Kalsiumkarbonaatin kemiallisfysikaalinen käsittely ja materiaalin karakterisointi

Saostettua karbonaattia voidaan käyttää useiden eri teollisuuksien tuotteissa. Pääosin saostettua kalsiumkarbonaattia kuitenkin käytetään paperin, maalien, muovien sekä elintarviketuotteiden täyteaineena. Koska monet käyttökohteet vaativat saostetulta kalsiumkarbonaatilta tiettyjä puhtausvaatimuksia, sen koostumuksen tutkiminen on suuren kiinnostuksen kohteena. Työn perimmäisenä tarkoituksena on ollut määrittää saostetun kalsiumkarbonaatin kemiallinen koostumus ja selvittää, vaikuttavatko materiaalin kemiallisfysikaalinen modifiointi sen ominaisuuksiin. Kirjallisuusosassa käsitellään yleisesti kalsiumkarbonaattimateriaaleja, saostetun kalsiumkarbonaatin valmistusmenetelmiä ja vastaavanlaisen materiaalin esikäsittelymenetelmiä. Lisäksi tarkastellaan erilaisia analyysimenetelmiä, joita voidaan käyttää kiinteiden epäorgaanisten tai mineraalinäytteiden kemiallisen koostumuksen sekä fysikaalisten ja kemiallisten reaktioiden määrittämiseen. Kokeellisessa osassa tutkittiin käsittelemättömiä saostettuja kalsiumkarbonaattinäytteiden ominaisuuksia ja kemiallista koostumusta erilaisilla alkuaine-, ioni-/spesies- sekä pyrolyysimittauksilla. Näytteitä modifioitiin lämmityksen ja jauhatuksen avulla. Modifioinnin vaikutusta näytteiden kemiallisiin koostumuksiin tutkittiin vertailemalla tuloksia käsittelemättömien näytteiden antamiin tuloksiin. Tutkimus osoitti, että näytteiden lämpökäsittelyllä ei ollut lähes ollenkaan vaikutusta näytteiden kemialliseen koostumukseen. Toisin osoitti näytteiden jauhatus, joka laski ammoniumin pitoisuutta näytteissä. Laitetekniikkaa käytettäessä kapillaarielektroforeesi, ionikromatografi, ICP-AES ja SEM (FTIR) antoivat luotettavinta tietoa näytteiden kemiallisista koostumuksista. Näytteiden fysikaalisia ja kemiallisia reaktioita voitiin havainnollistaa parhaiten käyttäen STA-QMS -laitetta.

VINASSE EFFECT ON HERBICIDES CLOMAZONE AND TEBUTHIURON AVAILABILITY IN DIFFERENT KINDS OF SOILS

ABSTRACT The objective of this study was to evaluate the availability of herbicides clomazone and tebuthiuron in the solution in different kinds of soils saturated with water or vinasse. Samples of 30 soils with different characteristics were arranged on trays to the herbicides spraying. Then they were homogenized, placed in plastic cartridges and saturated with deionized water or vinasse, and remaining at rest during 18 hours. Two extractions were made, the first one quantified the presence of the herbicides in the soil solution and in the second one the total extraction of herbicide remaining in the soil was taken to determine the recovery percentage of each herbicide tested. For quantification, a LC-MS/MS system was used, a compound of a high performance liquid chromatograph (HPLC) coupled to a triple quadruple mass spectrometer. Tebuthiuron was more available in the soil with the vinasse addition when compared to water. Vinasse applications resulted in no significant difference in availability of clomazone between treatments. Tebuthiuron showed the highest availability frequencies, and on average of all samples 32.49% were extracted from total herbicide applied, while for clomazone this value was 16.50%.

