La necesidad creciente de conservación y preservación del medio natural exige un riguroso control de diversos contaminantes, hecho que implica frecuentes determinaciones de especies potencialmente tóxicas en los diferentes medios, ya sea aire, agua o suelos. Esto ha impulsado las investigaciones dirigidas a mejorar los procedimientos analíticos existentes de manera tal que puedan suministrar información fiable, en tiempo real y en continuo de los diferentes parámetros de interés medioambiental.En este contexto, en la presente tesis se ha planteado como objetivo el desarrollo de un analizador automático para el control de plomo en redes de distribución de agua potable y en muestras contaminadas de suelos. El control de este parámetro es de vital importancia si consideramos los efectos adversos que causa este metal tóxico en la salud humana.Este trabajo de investigación se enmarca dentro de un convenio de colaboración existente con la empresa Aguas de Barcelona y ha tenido la colaboración de su empresa filial de ingeniería ADASA SISTEMAS S.A.Para desarrollar el analizador de plomo se propuso el uso de Sensores Químicos como elementos de detección (concretamente electrodos selectivos de iones), estos dispositivos ofrecen un gran número de ventajas ya que posibilitan la integración del procedimiento analítico, se caracterizan por su simplicidad, robustez y bajo coste, además son fácilmente integrables en sistemas automáticos de análisis. Por otra parte proponemos el uso de la Técnica de Análisis por Inyección en Flujo (FIA) para llevar a cabo la automatización del procedimiento analítico. Esta técnica presenta fundamentos teóricos sencillos, además la instrumentación utilizada es de bajo coste y de fácil manipulación.En primer lugar se estudiaron diferentes ionóforos, con el objetivo de escoger el más adecuado para llevar a cabo el desarrollo, construcción y evaluación de los electrodos selectivos de ion plomo (ESI) de configuración convencional. Se estudiaron ionóforos basados en tioureas, ditiomidas y ditiocarbamatos. Se prepararon seis membranas poliméricas de PVC basadas en estos compuestos y se encontró que las membranas que mejores características de respuesta ofrecían eran las basadas en la tiourea menos lipofílica y en la ditioamida.Posteriormente se prepararon ESIs de configuración tubular utilizando estas dos membranas y se integraron como detectores en un sistema de flujo. Un estudio preliminar demostró que únicamente la membrana basada en la ditioamida resultaba adecuada para efectuar la evaluación en un sistema de flujo, ya que la membrana basada en la tiourea presentó una baja sensibilidad como resultado de problemas cinéticos en la interfase membrana-disolución.A partir de este resultado se diseñó un sistema de flujo de configuración bicanal, obteniéndose un límite de detección de 0.82 ppm, una alta selectividad y un tiempo de vida de los dispositivos sensores superior a los 7 meses. El límite de detección obtenido resultó inadecuado para llevar a cabo la determinación de ion plomo en muestras reales con bajo contenido de este elemento, por este motivo fue necesario introducir una etapa de preconcentración en el sistema de medida, con el objetivo de reducir el límite de detección y eliminar el efecto negativo de la matriz de las muestras. Para ello se utilizó el procedimiento de extracción en fase sólida (SPE) y se utilizó la resina Chelex-100 como material preconcentrador.Posteriormente se caracterizó el sistema de flujo que contiene la etapa de preconcentración y se obtuvo un límite de detección de 0.01 ppm. Este límite resultó adecuado para efectuar el análisis de muestras medioambientales con bajas concentraciones de plomo. Se estudiaron las interferencias más comunes presentes en muestras naturales, que puedan afectar la señal analítica del plomo y se encontró que en general los metales más comunes (Sodio, Potasio, Magnesio) no interfieren en la determinación del plomo, así como otros metales de transición (Aluminio, Hierro, Zinc, Cobalto). Únicamente los iones Ca2+ y Cu2+ afectaron la respuesta debido a su retención en la resina de preconcentración. A partir de estos resultados se realizaron numerosos estudios hasta conseguir eliminar la interferencia de estos dos elementos.Finalmente se construyó el primer prototipo de analizador automático de plomo. Se programó adecuadamente (a través de un software de que dispone) para funcionar de manera automática utilizando tres patrones de autocalibrado (P1= 0 ppm; P2= 0.02 ppm; P3= 0.2 ppm). Las concentraciones de estos patrones podrán variar en función de las concentraciones de plomo que existan en las muestras. Con los valores obtenidos para estos tres patrones se aplica una regresión no lineal y se obtienen los valores para la pendiente y el límite de detección. Se prepararon muestras sintéticas de agua del grifo con un cierto contenido de plomo y se constató el correcto funcionamiento del analizador en régimen autónomo durante aproximadamente 20 días. Pasado este tiempo la señal de los patrones comienza a decrecer, la sustitución de la columna permite recuperar la respuesta original lo que implica que el tiempo operativo del analizador sin intervención del operario es de aproximadamente 3 semanas.Llegado a este punto se procedió a validar el analizador. Para ello se utilizaron diferentes tipos de muestras reales, en primer lugar se analizaron muestras procedentes de redes de distribución de agua potable que aún incorporan viejas cañerías de plomo, posteriormente se analizaron muestras procedentes de un