Integration of ion-exchange chromatography fractionation with reversed-phase liquid chromatography-atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometer and matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry for isolation and identification of compounds in Psoralea corylifolia

An approach for the separation and identification of components in a traditional Chinese medicine Psoralea corylifolia was developed. Ion-exchange chromatography (IEC) was applied for the fractionation of P corylifolia extract, and then followed by concentration of all the fractions with rotary vacuum evaporator. Each of the enriched fractions was then further separated on an ODS column with detection of UV absorbance and atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometer (APCI/MS), respectively, and also analyzed by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF/MS) with matrix of oxidized carbon nanotubes. Totally more than 188 components in P. corylifolia extract were detected with this integrated approach, and 12 of them were preliminary identified according to their UV spectra and mass spectra performed by APCI/MS and MALDI-TOF/MS. The obtained analytical results not only demonstrated the powerful resolution of integration IEC fractionation with reversed-phase liquid chromatography (RPLC)-APCI/MS and MALDI-TOF/MS for analysis of compounds in a complex sample, but also exhibited the superiority of APCI/MS and MALDI-TOF/MS for identification of low-mass compounds, such as for study of traditional Chinese medicines (TCMs) and metabolome. (c) 2005 Published by Elsevier B.V.

Separation and detection of compounds in Honeysuckle by integration of ion-exchange chromatography fractionation with reversed-phase liquid chromatography-atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometer and matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry analysis

A hyphenated method for the isolation and identification of components in a traditional Chinese medicine of Honeysuckle was developed. Ion-exchange chromatography (IEC) was chosen for the fractionation of Honeysuckle extract, and then followed by concentration of all the fractions with rotary vacuum evaporator. Each of the enriched fractions was then further analyzed by reversed-phase liquid chromatography-atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometer (RPLC-APCI/MS) and matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF/MS) with matrix of oxidized carbon nanotubes, respectively. It can be noted totally more than 117 components were detected by UV detector, APCI/MS and MALDI-TOF/MS in Honeysuckle extract except the, 145 components identified by MALDI-TOF/MS alone with this integrated approach, and 7 of them were preliminary identified according to their UV spectra and mass spectra performed by APCI/MS and MALDI-TOF/MS, respectively. The obtained analytical results not only indicated the approach of integration IEC fractionation with RPLC-APCI/MS and MALDI-TOF/MS is capable of analyzing complex samples, but also exhibited the potential power of the mass spectrometer in detection of low-mass compounds, such as traditional Chinese medicines (TCMs) and complex biological samples. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Characterization of the chlorosome antenna of the filamentous anoxygenic phototrophic bacterium Chloronema sp strain UdG9001

The absorption and fluorescence properties of chlorosomes of the filamentous anoxygenic phototrophic bacterium Chloronema sp. strain UdG9001 were analyzed. The chlorosome antenna of Chloronema consists of bacteriochlorophyll (BChl) d and BChl c together with γ-carotene as the main carotenoid. HPLC analysis combined with APCI LC-MS/MS showed that the chlorosomal BChls comprise a highly diverse array of homologues that differ in both the degree of alkylation of the macrocycle at C-8 and/or C-12 and the alcohol moiety esterified to the propionic acid group at C-17. BChl c and BChl d from Chloronema were mainly esterified with geranylgeraniol (33% of the total), heptadecanol (24%), octadecenol (19%), octadecanol (14%), and hexadecenol (9%). Despite this pigment heterogeneity, fluorescence emission of the chlorosomes showed a single peak centered at 765 nm upon excitation at wavelengths ranging from 710 to 740 nm. This single emission, assigned to BChl c, indicates an energy transfer from BChl d to BChl c within the same chlorosome. Likewise, incubation of chlorosomes under reducing conditions caused a weak increase in fluorescence emission, which indicates a small redox-dependent fluorescence. Finally, protein analysis of Chloronema chlorosomes using SDS-PAGE and MALDI-TOF-MS revealed the presence of a chlorosomal polypeptide with a molecular mass of 5.7 kDa, resembling the CsmA protein found in Chloroflexus aurantiacus and Chlorobium tepidum chlorosomes. Several minor polypeptides were also detected but not identified. These results indicate that, compared with other members of filamentous anoxygenic phototrophic bacteria and green sulfur bacteria, Chloronema possesses an antenna system with novel features that may be of interest for further investigations.