Persistent organic pollutants in sediments and fish from Lake Victoria, Uganda

This thesis describes the occurrence and sources of selected persistent organic pollutants (POPs) such as polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs), polychlorinated dibenzofurans (PCDFs), polychlorinated biphenyls (PCBs), polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) and hexachlorocyclohexanes (HCHs) in the northern watershed of Lake Victoria. Sediments and fish were collected from three highly polluted embayments (i.e. Murchison Bay, Napoleon Gulf and Thurston Bay) of the lake. The analysis for PCDD/Fs, PCBs and PBDEs was done using a high resolution mass spectrometer coupled to a gas chromatograph (GC), and a GC equipped with an electron capture detector was used for HCHs. Total (Σ) PCDD/Fs, PCBs and PBDEs in sediments ranged from 3.19 to 478, 313 to 4325 and 60.8 to 179 pg g-1 dry weight (dw), respectively. The highest concentrations of pollutants were found at sites close to industrial areas and wastewater discharge points. The maximum concentrations of PCDD/Fs, PCBs, PBDEs and HCHs in fish muscle homogenates were 49, 779, 495 and 45,900 pg g-1 wet weight (ww), respectively. The concentrations of the pollutants in Nile perch (Lates niloticus) were significantly greater than those in Nile tilapia (Oreochromis niloticus), possibly due to differences in trophic level and dietary feeding habits among fish species. World Health Organization-toxic equivalency quotient (WHO2005-TEQ) values in the sediments were up to 4.24 pg g-1 dw for PCDD/Fs and 0.55 pg TEQ g-1 dw for the 12 dioxin-like PCBs (dl-PCBs). 23.1% of the samples from the Napoleon Gulf were above the interim sediment quality guideline value of 0.85 pg WHO-TEQ g-1 dw set by the Canadian Council for Ministers of the Environment. The WHO2005-TEQs in fish were 0.001-0.16 pg g-1 for PCDD/Fs and 0.001-0.31 pg g-1 ww for dl- PCBs. The TEQ values were within a permissible level of 3.5 pg g−1 ww recommended by the European Commission. Based on the Commission set TEQs and minimum risk level criteria formulated by the Agency for Toxic Substances and Disease Registry, the consumption of fish from Lake Victoria gives no indication of health risks associated to PCDD/Fs and PCBs. Principal component analysis (PCA) indicated that anthropogenic activities such as agricultural straw open burning, medical waste incinerators and municipal solid waste combustors were the major sources of PCDD/Fs in the watershed of Lake Victoria. The ratios of α-/γ-HCH varied from 0.89 to 1.68 suggesting that the highest HCH residues mainly came from earlier usage and fresh γ-HCH (lindane). In the present study, the concentration of POPs in fish were not significantly related to those in sediments, and the biota sediment accumulation factor (BSAF) concept was found to be a poor predictor of the bioavailability and bioaccumulation of environmental pollutants.

Effect of Helicobacter pylori infection and acid blockade by lansoprazole on clarithromycin bioavailability

The effect of proton pump inhibitors and Helicobacter pylori infection on the bioavailability of antibiotics is poorly understood. We determined the effects of 5-day oral administration of 60 mg lansoprazole on the bioavailability of clarithromycin in individuals with and without H. pylori infection. Thirteen H. pylori-infected and 10 non-infected healthy volunteers were enrolled in a study with an open-randomized two-period crossover design and a 21-day washout period between phases. Plasma concentrations of clarithromycin in subjects with and without lansoprazole pre-treatment were measured by liquid chromatography coupled to a tandem mass spectrometer. Clarithromycin Cmax and AUC0-10 h were significantly reduced after lansoprazole administration. In addition, lansoprazole treatment of the H. pylori-positive group resulted in a statistically significant greater reduction in Cmax (40 vs 15%) and AUC0-10 h (30 vs 10%) compared to lansoprazole-treated H. pylori-negative subjects. Thus, treatment with lansoprazole for 5 days reduced bioavailability of clarithromycin, irrespective of H. pylori status. This reduction, however, was even more pronounced in H. pylori-infected individuals.

13CO2 recovery fraction in expired air of septic patients under mechanical ventilation