área de México muy contaminada por metales y finalmente el analizador participó en un ejercicio de campo que tenía como objetivo demostrar la potencialidad de diferentes metodologías analíticas en el análisis de muestras de suelos y lodos contaminados. Los resultados obtenidos con el analizador se compararon con los obtenidos utilizando los métodos estándares de análisis (Absorción Atómica y Plasma Acoplado Inductivamente) y se encontró que no existen diferencias significativas entre los resultados comparados, lo cual demuestra el correcto funcionamiento del analizador desarrollado.Al realizar un análisis global de los resultados obtenidos en este trabajo llegamos a la conclusión, que el analizador desarrollado constituye una alternativa ventajosa frente a las técnicas analíticas clásicas para la determinación de ion plomo, sobre todo en monitorizaciones y ensayos de campo. Este sistema de medida se caracteriza por su simplicidad, robustez y bajo coste, capaz de proporcionar información fiable, reproducible y en tiempo real.The determination of trace element, particularly heavy metals in real matrices, has received increasing attention in recent years. Heavy metals have special importance from ecotoxicological point of view due to the high toxicity and the accumulation in various organism. Lead is the most significant of all the heavy metals because it is very toxic and very common.The aim of this work is the development of an automatic analyser to determination of lead ion in drinking water distribution system and contaminated soil samples. This work has been carried out with the collaboration of the water supply company Aguas de Barcelona and the engineering company ADASA SISTEMAS S.A.The are several accepted procedures for the determination of lead ion. This methods included electrochemical stripping analysis (ESA), Inductively Coupled Plasma/Atomic Emission (ICP/AES) or Flame Atomic Absorption Spectrometry (F-AAS). However none of this techniques combine simplicity, low cost and rapidity for pollution monitoring.Considering the limitation of the classic analytical techniques we decide to develop the lead automatic analyser. For the construction of this analyser we proposed potentiometric sensors based on ion selective electrodes (ISEs) as detector. These devices are especially suited because they are highly selective and sensitive, have good precision, are simple, low cost and easily integrated in automatic systems.On the other hand, Flow Injection Analysis (FIA) was proposed for analytical procedure automation. This technique is simple, has low cost instrumentation and easily use.In the first place we studied different ionophores to develop and evaluate the conventional lead-ISE. We studied ionophores based on thioureas, dithioamides and dithiocarbamates. First of all, we prepared six polimeric membranes (PVC-membrane) based on these compounds. Analytical response characteristics as sensitivity, detection limit, response time and reproducibility were checked and the best characteristics were obtained with the membrane based on lower liphophilic thiourea and the membrane based on dithioamide.In the second studied we prepared tubular flow through lead-ISE used these two membranes and we integrated this devices as detectors in the flow system.A preliminary studied showed that only the membrane based on dithioamide presented good sensibility to lead ion in flow conditions, since the membrane based on thiourea presented low sensibility due to kinetic problems in the membrane-solution interface.Taking into account this results we designed a double-channel flow system. In this conditions we obtained a detection limit of 0.82 ppm, high selectivity and life time was higher than seven months. This detection limit limited the direct use of this system in environmental analysis. This problem was solved with the use of a solid-phase extraction procedure (SPE) for the preconcentration of lead ion. For this step we used the Chelex-100 resin as sorbent material.We characterised the flow system with the preconcentration step incorporated and the detection limit was 0.01 ppm. This detection limit was suitable for the determination of low level of lead ion in real samples. The common interference such as Ca2+, K+, Na+, Mg2+, Fe3+ were studied and only Ca2+ and Cu2+ interfered in the response due to its resins affinity.Finally the first prototype of lead analyser was constructed. This analyser was programmed to work automatically during one month. In this study we used three standard solution for the autocalibration. The concentration of the standard solution is chose taking into account the lead concentration in real samples. We checked the good successful of lead analyser during 20 days. A decreasing trend of standard solutions signal was observed. Passed this time was necessary to change the preconcentration column for a new one.Different series of samples were analysed with the FIA system developed and the standard methods (ICP-MS and AAS). The results obtained of both methods were compared using the regression test and the paired student's t-test and no significant differences were found. The proposed FIA system was shown to be suitable for the determination of lead ion in real samples.In conclusion the lead automatic analyser have been developed as an alternative to bulky classic system used in laboratory analysis. This system present some excellent characteristics such as simplicity, robustness, low cost reproducibility, fast response and real time monitoring possibility.