Atmospheric pressure chemical ionisation liquid chromatography/mass spectrometry of bacteriochlorophylls from Chlorobiaceae: characteristic fragmentations

Atmospheric pressure chemical ionisation liquid chromatography/mass spectrometry/mass spectrometry (APCI-LC/MS/MS) has been applied to the study of bacteriochlorophylls c, d, and e of phototrophic prokaryotes. Cultures of Chlorobiaceae containing bacteriochlorophyll c, d or e were examined using a high-resolution high-performance liquid chromatography (HPLC) method and APCI-LC/MS/MS employing post-column addition of formic acid. The results reveal complex distributions of bacteriochlorophyll homologues, with some closely eluting species giving isobaric protonated molecules. On-line LC/MS/MS studies reveal characteristic fragment ions for bacteriochlorophylls c, d, and e. Fragmentations involving loss of the extended alkyl substituents that are unique to bacteriochlorophylls c, d and e and their derivatives have been rationalised by studying the phaeophorbides and the results applied to the direct study of the bacteriochlorophylls.

Identification of the bacteriochlorophyll homologues of Chlorobium phaeobacteroides strain UdG6053 grown at low light intensity Identification of the bacteriochlorophyll homologues of Chlorobium phaeobacteroides strain UdG6053 grown at low light intensity

Detailed APCI LC-MS/MS analysis using an improved HPLC separation reveals the green sulphur bacterium Chlorobium phaeobacteroides strain UdG6053 to contain a wider range of distinct bacteriochlorophyll homologues than has been previously recognised in Chlorobiaceae. The diversity in the homologue distribution is confirmed as arising from differences in the extent of alkylation of the macrocycle and variation in the nature of the esterifying alcohol and a novel series of bacteriochlorophyll structures has been recognised. Homologues containing esterifying alcohols other than farnesol, a number of which have not previously been reported in Chlorobiaceae, are present in high relative abundance. Confirmation of the structures of the esterifying alcohols has been obtained by hydrolysis and analysis by GC-MS.

Assessment of nutritional and metabolic profiles of pea shoots: The new ready-to-eat baby-leaf vegetable

Pea-shoots are a new option as ready-to-eat baby-leaf vegetable. However, data about the nutritional composition and the shelf-life stability of these leaves, especially their phytonutrient composition is scarce. In this work, the macronutrient, micronutrient and phytonutrients profile of minimally processed pea shoots were evaluated at the beginning and at the end of a 10-day storage period. Several physicochemical characteristics (color, pH, total soluble solids, and total titratable acidity) were also monitored. Standard AOAC methods were applied in the nutritional value evaluation, while chromatographic methods with UV–vis and mass detection were used to analyze free forms of vitamins (HPLC-DAD-ESI-MS/MS), carotenoids (HPLC-DAD-APCI-MSn) and flavonoid compounds (HPLC-DAD-ESI-MSn). Atomic absorption spectrometry (HR-CS-AAS) was employed to characterize the mineral content of the leaves. As expected, pea leaves had a high water (91.5%) and low fat (0.3%) and carbohydrate (1.9%) contents, being a good source of dietary fiber (2.1%). Pea shoots showed a high content of vitamins C, E and A, potassium and phosphorous compared to other ready-to-eat green leafy vegetables. The carotenoid profile revealed a high content of β-carotene and lutein, typical from green leafy vegetables. The leaves had a mean flavonoid content of 329 mg/100 g of fresh product, mainly composed by glycosylated quercetin and kaempferol derivatives. Pea shoots kept their fresh appearance during the storage being color maintained throughout the shelf-life. The nutritional composition was in general stable during storage, showing some significant (p < 0.05) variation in certain water-soluble vitamins.

