los metales pesados es de especial interés. Para lograr este objetivo general, la tesis se divide en dos partes bien diferenciadas: una primera parte dirigida al desarrollo de la metodología de separación y detección de las fitoquelatinas sintéticas y de sus complejos con Hg(II); y la segunda parte dedicada a la aplicación de esta metodología a sistemas naturales. Para esta segunda parte, se seleccionan plantas cultivadas en presencia de distintos metales pesados, ya sea de forma artificial como natural. Se han desarrollado diversas metodologías para el análisis de fitoquelatinas y compuestos relacionados, entre las cuales la espectrometría de masas es la técnica más usada. El objetivo de esta tesis es desarrollar una metodología analítica sensible y barata que combine la cromatografía de líquidos de alta resolución con la detección electroquímica utilizando un electrodo de carbono vitrificado. Con esta metodología no sólo se separan i detectan las fitoquelatinas i sus compuestos relacionados sino también sus complejos con el Hg. Entre todos los metales pesados, se escoge el Hg(II) para los estudios de complejación de fitoquelatinas debido a su elevada estabilidad de los complejos formados, aparte de ser un metal altamente toxico con graves efectos perjudiciales para la salud y para el medio ambiente. En la segunda parte de la tesis, esta metodología se aplica al estudio de plantas cultivadas en presencia de distintos metales pesados. Primeramente se consideran plantas de la especie Hordeum vulgare cultivadas en presencia de Hg(II) y en presencia simultánea de Hg(II) y Cd(II), y se evalúa la síntesis de fitoquelatinas provocada por estos metales tóxicos. De forma similar se evalúa la capacidad inductora de fitoquelatinas de distintos metales pesados, como son el Hg(II), el Cd(II), el Pb(II) y el As(III) y se compara la capacidad para inducir fitoquelatinas de cada uno de ellos. Finalmente se estudian plantas contaminadas con Hg de forma natural, procedentes de la zona de Almadén. Esta zona es mundialmente conocida por las minas de Hg más grandes que se han descubierta hasta la actualidad. Por este motivo, este estudio es de especial interés ya que permite profundizar en los mecanismos naturales que han desarrollado las plantas para combatir la toxicidad del mercurio. Debido a que esta tesis opta a la Mención Internacional de Doctorado, en un último capítulo se presentan los resultados obtenidos en la estancia pre-doctoral realizada a la Facultad de Farmacia de la Université Libre de Bruxelles (Bélgica) bajo la supervisión del Professor Jean-Michel Kauffmann. La temática de la estancia efectuada en este centro europeo se enmarca perfectamente dentro del proyecto de tesis, ya que amplía los sistemas de detección de compuestos tiólicos con la utilización de electrodos de plata.

El blat és un dels cereals més cultivats i d’elevada significança a nivell mundial. Amb l’augment de la població i el voler mantenir un elevat rendiment en la producció d’aquest cereal, des de els anys 50 el sistema de control de plagues, males herbes i malalties s’ha dut a terme amb l’ús de productes químics sintètics, els plaguicides. Derivat de l’ús continuat d’aquests productes, a mida que augmenta la demanada per una gestió agrícola més econòmica, creix la preocupació per l'impacte ambiental i la salut humana derivat de l’ús abusiu dels plaguicides, la resistència desenvolupada envers a aquests per les males herbes, i els creixents costos en producció i protecció dels cultius. Tots aquests fets, han portat als productors agrícoles i als científics de molts països a buscar alternatives menys agressives al medi ambient i a la població en general. L’al•lelopatia es pot definir a grans trets com la influència directa d'una substància química, alliberada per una planta, sobre el desenvolupament i creixement d'una altre. Des de que es coneix que els compostos al•leloquímics (provinents del metabolisme secundari) i els seus productes de descomposició juguen un paper important en la resistència d’una planta envers a la lluita contra plagues i males herbes, ha augmentat l’ interès científic per potenciar el seu ús. Per a poder facilitar la comprensió del mecanisme de l’al•lelopatia, és important identificar quins d’ells són presents en la planta. Dins la gran diversitat de molècules procedents del metabolisme secundari de les plantes, els principals compostos amb propietats al•leloquímiques en cereals (Triticum aestivum, Zea mays, Secale cereale) pertanyen a la família de les benzoxazinones. Els àcids hidroxàmics s’acumulen a la planta en forma de glucòsids (biològicament inactius) però enzimàticament transformats a les actives aglucones per l’acció de la beta-glucosidasa quan el teixit vegetal es veu danyat i les aglucones són espontàniament degradades a les corresponents benzoxazolinones. Un cop alliberades al sòl, són transformades a traves de factors tan biòtics com abiòtics a altres compostos químics els quals poden tenir una activitat fitotòxica molt més destacada. Tots els òrgans vegetals contenen quantitats variables de substàncies al•lelopàtiques que poden ésser alliberades al medi ambient per mitjà de l’exsudació de les arrels, lixiviació, volatilització i descomposició dels residus de les plantes en el sòl. Amb el principal objectiu de determinar el contingut de compostos al•lelopàtics en plantes de blat i els seus productes de degradació en el sòl agrícola, en diferents varietats de blat cultivades sota diferents sistemes de cultiu, durant el transcurs d’aquesta tesi s’han desenvolupat diverses metodologies per al seu anàlisi, resultant ser més sensibles i selectives que les descrites en bibliografia. Dites metodologies es basen en una extracció per líquids pressuritzats (PLE), seguit d’una purificació de l’extracte i el posterior anàlisi a través de la cromatografia de líquids acoblada a l’espectrometria de masses (LC-MS). / Wheat is one of the most grains grown and of high significance worldwide. With the increase in population and in order to maintain a high performance in the production of this grain, since the 1950s the system of controlling pests, weeds and diseases, it has been carried out with the use of synthetic chemicals, the pesticides. With increasing the demand for a more economic agricultural management, the concern grows for the impact on the environment and health and the increase of cases of resistance to weeds. All these facts have led farmers and scientists in many countries to find alternatives less aggressive with the environment and the population in general. One of these alternatives is to exploit the allelopathy. The Allelopathy can be defined broadly as the direct influence of a chemical, released by a plant, in the development and growth of another. Since it is known that the allelochemicals compounds (from the secondary metabolism) and its decomposition products play an important role in plant resistance to combat pests and weeds, the scientific interest has increased to promote its use. The thesis discusses applying various techniques of LC-MS and LC-MS/MS to study the presence of allelochemicals compounds, in different parts of wheat (leaves, roots, and seeds) as their degradation products in agricultural soils.