The continuous intravenous administration of isotopic bicarbonate (NaH13CO2) has been used for the determination of the retention of the 13CO2 fraction or the 13CO2 recovered in expired air. This determination is important for the calculation of substrate oxidation. The aim of the present study was to evaluate, in critically ill patients with sepsis under mechanical ventilation, the 13CO2 recovery fraction in expired air after continuous intravenous infusion of NaH13CO2 (3.8 µmol/kg diluted in 0.9% saline in ddH2O). A prospective study was conducted on 10 patients with septic shock between the second and fifth day of sepsis evolution (APACHE II, 25.9 ± 7.4). Initially, baseline CO2 was collected and indirect calorimetry was also performed. A primer of 5 mL NaH13CO2 was administered followed by continuous infusion of 5 mL/h for 6 h. Six CO2 production (VCO2) measurements (30 min each) were made with a portable metabolic cart connected to a respirator and hourly samples of expired air were obtained using a 750-mL gas collecting bag attached to the outlet of the respirator. 13CO2 enrichment in expired air was determined with a mass spectrometer. The patients presented a mean value of VCO2 of 182 ± 52 mL/min during the steady-state phase. The mean recovery fraction was 0.68 ± 0.06%, which is less than that reported in the literature (0.82 ± 0.03%). This suggests that the 13CO2 recovery fraction in septic patients following enteral feeding is incomplete, indicating retention of 13CO2 in the organism. The severity of septic shock in terms of the prognostic index APACHE II and the sepsis score was not associated with the 13CO2 recovery fraction in expired air.

Proteomic analysis of cytosolic proteins associated with petite mutations in Candida glabrata

The incidence of superficial or deep-seated infections due to Candida glabrata has increased markedly, probably because of the low intrinsic susceptibility of this microorganism to azole antifungals and its relatively high propensity to acquire azole resistance. To determine changes in the C. glabrata proteome associated with petite mutations, cytosolic extracts from an azole-resistant petite mutant of C. glabrata induced by exposure to ethidium bromide, and from its azole-susceptible parent isolate were compared by two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis. Proteins of interest were identified by peptide mass fingerprinting or sequence tagging using a matrix-assisted laser desorption/ionization tandem time-of-flight mass spectrometer. Tryptic peptides from a total of 160 Coomassie-positive spots were analyzed for each strain. Sixty-five different proteins were identified in the cytosolic extracts of the parent strain and 58 in the petite mutant. Among the proteins identified, 10 were higher in the mutant strain, whereas 23 were lower compared to the parent strain. The results revealed a significant decrease in the enzymes associated with the metabolic rate of mutant cells such as aconitase, transaldolase, and pyruvate kinase, and changes in the levels of specific heat shock proteins. Moreover, transketolase, aconitase and catalase activity measurements decreased significantly in the ethidium bromide-induced petite mutant. These data may be useful for designing experiments to obtain a better understanding of the nuclear response to impairment of mitochondrial function associated with this mutation in C. glabrata.

Biotechnological richness of the northeastern semi-arid region: antioxidant activity of casein hydrolysates from Moxotó goat milk (Capra hircus Linnaeus, 1758) obtained by papain action

This study aimed to identify antioxidant peptides from caprine casein hydrolysates by papain application using MALDI-TOF mass spectrometer, and a 2² full factorial design, with 4 axial points, in order to evaluate kinetic parameters (time and pH) effects on the degree of hydrolysis as well as the antioxidant activity of Moxotó goat milk casein peptides. Degree of hydrolysis was determined by total and soluble protein ratio in casein. Antioxidant activity was measured by ABTS method with 2, 2-cation-azinobis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid). TROLOX was used as standard. Peptide pattern and sequence of antioxidant amino acids were obtained using MALDI-TOF/MS. The highest degree of hydrolysis (28.5%) and antioxidant activity (2329.6 mmol.L TROLOX. mg- 1 peptide) were observed in the permeate. NENLL, NPWDQVK and LLYQEPVLGPV peptides, detected in the permeate, were pointed as the responsible for antioxidant activity, suggesting their potential application as food supplement and pharmaceutical products.

Développement de techniques analytiques pour la détermination des agents anti-infectieux dans les eaux environnementales