Développement de méthodes d’analyse directe de polluants organiques volatils à l’état de traces dans l’air et les biogaz

Il est reconnu que le benzène, le toluène, l’éthylbenzène et les isomères du xylène, composés organiques volatils (COVs) communément désignés BTEX, produisent des effets nocifs sur la santé humaine et sur les végétaux dépendamment de la durée et des niveaux d’exposition. Le benzène en particulier est classé cancérogène et une exposition à des concentrations supérieures à 64 g/m3 de benzène peut être fatale en 5–10 minutes. Par conséquent, la mesure en temps réel des BTEX dans l’air ambiant est essentielle pour détecter rapidement un danger associé à leur émission dans l’air et pour estimer les risques potentiels pour les êtres vivants et pour l’environnement. Dans cette thèse, une méthode d’analyse en temps réel des BTEX dans l’air ambiant a été développée et validée. La méthode est basée sur la technique d’échantillonnage direct de l’air couplée avec la spectrométrie de masse en tandem utilisant une source d’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI-MS/MS directe). La validation analytique a démontré la sensibilité (limite de détection LDM 1–2 μg/m3), la précision (coefficient de variation CV < 10%), l’exactitude (exactitude > 95%) et la sélectivité de la méthode. Des échantillons d’air ambiant provenant d’un site d’enfouissement de déchets industriels et de divers garages d’entretien automobile ont été analysés par la méthode développée. La comparaison des résultats avec ceux obtenus par la technique de chromatographie gazeuse on-line couplée avec un détecteur à ionisation de flamme (GC-FID) a donné des résultats similaires. La capacité de la méthode pour l’évaluation rapide des risques potentiels associés à une exposition aux BTEX a été prouvée à travers une étude de terrain avec analyse de risque pour la santé des travailleurs dans trois garages d’entretien automobile et par des expériences sous atmosphères simulées. Les concentrations mesurées dans l’air ambiant des garages étaient de 8,9–25 µg/m3 pour le benzène, 119–1156 µg/m3 pour le toluène, 9–70 µg/m3 pour l’éthylbenzène et 45–347 µg/m3 pour les xylènes. Une dose quotidienne environnementale totale entre 1,46 10-3 et 2,52 10-3 mg/kg/jour a été déterminée pour le benzène. Le risque de cancer lié à l’exposition environnementale totale au benzène estimé pour les travailleurs étudiés se situait entre 1,1 10-5 et 1,8 10-5. Une nouvelle méthode APCI-MS/MS a été également développée et validée pour l’analyse directe de l’octaméthylcyclotétrasiloxane (D4) et le décaméthylcyclopentasiloxane (D5) dans l’air et les biogaz. Le D4 et le D5 sont des siloxanes cycliques volatils largement utilisés comme solvants dans les processus industriels et les produits de consommation à la place des COVs précurseurs d’ozone troposphérique tels que les BTEX. Leur présence ubiquitaire dans les échantillons d’air ambiant, due à l’utilisation massive, suscite un besoin d’études de toxicité. De telles études requièrent des analyses qualitatives et quantitatives de traces de ces composés. Par ailleurs, la présence de traces de ces substances dans un biogaz entrave son utilisation comme source d’énergie renouvelable en causant des dommages coûteux à l’équipement. L’analyse des siloxanes dans un biogaz s’avère donc essentielle pour déterminer si le biogaz nécessite une purification avant son utilisation pour la production d’énergie. La méthode développée dans cette étude possède une bonne sensibilité (LDM 4–6 μg/m3), une bonne précision (CV < 10%), une bonne exactitude (> 93%) et une grande sélectivité. Il a été également démontré qu’en utilisant cette méthode avec l’hexaméthyl-d18-disiloxane comme étalon interne, la détection et la quantification du D4 et du D5 dans des échantillons réels de biogaz peuvent être accomplies avec une meilleure sensibilité (LDM ~ 2 μg/m3), une grande précision (CV < 5%) et une grande exactitude (> 97%). Une variété d’échantillons de biogaz prélevés au site d’enfouissement sanitaire du Complexe Environnemental de Saint-Michel à Montréal a été analysée avec succès par cette nouvelle méthode. Les concentrations mesurées étaient de 131–1275 µg/m3 pour le D4 et 250–6226 µg/m3 pour le D5. Ces résultats représentent les premières données rapportées dans la littérature sur la concentration des siloxanes D4 et D5 dans les biogaz d’enfouissement en fonction de l’âge des déchets.