El objetivo principal de esta Tesis es el desarrollo de una nueva estrategia quimiométrica para el tratamiento de datos voltamperométricos no lineales, especialmente los obtenidos en estudios de complejación. Diversas metodologías quimiométricas de soft modelling, como la resolución de curvas multivariante mediante mínimos cuadrados alternados (MCR-ALS) son ampliamente utilizadas para el análisis de medidas voltamperométricas, aunque su aplicación requiere de la linealidad de los datos. Esta premisa no siempre se cumple cuando se estudian sistemas complexométricos metal-ligando. Muchas veces, las señales voltamperométricas en forma de pico se ensanchan o estrechan progresivamente (debido a cambios en la reversibilidad electroquímica) y se mueven a lo largo del eje de potencial (por ejemplo, debido a equilibrios rápidos), todo esto causa una dramática pérdida de linealidad. Con el fin de alcanzar los objetivos generales, la Tesis se ha dividido en dos partes: En la primera parte, se propone una nueva estrategia quimiométrica basada en la ajuste paramétrico de señales para la resolución de curvas multivariante de datos voltamperométricos no lineales. El método se basa en el ajuste por mínimos cuadrados de dos funciones gaussianas (Gaussian Peak Adjustment, GPA), una a cada lado de cada señal mediante el uso de parámetros ajustables directamente relacionados con la altura, la posición y la simetría del pico. Posteriormente, se implementaron restricciones transversales para mejorar la consistencia de la resolución a lo largo de las diferentes señales del conjunto de datos voltamperométricos. Las restricciones se aplican a la evolución de los potenciales de pico frente al pH y con la implementación de las constantes de equilibrio químico. La segunda parte consiste en la aplicación del método GPA a sistemas de complejación de interés biológico y ambiental. El objetivo es probar la capacidad y versatilidad de esta metodología en el tratamiento de datos voltamperométricos tanto lineales como no lineales. Los resultados obtenidos han sido corroborados y complementados con diferentes técnicas analíticas. La información obtenida es muy útil para la interpretación del comportamiento electroquímico de estos sistemas, así como para la determinación de las estequiometrías y de las estabilidades de los complejos. En el último capítulo de esta Tesis se presenta el trabajo realizado en la Universidad de Linköping (Linköping, Suecia) durante mi estancia predoctoral, bajo la supervisión del profesor Anthony Turner y el profesor Fredrik Winquist. El trabajo realizado consistió en el desarrollo de un nuevo sensor voltamperométrico con un dispositivo de autopulido incorporado con el objetivo de eliminar la deriva de las medidas producida por el ensuciamiento del electrodo. El sensor se aplicó y evaluó en tres sistemas diferentes. / The main objective of this Thesis is the development of a new chemometric strategy for the treatment of non-linear voltammetric data, especially these obtained in complexation studies. Several chemometric methodologies of soft modelling, as multivariate curve resolution by alternating least squares (MCR-ALS), are widely used for the analysis of voltammetric measurements but their application requires linear data. This premise cannot always be fulfilled when metal-ligand complexation systems are studied. Many times, peak-shaped voltammetric signals progressively get broader or narrower and move along the potential axis, causing a dramatic loss of linearity. The Thesis is divided in two parts: In the first part, a new chemometric strategy based on the fitting of signals to parametric functions (PSF) is proposed for the multivariate curve resolution (MCR) analysis of non-linear voltammetric data. The method is based on the least squares fitting of gaussian functions (Gaussian Peak Adjustment, GPA) at both sides of the peaks by using adjustable parameters for the peak height, position and symmetry. Then, transversal constraints are implemented to increase the consistency of the resolution along the different signals of a voltammetric dataset. The constraints deal with the evolution of peak potentials versus pH and with the implementation of chemical equilibrium constants. The second part consists on the application of the GPA method to complexation systems of biological and environmental interest. The aim is testing the capacity and versatility of the proposed data treatment for linear and non-linear voltammetric data. The obtained results have been corroborated and complemented with measurements by different analytical techniques. The obtained information is very useful for the interpretation of the electrochemical behavior of these systems as wells as for determining both the stoichiometries and the stabilities of the complexes. The last chapter of the Thesis presents the work carried out at the Linköping University (Linköping, Sweden) during a period of 4 months under the supervision of Professor Anthony Turner and Professor Fredrik Winquist. The work done consists on the development of a new self-polishing voltammetric sensor to eliminate sensor drift produced by electrode fouling. The sensor was applied to three different complex systems.