Los analitos de interés biológico utilizados fueron una familia de alcaloides b-carbolínicos denominados Harmanos, entre ellos podemos destacar al Harmano, Norharmano, Harmol, Harmalol, Harmina y Harmalina. Todos estos alcaloides son estructuralmente muy similares y de pesos moleculares muy cercanos (en algunos casos de 1 Da) con lo cual la separación de los mismos constituye un interesante desafío. El interés de su análisis radica en que estos alcaloides están presentes en cantidades variables en varias especies vegetales y que, a su vez, a ciertas concentraciones poseen efectos psicotrópicos y alucinógenos en seres humanos, así como se presume que son cancerígenos según estudios recientes. Los mismos en concentraciones elevadas en alimentos los harían no aptos para el consumo humano. Por otra parte se estudiaron péptidos opiáceos que están relacionados con enfermedades como el dolor crónico, alzheimer, entre otras. Su determinación a concentraciones extremadamente bajas en plasma humano sería de mucha utilidad al momento de realizar diagnósticos precoces. Mediante técnicas electroforéticas de preconcentración en línea y mediante el uso de distintos sistemas de detección se intenta alcanzar los límites de detección deseados para cada muestra en particular. Además se desarrollan nuevos métodos de concentración utilizando a la temperatura como variable.

En el presente trabajo de Tesis se desarrollan, evalúan y proponen métodos analíticos simples, con el mayor grado de simplificación y miniaturización posible, para la determinación de residuos de antibióticos y pesticidas en muestras de alimentos y ambientales. El interés en este tipo de analitos radica en que en los últimos años se ha incrementado el empleo de fármacos, tanto en medicina humana como veterinaria, y la aplicación de pesticidas en prácticas agrícolas. Esto ha generado cierta preocupación puesto que sus residuos pueden ocasionar daños a la salud humana. Además, su uso y control está regulado por organismos nacionales e internacionales. Los métodos propuestos se basan en el uso de la técnica de electroforesis capilar (CE), evaluando además, diferentes estrategias para el pretratamiento de las muestras analizadas; en lo que respecta al “clean up” de las mismas y a la preconcentración de los analitos a determinar. Se ha estudiado el empleo de nanotubos de carbono tanto en el paso de preconcentración (como material adsorbente) y en la separación electroforética (fase pseudoestacionaria). Así, se han propuesto los siguientes métodos: -Separación y determinación de sulfonilureas en muestras de agua de distinta procedencia, que incluye un paso de preconcentración en continuo, fuera de línea, utilizando una minicolumna empaquetada con nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNTs). - Análisis de muestras de leche bovina, determinando antibióticos de dos familias diferentes, empleando como solución de separación una fase pseudoestacionaria que contiene nanotubos de carbono para mejorar la eficiencia de separación. Este método incluye una preconcentración en línea (“stacking”) combinada con una fuera de línea, que también se realiza en un sistema de flujo continuo. - Se desarrolla un método empleando líquido iónico como medio de separación y nanotubos de carbono de pared simple (SWCNTs) como fase pseudoestacionaria, para mejorar la resolución en separaciones electroforéticas. Este nuevo método se emplea para la determinación de sulfonilureas en muestras de granos. - Se establece un método electroforético muy sencillo para la determinación de FQs en leche que incluye un paso de preconcentración, empleando un microdispositivo con MWCNTs. - Con el objetivo de mejorar la resolución electroforética, se evaluó el uso de capilares con recubrimientos poliméricos para la determinación anterior. Se propone el acoplamiento de esta separación con la espectrometría de masas, lo cual se realiza aplicando MALDI-TOF-MS para hacer el análisis confirmatorio. - Se implementa el acoplamiento de este último método de electroforesis capilar con espectrometría de masa, aplicando la técnica MALDI para llevar a cabo el análisis confirmatorio. En todos los casos, se han desarrollado nuevas estrategias para llevar a cabo análisis simples y rápidos, con el mayor grado de miniaturización posible. Los resultados obtenidos han sido muy satisfactorios. / In this thesis, several straightforward analytical methods are developed, evaluated and proposed with the major grade of simplification and miniaturization as possible for determining antibiotics and pesticides residues in food and environmental samples. During the last years, the increased use of pharmaceutical compounds in human and veterinary medicine and the massive application of pesticides in agricultural practices have generated special attention due to their residues can be harmful