Les agents anti-infectieux sont utilisés pour traiter ou prévenir les infections chez les humains, les animaux, les insectes et les plantes. L’apparition de traces de ces substances dans les eaux usées, les eaux naturelles et même l’eau potable dans plusieurs pays du monde soulève l’inquiétude de la communauté scientifique surtout à cause de leur activité biologique. Le but de ces travaux de recherche a été d’étudier la présence d’anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées (c.-à-d. eaux usées, eaux naturelles et eau potable) ainsi que de développer de nouvelles méthodes analytiques capables de quantifier et confirmer leur présence dans ces matrices. Une méta-analyse sur l’occurrence des anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées a démontré qu’au moins 68 composés et 10 de leurs produits de transformation ont été quantifiés à ce jour. Les concentrations environnementales varient entre 0.1 ng/L et 1 mg/L, selon le composé, la matrice et la source de contamination. D’après cette étude, les effets nuisibles des anti-infectieux sur le biote aquatique sont possibles et ces substances peuvent aussi avoir un effet indirect sur la santé humaine à cause de sa possible contribution à la dissémination de la résistance aux anti-infecteiux chez les bactéries. Les premiers tests préliminaires de développement d’une méthode de détermination des anti-infectieux dans les eaux usées ont montré les difficultés à surmonter lors de l’extraction sur phase solide (SPE) ainsi que l’importance de la sélectivité du détecteur. On a décrit une nouvelle méthode de quantification des anti-infectieux utilisant la SPE en tandem dans le mode manuel et la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). Les six anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime, ciprofloxacin, levofloxacin, clarithromycin et azithromycin) ont été quantifiés à des concentrations entre 39 et 276 ng/L dans les échantillons d’affluent et d’effluent provenant d’une station d’épuration appliquant un traitement primaire et physico- chimique. Les concentrations retrouvées dans les effluents indiquent que la masse moyenne totale de ces substances, déversées hebdomadairement dans le fleuve St. Laurent, était de ~ 2 kg. En vue de réduire le temps total d’analyse et simplifier les manipulations, on a travaillé sur une nouvelle méthode de SPE couplée-LC-MS/MS. Cette méthode a utilisé une technique de permutation de colonnes pour préconcentrer 1.00 mL d’échantillon dans une colonne de SPE couplée. La performance analytique de la méthode a permis la quantification des six anti-infectieux dans les eaux usées municipales et les limites de détection étaient du même ordre de grandeur (13-60 ng/L) que les méthodes basées sur la SPE manuelle. Ensuite, l’application des colonnes de SPE couplée de chromatographie à débit turbulent pour la préconcentration de six anti-infectieux dans les eaux usées a été explorée pour diminuer les effets de matrice. Les résultats obtenus ont indiqué que ces colonnes sont une solution de réchange intéressante aux colonnes de SPE couplée traditionnelles. Finalement, en vue de permettre l’analyse des anti-infectieux dans les eaux de surface et l’eau potable, une méthode SPE couplée-LC-MS/MS utilisant des injections de grand volume (10 mL) a été développée. Le volume de fuite de plusieurs colonnes de SPE couplée a été estimé et la colonne ayant la meilleure rétention a été choisie. Les limites de détection et de confirmation de la méthode ont été entre 1 à 6 ng/L. L’analyse des échantillons réels a démontré que la concentration des trois anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime et clarithromycine) était au dessous de la limite de détection de la méthode. La mesure des masses exactes par spectrométrie de masse à temps d’envol et les spectres des ions produits utilisant une pente d’énergie de collision inverse dans un spectromètre de masse à triple quadripôle ont été explorés comme des méthodes de confirmation possibles.

Développement de méthodes analytiques pour la détection et la quantification de traces de produits pharmaceutiques dans les eaux du fleuve Saint Laurent