Analyse par spectrométrie de masse d’hormones stéroïdiennes dans les eaux usées et abattement par oxydation chimique

Thèse réalisée en cotutelle avec Michèle Prévost (Ph.D), Professeure titulaire au département des génies civil, géologique et des mines de l'École Polytechnique de Montréal.

Dégradation chimique et biologique de neuf contaminants émergents dans les eaux de surfaces et les effluents primaires d’eaux usées municipales

Un protocole inspiré du test de simulation 309 de l’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) nous a permis de mesurer la dégradation chimique (excluant la photolyse) dans des eaux de surface de même que la dégradation chimique et biologique de neuf contaminants émergents dans l’effluent d’un décanteur primaire d’eau usée municipale. Les données étaient compatibles avec le modèle de cinétique de pseudo ordre un. Les résultats démontrant une persistance de plus d’un an dans les eaux de surface et de 71 jours dans l’effluent du décanteur primaire suggèrent que les dégradations chimique et biologique ne contribuent pas significativement à la diminution de: atrazine, déséthylatrazine, carbamazépine et diclofénac dans la phase aqueuse des systèmes testés. Les autres composés se sont dégradés à différents niveaux. Le 17ß-estradiol ainsi que l’éthinylestradiol, la noréthindrone, la caféine et le sulfaméthoxazole ont tous été sujet à la dégradation biologique dans les effluents du décanteur primaire d’eau usée avec des constantes de dégradation k et des demi-vies t1/2 mesurées allant respectivement de 0.0082 à 0.59 j-1 et de 1.2 à 85 jours. Les paramètres de cinétique mesurés peuvent être combinés aux concentrations typiques des composés à l’étude dans un décanteur primaire d’eau usée pour y calculer leur vitesse de dégradation. Cependant, puisque les décanteurs primaires dans les usines de traitement d’eaux usées ont généralement des temps de résidence de quelques heures seulement, il est improbable que les neufs contaminants émergents à l’étude diminuent significativement par ces processus durant leur passage dans le compartiment.