for the human health. Moreover, the use of these analytes is regulated by national and international organizations. The proposed methods are based on capillary electrophoresis (CE). Different strategies are developed to perform the pretreatment of analyzed samples, including both, the clean-up of samples and analytes preconcentration. Moreover, carbon nanotubes are included as sorbent material for the preconcentration step and as pseudostationary phases in the CE analysis. Thus, the following methods have been proposed: - Separation and determination of sulfonylurea herbicides in water samples, including a continuous preconcentration step in off-line mode. A minicolumn packed with multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) was used. - Determination of antibiotics (belonging to different families) in bovine milk samples. Carbon nanotubes were employed as pseudostationary phases in the electrophoretic system with the aim to improve the separation. This method includes an ‘in-line’ preconcentration step (stacking) and an ‘off-line’ preconcentration step using a continuous flow system. - A CE method with ionic liquid and single wall carbon nanotubes (SWCNTs) was developed. SWCNTs were proposed as pseudostationary phases in order to improve the electrophoretic resolution. This novel method was used for determination of sulfonylureas in grain samples. A simple electrophoretic method to determine FQs in milk samples is developed. A μ-SPE step employing MWCNTs is included for analytes preconcentration. -With the aim to improve the electrophoretic resolution and a further MALDI-TOF-MS analysis of analytes, the use of polymer-coated capillaries was considered for fluoroquinolones determination in milk samples. -Besides, an off-line coupling between CE and MS was included by using the ionization technique MALDI with the aim to perform the accurate identification of analytes after CE-UV determination. In all experiences, new strategies for simple and fast analyses have been proposed, aiming to develop miniaturized methodologies with satisfactory analytical performance.

El glifosat, N-(fosfonometil) glicina, és un dels herbicides més utilitzats arreu del món a causa de la seva baixa toxicitat i al seu ampli espectre d'aplicació. A conseqüència del gran ús que se'n fa, és necessari monitoritzar aquest compost i el seu principal metabòlit, l'àcid aminometilfosfònic (AMPA), en el medi ambient. S'han descrit diversos mètodes instrumentals basats en cromatografia de gasos (GC) i de líquids (HPLC), sent aquesta darrera l'opció més favorable a causa del caràcter polar dels anàlits. Per assolir nivells de concentració baixos cal, però, la preconcentració dels anàlits.En aquest treball s'estudien diferents alternatives amb aquest objectiu. S'ha avaluat la tècnica de membrana líquida suportada (SLM) on la membrana consisteix en una dissolució orgànica, que conté un transportador (en el nostre cas, un bescanviador d'anions comercial, Aliquat 336), que impregna un suport polimèric microporós que se situa entre dues solucions aquoses: la de càrrega, que conté els anàlits inicialment, i la receptora, on es retenen els anàlits després del seu transport a través de la membrana. Les condicions d'extracció més adequades s'obtenen treballant en medi bàsic amb NaOH on els anàlits estan en forma aniònica i les majors recuperacions s'obtenen amb HCl 0,1 M o NaCl 0,5 M, la qual cosa indica que l'ió clorur és la força impulsora del transport.Un cop dissenyat el sistema, es duen a terme experiments de preconcentració amb dues geometries diferents: un sistema de membrana laminar (LSLM) on recircula la fase receptora i un sistema de fibra buida (HFSLM). Els millors resultats s'obtenen amb el mòdul de fibra buida, amb factors de concentració de 25 i 3 per a glifosat i AMPA, respectivament, fent recircular durant 24 hores 100 ml de solució de càrrega i 4 ml de solució receptora. També s'aplica una tècnica més selectiva, la cromatografia d'afinitat amb ió metàl·lic immobilitzat (IMAC), basada en la interacció entre els anàlits i un metall immobilitzat en una resina a través d'un grup funcional d'aquesta. En aquest estudi s'immobilitza pal·ladi al grup funcional 8-hidroxiquinoleïna de la resina amb matriu acrílica Spheron Oxine 1000 i s'avalua per a l'extracció i preconcentració de glifosat i AMPA. Per a ambdós anàlits l'adsorció és del 100 % i les recuperacions són superiors al 80 % i al 60 % per a glifosat i AMPA, respectivament, utilitzant HCl 0,1 M + NaCl 1 M com a eluent. Aquests resultats es comparen amb els obtinguts amb dues resines més, també carregades amb pal·ladi: Iontosorb Oxin 100, que té el mateix grup funcional però matriu de cel·lulosa, i Spheron Thiol 1000, on el grup funcional és un tiol i la matriu també és acrílica. Per al glifosat els resultats són similars amb totes les