Le présent projet vise à documenter la nécessité d’augmenter notre connaissance de la présence des contaminants organiques tels que les médicaments dans l’environnement et d’évaluer leur devenir environnemental. On a étudié la présence de composés pharmaceutiques dans différents échantillons d'eau. On a focalisé nos efforts spécialement sur les échantillons d'eau de l'usine d'épuration de la Ville de Montréal et ses effluents, les eaux de surface avoisinantes et l’eau du robinet dans la région de Montréal. Pour ce faire, on a tout d’abord développé deux méthodes analytiques automatisées basées sur la chromatographie liquide avec extraction en phase solide (SPE) couplée à la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). On a également étudié les performances des trois techniques d'ionisation à pression atmosphérique (API), pour ensuite les utiliser dans la méthode analytique développée. On a démontré que l'ionisation par électronébulisation (ESI) est une méthode d'ionisation plus efficace pour l'analyse des contaminants pharmaceutiques dans des échantillons de matrices très complexes comme les eaux usées. Une première méthode analytique SPE couplée à la LC-MS/MS a été développée et validée pour l'étude des échantillons complexes provenant de l'usine d'épuration de la Ville de Montréal et des eaux de surface près de l'usine. Cinq médicaments de prescription ont été étudiés: le bézafibrate (un régulateur de lipides), le cyclophosphamide et le méthotrexate (deux agents anticancéreux), l'orlistat (un agent anti-obésité) et l’énalapril (utilisé dans le traitement de l'hypertension). La plupart de ces drogues sont excrétées par le corps humain et rejetées dans les eaux usées domestiques en faisant par la suite leur chemin vers les usines municipales de traitement des eaux usées. On a pu démontrer qu'il y a un faible taux d’élimination à l'usine d'épuration pour le bézafibrate et l'énalapril. Ces deux composés ont aussi été détectés dans les eaux de surface sur un site à proximité immédiate de la décharge de l’effluent de la station d'épuration. i En observant la nécessité de l'amélioration des limites de détection de la première méthode analytique, une deuxième méthode a été développée. Pour la deuxième méthode, un total de 14 contaminants organiques, incluant trois agents anti-infectieux (clarithromycin, sulfaméthoxazole et triméthoprime), un anticonvulsant (carbamazépine) et son produit de dégradation (10,11-dihydrocarbamazépine), l'agent antihypertensif (enalapril), deux antinéoplastiques utilisés en chimiothérapie (cyclophosphamide et méthotrexate), des herbicides (atrazine, cyanazine, et simazine) et deux produits de transformation de l’atrazine (deséthylatrazine et déisopropylatrazine) ainsi qu’un agent antiseptique (triclocarban). Ces produits ont été quantifiés dans les eaux de surface ainsi que dans l’eau du robinet. L'amélioration des limites de détection pour cette méthode a été possible grâce à la charge d'un volume d'échantillon supérieur à celui utilisé dans la première méthode (10 mL vs 1 mL). D'autres techniques de confirmation, telles que les spectres des ions produits utilisant une pente d’énergie de collision inverse dans un spectromètre de masse à triple quadripôle et la mesure des masses exactes par spectrométrie de masse à temps d’envol, ont été explorées. L'utilisation d'un analyseur de masse à temps d’envol a permis la confirmation de 6 des 14 analytes. Finalement, étant donné leur haute toxicité et pour évaluer leur persistance et leur transformation au niveau du traitement des eaux potables, la cinétique d'oxydation du cyclophosphamide et de méthotrexate avec l'ozone moléculaire et des radicaux OH a été étudiée. Les constantes de dégradation avec l'ozone moléculaire ont été calculées et la qualité de l'eau après traitement a pu être évaluée. Le rendement du processus d'ozonation a été amélioré pour la cyclophosphamide dans les eaux naturelles, en raison de la combinaison de réactions directes et indirectes. Cette étude a montré que l'ozone est très efficace pour oxyder le méthotrexate mais que le cyclophosphamide serait trop lent à s’oxyder pour un traitement efficace aux conditions usuelles de traitement de l’eau potable.

Séparation, détection et caractérisation de nanoparticules manufacturées dans des eaux naturelles et usées avec la chromatographie hydrodynamique et de multiples détecteurs

