Analyse quantitative des cyanotoxines d'eau douce par LDTD-APCI-MS/MS

Avec la hausse mondiale de la fréquence des floraisons de cyanobactéries (CB), dont certaines produisent des cyanotoxines (CT), le développement d’une méthode de détection/quantification rapide d’un maximum de CT s’impose. Cette méthode permettrait de faire un suivi quotidien de la toxicité de plans d’eau contaminés par des CB et ainsi d’émettre rapidement des avis d’alerte appropriés afin de protéger la santé publique. Une nouvelle technologie utilisant la désorption thermique induite par diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique sous pression atmosphérique (APCI) et reliée à la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) a déjà fait ses preuves avec des temps d'analyse de l’ordre de quelques secondes. Les analytes sont désorbés par la LDTD, ionisés en phase gazeuse par APCI et détectés par la MS/MS. Il n’y a donc pas de séparation chromatographique, et la préparation de l’échantillon avant l’analyse est minimale selon la complexité de la matrice contenant les analytes. Parmi les quatre CT testées (microcystine-LR, cylindrospermopsine, saxitoxine et anatoxine-a (ANA-a)), seule l’ANA-a a généré une désorption significative nécessaire au développement d’une méthode analytique avec l’interface LDTD-APCI. La forte polarité ou le poids moléculaire élevé des autres CT empêche probablement leur désorption. L’optimisation des paramètres instrumentaux, tout en tenant compte de l’interférence isobarique de l’acide aminé phénylalanine (PHE) lors de la détection de l’ANA-a par MS/MS, a généré une limite de détection d’ANA-a de l’ordre de 1 ug/L. Celle-ci a été évaluée à partir d’une matrice apparentée à une matrice réelle, démontrant qu’il serait possible d’utiliser la LDTD pour effectuer le suivi de l’ANA-a dans les eaux naturelles selon les normes environnementales applicables (1 à 12 ug/L). Il a été possible d’éviter l’interférence isobarique de la PHE en raison de sa très faible désorption avec l’interface LDTD-APCI. En effet, il a été démontré qu’une concentration aussi élevée que 500 ug/L de PHE ne causait aucune interférence sur le signal de l’ANA-a.

Quantifying diffusion in biofilms : from model hydrogels to living biofilms

Les biofilms sont des communautés de microorganismes incorporés dans une matrice exo-polymérique complexe. Ils sont reconnus pour jouer un rôle important comme barrière de diffusion dans les systèmes environnementaux et la santé humaine, donnant lieu à une résistance accrue aux antibiotiques et aux désinfectants. Comme le transfert de masse dans un biofilm est principalement dû à la diffusion moléculaire, il est primordial de comprendre les principaux paramètres influençant les flux de diffusion. Dans ce travail, nous avons étudié un biofilm de Pseudomonas fluorescens et deux hydrogels modèles (agarose et alginate) pour lesquels l’autodiffusion (mouvement Brownien) et les coefficients de diffusion mutuels ont été quantifiés. La spectroscopie par corrélation de fluorescence a été utilisée pour mesurer les coefficients d'autodiffusion dans une volume confocal de ca. 1 m3 dans les gels ou les biofilms, tandis que les mesures de diffusion mutuelle ont été faites par cellule de diffusion. En outre, la voltamétrie sur microélectrode a été utilisée pour évaluer le potentiel de Donnan des gels afin de déterminer son impact sur la diffusion. Pour l'hydrogel d'agarose, les observations combinées d'une diminution du coefficient d’autodiffusion et de l’augmentation de la diffusion mutuelle pour une force ionique décroissante ont été attribuées au potentiel de Donnan du gel. Des mesures de l'effet Donnan (différence de -30 mV entre des forces ioniques de 10-4 et 10-1 M) et l'accumulation correspondante d’ions dans l'hydrogel (augmentation d’un facteur de 13 par rapport à la solution) ont indiqué que les interactions électrostatiques peuvent fortement influencer le flux de diffusion de cations, même dans un hydrogel faiblement chargé tel que l'agarose. Curieusement, pour un gel plus chargé comme l'alginate de calcium, la variation de la force ionique et du pH n'a donné lieu qu'à de légères variations de la diffusion de sondes chargées dans l'hydrogel. Ces résultats suggèrent qu’en influençant la diffusion du soluté, l'effet direct des cations sur la structure du gel (compression et/ou gonflement induits) était beaucoup plus efficace que l'effet Donnan. De même, pour un biofilm bactérien, les coefficients d'autodiffusion étaient pratiquement constants sur toute une gamme de force ionique (10-4-10-1 M), aussi bien pour des petits solutés chargés négativement ou positivement (le rapport du coefficient d’autodiffusion dans biofilm sur celui dans la solution, Db/Dw ≈ 85 %) que pour des nanoparticules (Db/Dw≈ 50 %), suggérant que l'effet d'obstruction des biofilms l’emporte sur l'effet de charge. Les résultats de cette étude ont montré que parmi les divers facteurs majeurs qui affectent la diffusion dans un biofilm environnemental oligotrophe (exclusion stérique, interactions électrostatiques et hydrophobes), les effets d'obstruction semblent être les plus importants lorsque l'on tente de comprendre la diffusion du soluté. Alors que les effets de charge ne semblaient pas être importants pour l'autodiffusion de substrats chargés dans l'hydrogel d'alginate ou dans le biofilm bactérien, ils ont joué un rôle clé dans la compréhension de la diffusion à travers l’agarose. L’ensemble de ces résultats devraient être très utiles pour l'évaluation de la biodisponibilité des contaminants traces et des nanoparticules dans l'environnement.