resines, però per a l'AMPA la resina Spheron Thiol és la única que proporciona recuperacions superiors al 93 %.Finalment, una altra opció estudiada és l'acoblament de dues columnes de cromatografia líquida (LC-LC). En l'estudi l'objectiu és millorar el mètode existent per a glifosat i AMPA en aigües naturals on el LOD era de 0,25 ug/l. El mètode consisteix en la derivatització precolumna amb el reactiu fluorescent FMOC i l'anàlisi amb l'acoblament LC-LC-fluorescència. Variant lleugerament les condicions de derivatització s'aconsegueix quantificar 0,1 ug/l de glifosat i AMPA. Es fortifiquen aigües naturals amb 0,1, 1 i 10 ug/l dels anàlits per validar el mètode. S'obtenen recuperacions d'entre el 85 % i el 100 %, amb desviacions estàndard relatives inferiors al 8 %. Aplicant una tècnica de preconcentració prèvia a la derivatització i anàlisi utilitzant una resina de bescanvi aniònic, Amberlite IRA-900, es millora la sensibilitat del mètode i s'assoleix un LOD per al glifosat de 0,02 ug/l. / Glyphosate, N-(phosphonomethyl)glycine, is one of the most widely used herbicides in the world due to its low mammal toxicity. Therefore, there is a great interest in the monitoring of this compound and its major metabolite aminomethylphosphonic acid (AMPA), in environmental matrices. A great variety of methods based on gas chromatography (GC) and liquid chromatography (HPLC) have been applied for their determination. HPLC is the most popular option due to the polar nature of both compounds. However, the analysis of these compounds at residue levels requires the use of preconcentration techniques.In this work we have studied different alternatives to this aim. We have evaluated the supported liquid membrane (SLM) technique where the membrane consists of an organic solution, which contains the carrier (in this case a commercial anion exchanger extractant, Aliquat 336), that impregnates a microporous polymeric support placed between two aqueous solutions: the feed solution, which initially contains the analytes, and the stripping solution, where the analytes are retained after their transport through the membrane. The best conditions were achieved with NaOH as feed solution, where the analytes are present in their anionic form and 0.1 M HCl or 0.5 M NaCl as stripping solutions indicating that the chloride ion is the responsible for the transport.Under these chemical conditions some preconcentration experiments were run using two different geometries of the membrane: a laminar membrane system (LSLM) where the stripping solution can be recirculated and a hollow fiber liquid membrane (HFSLM). The best results were obtained for the liquid membrane system in HF configuration, with concentration factors of 25 and 3 for glyphosate and AMPA, respectively, after recirculation during 24 hours of 100 ml of feed solution and 4 ml of stripping solution.A more selective technique is also studied, immobilised metal ion affinity chromatography (IMAC), which is based on the interaction between the analytes and a metal immobilised in a resin through a functional group. In this work we have immobilised palladium through the chelating group 8-hydroxyquinoline of the acrylic resin Spheron Oxine and it has been evaluated for the preconcentration of glyphosate and AMPA. 100 % adsorption has been obtained for both analytes and the recoveries are higher than 80 % and 60 % for glyphosate and AMPA, respectively, using 0.1 M HCl + 1 M NaCl as eluent. These results are compared with the results obtained working with two different resins also charged with palladium: Iontosorb Oxin, which has the same functional group but cellulose matrix, and Spheron Thiol, which a thiol functional group and acrylic matrix. The results for glyphosate are similar with all the resins tested, but for AMPA the best results are obtained with Spheron Thiol with recoveries higher than 93 %.Finally, another option studied is the coupling of two liquid chromatographic columns (LC-LC). In this work the objective is to improve the existing method for the analysis of glyphosate and AMPA in natural waters which had a LOD of 0.25 mg/l. The method consists of the pre-column derivatization with the fluorescent reagent FMOC and the analysis by LC-LC-fluorescence detection. The derivatization step has been slightly modified with the aim of decreasing the limits of quantification of glyphosate and AMPA down to 0.1 mg/l. Different water samples spiked at three concentration levels (0.1, 1, 10 mg/l) were analysed by the improved method yielding recoveries between 85-100 % with relative standard deviations lower than 8 %.Additionally, the potential of an anion-exchange resin, Amberlite IRA-900, for preconcentration of glyphosate, previously to the derivatization step, has been investigated. In this way the LOD of the parent compound has been lowered to 0.02 mg/l.