Nouvelles stratégies pour l’analyse des cyanotoxines par spectrométrie de masse

Les cyanobactéries ont une place très importante dans les écosystèmes aquatiques et un nombre important d’espèces considéré comme nuisible de par leur production de métabolites toxiques. Ces cyanotoxines possèdent des propriétés très variées et ont souvent été associées à des épisodes d’empoisonnement. L’augmentation des épisodes d’efflorescence d’origine cyanobactériennes et le potentiel qu’ils augmentent avec les changements climatiques a renchéri l’intérêt de l’étude des cyanobactéries et de leurs toxines. Considérant la complexité chimique des cyanotoxines, le développement de méthodes de détection simples, sensibles et rapides est toujours considéré comme étant un défi analytique. Considérant ces défis, le développement de nouvelles approches analytiques pour la détection de cyanotoxines dans l’eau et les poissons ayant été contaminés par des efflorescences cyanobactériennes nuisibles a été proposé. Une première approche consiste en l’utilisation d’une extraction sur phase solide en ligne couplée à une chromatographie liquide et à une détection en spectrométrie de masse en tandem (SPE-LC-MS/MS) permettant l’analyse de six analogues de microcystines (MC), de l’anatoxine (ANA-a) et de la cylindrospermopsine (CYN). La méthode permet une analyse simple et rapide et ainsi que la séparation chromatographique d’ANA-a et de son interférence isobare, la phénylalanine. Les limites de détection obtenues se trouvaient entre 0,01 et 0,02 μg L-1 et des concentrations retrouvées dans des eaux de lacs du Québec se trouvaient entre 0,024 et 36 μg L-1. Une deuxième méthode a permis l’analyse du b-N-méthylamino-L-alanine (BMAA), d’ANA-a, de CYN et de la saxitoxine (STX) dans les eaux de lac contaminés. L’analyse de deux isomères de conformation du BMAA a été effectuée afin d’améliorer la sélectivité de la détection. L’utilisation d’une SPE manuelle permet la purification et préconcentration des échantillons et une dérivatisation à base de chlorure de dansyle permet une chromatographie simplifiée. L’analyse effectuée par LC couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) et des limites de détections ont été obtenues entre 0,007 et 0,01 µg L-1. Des échantillons réels ont été analysés avec des concentrations entre 0,01 et 0,3 µg L-1 permettant ainsi la confirmation de la présence du BMAA dans les efflorescences de cyanobactéries au Québec. Un deuxième volet du projet consiste en l’utilisation d’une technologie d’introduction d’échantillon permettant des analyses ultra-rapides (< 15 secondes/échantillons) sans étape chromatographique, la désorption thermique à diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI) et à la spectrométrie de masse (MS). Un premier projet consiste en l’analyse des MC totales par l’intermédiaire d’une oxydation de Lemieux permettant un bris de la molécule et obtenant une fraction commune aux multiples congénères existants des MC. Cette fraction, le MMPB, est analysée, après une extraction liquide-liquide, par LDTD-APCI-MS/MS. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et des concentrations entre 1 et 425 µg L-1 ont été trouvées dans des échantillons d’eau de lac contaminés du Québec. De plus, une analyse en parallèle avec des étalons pour divers congénères des MC a permis de suggérer la possible présence de congénères ou d’isomères non détectés. Un deuxième projet consiste en l’analyse directe d’ANA-a par LDTD-APCI-HRMS pour résoudre son interférence isobare, la phénylalanine, grâce à la détection à haute résolution. La LDTD n’offre pas de séparation chromatographique et l’utilisation de la HRMS permet de distinguer les signaux d’ANA-a de ceux de la phénylalanine. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et la méthode a été appliquée sur des échantillons réels d’eau avec un échantillon positif en ANA-a avec une concentration de 0,21 µg L-1. Finalement, à l’aide de la LDTD-APCI-HRMS, l’analyse des MC totales a été adaptée pour la chair de poisson afin de déterminer la fraction libre et liée des MC et comparer les résultats avec des analyses conventionnelles. L’utilisation d’une digestion par hydroxyde de sodium précédant l’oxydation de Lemieux suivi d’une purification par SPE a permis d’obtenir une limite de détection de 2,7 µg kg-1. Des échantillons de poissons contaminés ont été analysés, on a retrouvé des concentrations en MC totales de 2,9 et 13,2 µg kg-1 comparativement aux analyses usuelles qui avaient démontré un seul échantillon positif à 2 µg kg-1, indiquant la possible présence de MC non détectés en utilisant les méthodes conventionnelles.

Chemical characterisation of wild populations of Thymus from different climatic regions in southeast Spain

Thymus is taxonomically a very complex genus with a high frequency of hybridisation and introgression among sympatric species. The variation in accumulation of leaf-surface flavonoids was investigated in 71 wild populations of Thymus front different putative hybrid swarm areas in Andalucia, Spain. Twenty-two flavones, five flavanones, two dihydroflavonols, a flavonol and two unknowns were detected by HPLC-DAD combined with LC-APCI-MS analysis. The majority of compounds were flavones with a lutelin-type substitution of the B-ring, in contrast to previous reports on Macedonian taxa, which predominantly accumulate flavones with apigenin-type substitution of the B-ring. Anatomical and morphometric studies, supported by cluster analysis, identified pure Thymus hyemalis and Thymus baeticus populations, and a large number of putative hybrids. Flavonoid variation was closely related to morphological variation in all populations and is suspected to be a result of genetic polymorphism. Principal component analysis identified the presence of species-specific and geographically linked chemotypes and putative hybrids with mixed morphological and chemical characteristics. Qualitative and quantitative flavonoid accumulation appears to be genetically regulated, while external factors play a secondary role. Flavonoid profiles can thus provide diagnostic markers for the taxonomy of Thymus and are also useful in detecting hybridising taxa. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Exudate flavones and flavanones in Origanum species and their interspecific variation

