La nanociencia y la nanotecnología representan áreas de investigación en expansión, que involucran estructuras, dispositivos y sistemas con propiedades y funciones novedosas. Los nanomateriales (NMs) son una pieza clave en estos campos de estudio cuyas propiedades y rendimiento particulares deben conocerse y estudiarse. De esta forma, en esta tesis se han llevado a cabo diferentes metodologías analíticas con el fin de determinar y caracterizar los NMs como analitos. Además, se han evaluado diferentes herramientas analíticas que emplean estos NMs, con el objetivo de mejorar los procesos analíticos existentes y desarrollar nuevos. Por lo tanto, las AuNPs y AgNPs como NPs metálicas, Carbon Black (CB) como NM a base de carbono y diferentes materiales a base de sílice con diferentes tamaños y formas se han estudiado utilizando diferentes técnicas analíticas. Se han empleado técnicas de análisis de imagen, necesarias para establecer los descriptores de tamaño y forma. Por otro lado, también se han propuesto técnicas espectroscópicas para estudiar la estructura de los diferentes compuestos. Finalmente, se han evaluado técnicas de separación tanto para la caracterización y determinación de los nanomateriales estudiados, como para aportar información adicional a la obtenida con las otras técnicas de caracterización. Centrándonos en las técnicas de separación, se han utilizado técnicas como IT-SPME acoplada en línea a cromatografía líquida (LC) miniaturizada con detector UV-vis y FFF acoplado a detectores UV-vis, DLS y MALS para llevar a cabo la determinación y caracterización de los NMs anteriormente mencionados. Mediante IT-SPME LC miniaturizada, se han evaluado las distribuciones de partículas de AuNPs y AgNPs obteniendo dos poblaciones diferentes en la dispersión a granel. Además, se ha realizado un estudio de retención de AgNPs en suelos. Mediante la técnica AF4 se ha caracterizado la señal de las NPs metálicas y se ha estudiado el efecto de diferentes factores como la dilución, el tiempo de dispersión y el efecto de las matrices ambientales. Por otro lado, las AuNPs y AgNPs se han utilizado como herramientas analíticas con el fin de llevar a cabo ensayos plasmónicos basados en la determinación y cuantificación de compuestos ácidos y espermina en muestras de orina. CB también ha sido estudiado mediante las técnicas FFF. En este caso se ha caracterizado la dispersión de CB utilizando dispersantes poliméricos y biológicos con el fin de establecer los mecanismos de dispersión y evaluar su estabilidad en el tiempo. Además, también se ha ensayado el efecto de las matrices de agua en dicha dispersión. Se ha propuesto por primera vez un procedimiento basado en un medio dispersivo para el aislamiento de CB de muestras de suelo y la recuperación de este NM mediante un paso asistido por filtración con resultados adecuados empleando dispersantes biológicos. Los materiales a base de sílice, como nanopartículas de sílice, nanotubos de haloisita y micro sílice obtenida a partir de cenizas de paja de arroz, se han caracterizado mediante AF4-DLS para mostrar una visión general sobre los mecanismos de separación involucrados, teniendo en cuenta el tamaño y la forma del material. Además, este micro material de sílice obtenido a partir de cenizas de paja de arroz ha sido modificado con un grupo amino con el objetivo de utilizarlo como material adsorbente para reducir la concentración de nitratos en aguas. La metodología propuesta se ha testado utilizando estándares y muestras reales, y se ha evaluado su escalabilidad. Como conclusiones, podemos destacar que en esta tesis se ha podido llevar a cabo el estudio de diferentes NMs, teniendo en cuenta diferentes parámetros que pueden afectar a sus propiedades con el objetivo de caracterizarlos y evaluarlos para asegurar su correcto desempeño en diferentes herramientas analíticas. Además, las metodologías analíticas desarrolladas han contribuido a mejorar y completar el conocimiento existente sobre estos NMs, las cuales podrían ser de utilidad para futuros estudios.