L’utilisation accrue des nanomatériaux manufacturés (NM) fait en sorte que les différents acteurs de réglementation se questionnent de plus en plus par rapport à leur destin et leurs impacts sur les écosystèmes et la santé humaine suite à leur rejet dans l’environnement. Le développement de techniques analytiques permettant de détecter et de caractériser les NM en matrice environnementale est impératif étant donné la nécessité d’évaluer le risque relié à ces polluants émergents. Une des approches de plus en plus favorisée est d’utiliser une technique chromatographique et un ou plusieurs détecteurs sensibles dans les buts de réduire les effets de matrice, d’identifier des nanoparticules (NP) selon leurs temps de rétention et de les quantifier à des concentrations représentatives de la réalité environnementale. Une technique analytique utilisant la chromatographie hydrodynamique (HDC) et des détecteurs en ligne ou hors ligne (détecteurs de diffusion statique ou dynamique de la lumière, spectromètre de masse par torche à plasma en mode particule unique (SP-ICPMS), l’ultracentrifugation analytique) a donc été développée. Le couplage de la colonne HDC avec ces détecteurs a permis de caractériser des NP standards et l’optimisation des conditions de séparation de ces nanoparticules de polystyrène, d’or et d’argent a permis de confirmer que les NP y sont bel et bien séparées seulement selon leur taille, tel que la théorie le prédit. De plus, l’utilisation de la colonne HDC couplée au SP-ICPMS a permis de séparer un mélange de nanoparticules d’argent (nAg) et de les détecter à des concentrations représentatives de celles rencontrées dans l’environnement, soit de l’ordre du μg L-1 au ng L-1. Par exemple, dans un échantillon d’eau usée (effluent), un mélange de nAg de 80 et de 40 nm a été séparé et les nAg ont été détectées à l’aide du SP-ICPMS connecté à la colonne HDC (temps de rétention de 25.2 et 25.6 minutes et diamètres déterminés de 71.4 nm et 52.0 nm). Finalement, pour plusieurs échantillons environnementaux auxquels aucun ajout de nanoparticules n’a été fait, les analyses HDC-SP-ICPMS effectuées ont permis de déterminer qu’ils ne contenaient initialement pas de nAg.

Développement de méthodes de dépistage des médicaments de contrefaçon et des produits adultérés par LC-MS/MS

Ce projet de maitrise implique le développement et l’optimisation de deux méthodes utilisant la chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem (HPLC-MS/MS). L'objectif du premier projet était de séparer le plus rapidement possible, simultanément, 71 médicaments traitant la dysfonction érectile (ED) et 11 ingrédients naturels parfois retrouvés avec ces médicaments dans les échantillons suspectés d’être adultérés ou contrefaits. L'objectif du deuxième projet était de développer une méthode de dépistage permettant l'analyse rapide simultanée de 24 cannabinoïdes synthétiques et naturels pour une grande variété d'échantillons tels que les mélanges à base de plantes, des bâtons d'encens, de sérums et de cannabis. Dans les deux projets, la séparation a été réalisée en moins de 10 min et cela en utilisant une colonne C18 à noyau solide 100 x 2,1 mm avec des particules de 2,6 µm de diamètre couplée à un système MS avec trappe ionique orbitale fonctionnant en électronébulisation positive. En raison du nombre élevé de composés dans les deux méthodes et de l’émergence de nouveaux analogues sur le marché qui pourraient être présents dans les échantillons futurs, une méthode de dépistage LC-MS/MS ciblée/non-ciblée a été développée. Pour les deux projets, les limites de détection étaient sous les ng/mL et la variation de la précision et de l’exactitude étaient inférieures de 10,5%. Le taux de recouvrement à partir des échantillons réels variait entre 92 à 111%. L’innovation des méthodes LC-MS/MS développées au cours des projets est que le spectre de masse obtenu en mode balayage lors de l'acquisition, fournit une masse exacte pour tous les composés détectés et permet l'identification des composés initialement non-ciblés, comme des nouveaux analogues. Cette innovation amène une dimension supplémentaire aux méthodes traditionnellement utilisées, en permettant une analyse à haute résolution sur la masse de composés non-ciblés.

Analyse par spectrométrie de masse des antibiotiques vétérinaires liés à l’élevage porcin