Surface flavonoids in nine species of Origanum, representing taxa from all three of the currently recognised subgeneric groups, were examined both by HPLC coupled to diode-array detection and APCI-MS. Many of the flavonoids present were characterised by O-substituent at C-6 (OH, OMe) and/or C-8 (OMe). In total, 25 flavones and flavanones are described in this study, of which 13 are new to the genus and 5,4'-dihydroxy-6,7,3'-trimethoxyflavanone is reported for the first time. Taxa in subgeneric Group A accumulated flavonoids with methoxyl groups at both C-6 and C-4'; however, taxa in subgeneric Group B did not accumulate 4'-methoxylated compounds, and taxa in Group C did not accumulate 6-methoxylated compounds. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Atmospheric pressure photoionization mass spectrometry as a tool for the investigation of the hydrolysis reaction mechanisms of phosphite antioxidants

The hydrolysis reaction mechanism of phosphite antioxidants is investigated by liquid chromatography-mass spectrometry (LC/MS). The phosphites were chosen because they differed in chemical structure and phosphorus content. Dopant assisted-atmospheric pressure photoionization (DA-APPI) is chosen as the ion source for (lie ionization of the compounds. [it our previous work, DA-APPI was shown to offer an attractive alternative to atmospheric pressure chemical ionization (APCI) since it provided background-ion free mass spectra and higher sensitivity [M. Papanastasiou, et al., Polymer Degradation and Stability 91 (11) (2006) 2675-2682]. In positive ion mode, the molecules are generally detected in their protonated form. In negative ion mode, the phosphites are unstable and only fragment ions are observed: these however, are characteristic of each phosphite and may be used for the identification of the analytes in complex mixtures. The analytes under investigation are exposed to accelerated humid ageing conditions and their hydrolytic pathway and stability is investigated. Different substituents around the phosphorus atom are shown to have a significant effect on the stability of the phosphites, with phenol substituents producing very hydrolytically stable structures. Alkanox P24 and PEP-36 follow a similar hydrolytic pathway via the scission of the first and then the second P-O-phenol bonds, eventually leading to the formation of phenol, Phosphorous acid and pentaerythritol as end products. HP-10 exhibits a rather different Structure and the products detected suggest scission of either the P-O-hydrocarbon or one of the P-O-phenol bonds. A phenomenon similar to that of autocatalysis is observed for all phosphites and is attributed to the formation of dialkyl phosphites as intermediate products. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Extração por fluido supercrítico de alguns inseticidas carbamatos em amostras de batata, com determinação por HPLC/fluorescência e confirmação por HPLC/espectrometria de massas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Rapid degradation of propanil in rice crop fields

Propanil and its major degradation product, 3,4-dichloroaniline (DCA), were monitored in surface water and soil samples from two rice fields of the Ebre Delta area (Tarragona, Spain) following agricultural application. On-line solid-phase extraction (SPE) (water) and Soxhlet extraction (soil) followed by liquid chromatography/diode array detection (LC/DAD) were used for the trace determination of both compounds. Unequivocal confirmation/identification was conducted by using liquid chromatography/atmospheric pressure chemical ionization-mass spectrometry, LC/APCI/MS (using negative and positive ionization modes). Concentrations of the herbicide propanil in water samples varied from 1.9 to 55.9 mu g/L. Propanil degraded very rapidly to DCA, and high concentrations of this product were found, varying from 16.5 to 470 mu g/L in water and 119 +/- 22 mu g/kg in soil samples. No detectable DCA (<0.001%) was found in the applied pesticide formulation, indicating that DCA formation took place after propanil application. These field results compared favorably with laboratory experiments showing that humic interactions had a strong influence on the pesticide degradation. The half-lifes under real conditions for propanil and DCA, calculated using a first-order decay, were 1.2 and 1.6 days, respectively.