L’élevage des porcs représente une source importante de déversement d’antibiotiques dans l’environnement par l’intermédiaire de l’épandage du lisier qui contient une grande quantité de ces molécules sur les champs agricoles. Il a été prouvé que ces molécules biologiquement actives peuvent avoir un impact toxique sur l’écosystème. Par ailleurs, elles sont aussi suspectées d’engendrer des problèmes sanitaires et de contribuer à la résistance bactérienne pouvant mener à des infections difficilement traitables chez les humains. Le contrôle de ces substances dans l’environnement est donc nécessaire. De nombreuses méthodes analytiques sont proposées dans la littérature scientifique pour recenser ces composés dans plusieurs types de matrice. Cependant, peu de ces méthodes permettent l’analyse de ces contaminants dans des matrices issues de l’élevage agricole intensif. Par ailleurs, les méthodes analytiques disponibles sont souvent sujettes à des faux positifs compte tenu de la complexité des matrices étudiées et du matériel utilisé et ne prennent souvent pas en compte les métabolites et produits de dégradation. Enfin, les niveaux d’analyse atteints avec ces méthodes ne sont parfois plus à jour étant donné l’évolution de la chimie analytique et de la spectrométrie de masse. Dans cette optique, de nouvelles méthodes d’analyses ont été développées pour rechercher et quantifier les antibiotiques dans des matrices dérivées de l’élevage intensif des porcs en essayant de proposer des approches alternatives sensibles, sélectives et robustes pour quantifier ces molécules. Une première méthode d’analyse basée sur une technique d’introduction d’échantillon alternative à l’aide d’une interface fonctionnant à l’aide d’une désorption thermique par diode laser munie d’une source à ionisation à pression atmosphérique, couplée à la spectrométrie de masse en tandem a été développée. L’objectif est de proposer une analyse plus rapide tout en atteignant des niveaux de concentration adaptés à la matrice étudiée. Cette technique d’analyse couplée à un traitement d’échantillon efficace a permis l’analyse de plusieurs antibiotiques vétérinaires de différentes classes dans des échantillons de lisier avec des temps d’analyse courts. Les limites de détection atteintes sont comprises entre 2,5 et 8,3 µg kg-1 et sont comparables avec celles pouvant être obtenues avec la chromatographie liquide dans une matrice similaire. En vue d’analyser simultanément une série de tétracyclines, une deuxième méthode d’analyse utilisant la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) a été proposée. L’utilisation de la HRMS a été motivée par le fait que cette technique d’analyse est moins sensible aux faux positifs que le triple quadripôle traditionnel. Des limites de détection comprises entre 1,5 et 3,6 µg kg-1 ont été atteintes dans des échantillons de lisier en utilisant un mode d’analyse par fragmentation. L’utilisation de méthodes de quantifications ciblées est une démarche intéressante lorsque la présence de contaminants est suspectée dans un échantillon. Toutefois, les contaminants non intégrés à cette méthode d’analyse ciblée ne peuvent être détectés même à de fortes concentrations. Dans ce contexte, une méthode d’analyse non ciblée a été développée pour la recherche de pharmaceutiques vétérinaires dans des effluents agricoles en utilisant la spectrométrie de masse à haute résolution et une cartouche SPE polymérique polyvalente. Cette méthode a permis l’identification d’antibiotiques et de pharmaceutiques couramment utilisés dans l’élevage porcin. La plupart des méthodes d’analyse disponibles dans la littérature se concentrent sur l’analyse des composés parents, mais pas sur les sous-produits de dégradation. L’approche utilisée dans la deuxième méthode d’analyse a donc été étendue et appliquée à d’autres classes d’antibiotiques pour mesurer les concentrations de plusieurs résidus d’antibiotiques dans les sols et les eaux de drainage d’un champ agricole expérimental. Les sols du champ renfermaient un mélange d’antibiotiques ainsi que leurs produits de dégradation relatifs à des concentrations mesurées jusqu’à 1020 µg kg-1. Une partie de ces composés ont voyagé par l’intermédiaire des eaux de drainage du champ ou des concentrations pouvant atteindre 3200 ng L-1 ont pu être relevées.

Exudation of alcohol and aldehyde sugars from roots of defoliated Lolium perenne L. grown under sterile conditions

Root exudates were collected over a 27 day period from defoliated and non-defoliated Lolium perenne L. plants grown under sterile conditions in microlysimeters. Eleven individual sugars, including both aldehyde and alcohol sugars, were identified and quantified with a gas chromatograph-mass spectrometer (GC-MS). There was no change in the number of sugars present between 7 and 27 days, but the exudation of alcohol sugars decreased rapidly at about day 12. Xylose and glucose were present in the largest amounts. Defoliation initially increased the total amount of sugars in the exudates, but continuous defoliation reduced total sugar exudation by 16% and induced changes in the exudation patterns of individual sugars. Defoliation enhanced exudation of erythritol, threitol, and xylitol, reduced exudation of glucose and arabitol, but had little effect on the amounts of other sugars exuded. The more complex 6 C, 5 OH aldehyde sugars, especially glucose, showed changes earlier and to a greater extent (17 days), than the 5 C, 4 OH (xylose and ribose) and 6 C 4 OH (fucose) aldehyde groups. These findings confirm the general finding that repeated defoliation reduces the quantity of total sugars exuded, but the pattern of release of individual sugars is complex and variable.

Airborne measurements of the spatial distribution of aerosol chemical composition across Europe and evolution of the organic fraction

The spatial distribution of aerosol chemical composition and the evolution of the Organic Aerosol (OA) fraction is investigated based upon airborne measurements of aerosol chemical composition in the planetary boundary layer across Europe. Sub-micron aerosol chemical composition was measured using a compact Time-of-Flight Aerosol Mass Spectrometer (cToF-AMS). A range of sampling conditions were evaluated, including relatively clean background conditions, polluted conditions in North-Western Europe and the near-field to far-field outflow from such conditions. Ammonium nitrate and OA were found to be the dominant chemical components of the sub-micron aerosol burden, with mass fractions ranging from 20--50% each. Ammonium nitrate was found to dominate in North-Western Europe during episodes of high pollution, reflecting the enhanced NO_x and ammonia sources in this region. OA was ubiquitous across Europe and concentrations generally exceeded sulphate by 30--160%. A factor analysis of the OA burden was performed in order to probe the evolution across this large range of spatial and temporal scales. Two separate Oxygenated Organic Aerosol (OOA) components were identified; one representing an aged-OOA, termed Low Volatility-OOA and another representing fresher-OOA, termed Semi Volatile-OOA on the basis of their mass spectral similarity to previous studies. The factors derived from different flights were not chemically the same but rather reflect the range of OA composition sampled during a particular flight. Significant chemical processing of the OA was observed downwind of major sources in North-Western Europe, with the LV-OOA component becoming increasingly dominant as the distance from source and photochemical processing increased. The measurements suggest that the aging of OA can be viewed as a continuum, with a progression from a less oxidised, semi-volatile component to a highly oxidised, less-volatile component. Substantial amounts of pollution were observed far downwind of continental Europe, with OA and ammonium nitrate being the major constituents of the sub-micron aerosol burden. Such anthropogenically perturbed air masses can significantly perturb regional climate far downwind of major source regions.

Enhancement of the aerosol direct radiative effect by semi-volatile aerosol components: airborne measurements in North-Western Europe

A case study of atmospheric aerosol measurements exploring the impact of the vertical distribution of aerosol chemical composition upon the radiative budget in North-Western Europe is presented. Sub-micron aerosol chemical composition was measured by an Aerodyne Aerosol Mass Spectrometer (AMS) on both an airborne platform and a ground-based site at Cabauw in the Netherlands. The examined period in May 2008 was characterised by enhanced pollution loadings in North-Western Europe and was dominated by ammonium nitrate and Organic Matter (OM). Both ammonium nitrate and OM were observed to increase with altitude in the atmospheric boundary layer. This is primarily attributed to partitioning of semi-volatile gas phase species to the particle phase at reduced temperature and enhanced relative humidity. Increased ammonium nitrate concentrations in particular were found to strongly increase the ambient scattering potential of the aerosol burden, which was a consequence of the large amount of associated water as well as the enhanced mass. During particularly polluted conditions, increases in aerosol optical depth of 50–100% were estimated to occur due to the observed increase in secondary aerosol mass and associated water uptake. Furthermore, the single scattering albedo was also shown to increase with height in the boundary layer. These enhancements combined to increase the negative direct aerosol radiative forcing by close to a factor of two at the median percentile level. Such increases have major ramifications for regional climate predictions as semi-volatile components are often not included in aerosol models. The results presented here provide an ideal opportunity to test regional and global representations of both the aerosol vertical distribution and subsequent impacts in North-Western Europe. North-Western Europe can be viewed as an analogue for the possible future air quality over other polluted regions of the Northern Hemisphere, where substantial reductions in sulphur dioxide emissions have yet to occur. Anticipated reductions in sulphur dioxide in polluted regions will result in an increase in the availability of ammonia to form ammonium nitrate as opposed to ammonium sulphate. This will be most important where intensive agricultural practises occur. Our observations over North-Western Europe, a region where sulphur dioxide emissions have already been reduced, indicate that failure to include the semi-volatile behaviour of ammonium nitrate will result in significant errors in predicted aerosol direct radiative forcing. Such errors will be particularly significant on regional scales.