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.

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.

Phytase immobilization on modified electrodes for amperometric biosensing

Phytase (myo-inositol hexaphosphate phosphohydrolase) and phytic acid (myo-inositol hexaphosphate) play an important environmental role, in addition to being a health issue in food industry. Phytic acid is antinutritional due to its ability to chelate metal ions and may also react with proteins decreasing their bioavailability. In this work, we produced biosensors with phytase immobilized in Layer-by-Layer (LbL) films, which could detect phytic acid with a detection limit of 0.19 mmol L-1, which is sufficient to detect phytic acid in seeds of grains and vegetables. The biosensosrs consisted of LbL films containing up to eight bilayers of phytase alternated with poly(allylamine) hydrochloride (PAH) deposited onto an indium-tin oxide (ITO) substrate modified with Prussian Blue. Amperometric detection was conducted in an acetate buffer solution (at pH 5.5) at room temperature, with the biosensor response attributed to the formation of phosphate ions. In subsidiary experiments with the currents measured at 0.0 V (vs. SCE), we demonstrated the absence of effects from some interferents, pointing to a good selectivity of the biosensor. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Heteroscedastic controlled calibration model applied to analytical chemistry

In chemical analyses performed by laboratories, one faces the problem of determining the concentration of a chemical element in a sample. In practice, one deals with the problem using the so-called linear calibration model, which considers that the errors associated with the independent variables are negligible compared with the former variable. In this work, a new linear calibration model is proposed assuming that the independent variables are subject to heteroscedastic measurement errors. A simulation study is carried out in order to verify some properties of the estimators derived for the new model and it is also considered the usual calibration model to compare it with the new approach. Three applications are considered to verify the performance of the new approach. Copyright (C) 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

Environmental formaldehyde analysis by active diffusive sampling with a bundle of polypropylene porous capillaries followed by capillary zone electrophoretic separation and contactless conductivity detection

Compared to other volatile carbonylic compounds present in outdoor air, formaldehyde (CH2O) is the most toxic, deserving more attention in terms of indoor and outdoor air quality legislation and control. The analytical determination of CH2O in air still presents challenges due to the low-level concentration (in the sub-ppb range) and its variation with sampling site and time. Of the many available analytical methods for carbonylic compounds, the most widespread one is the time consuming collection in cartridges impregnated with 2,4-dinitrophenylhydrazine followed by the analysis of the formed hydrazones by HPLC. The present work proposes the use of polypropylene hollow porous capillary fibers to achieve efficient CH2O collection. The Oxyphan (R) fiber (designed for blood oxygenation) was chosen for this purpose because it presents good mechanical resistance, high density of very fine pores and high ratio of collection area to volume of the acceptor fluid in the tube, all favorable for the development of air sampling apparatus. The collector device consists of a Teflon pipe inside of which a bundle of polypropylene microporous capillary membranes was introduced. While the acceptor passes at a low flow rate through the capillaries, the sampled air circulates around the fibers, impelled by a low flow membrane pump (of the type used for aquariums ventilation). The coupling of this sampling technique with the selective and quantitative determination of CH2O, in the form of hydroxymethanesulfonate (HMS) after derivatization with HSO3-, by capillary electrophoresis with capacitively coupled contactless conductivity detection (CE-(CD)-D-4) enabled the development of a complete analytical protocol for the CH2O evaluation in air. (C) 2008 Published by Elsevier B.V.

Diagnostics for the Developing World: Microfluidic Paper-Based Analytical Devices

Microfluidic paper-based analytical devices (mu PADs) are a new class of point-of-care diagnostic devices that are inexpensive, easy to use, and designed specifically for use in developing countries. (To listen to a podcast about this feature, please go to the Analytical Chemistry multimedia page at pubs.acs.org/page/ancham/audio/index.html.)

Comparison of the analytical performance of electrophoresis microchannels fabricated in PDMS, glass, and polyester-toner

This paper compares the analytical performance of microchannels fabricated in PDMS, glass, and polyester-toner for electrophoretic separations. Glass and PDMS chips were fabricated using well-established photolithographic and replica-molding procedures, respectively. PDMS channels were sealed against three different types of materials: native PDMS, plasma-oxidized PDMS, and glass. Polyester-toner chips were micromachined by a direct-printing process using an office laser printer. All microchannels were fabricated with similar dimensions according to the limitations of the direct-printing process (width/depth 150 mu m/12 mu m). LIF was employed for detection to rule out any losses in separation efficiency due to the detector configuration. Two fluorescent dyes, coumarin and fluorescein, were used as model analytes. Devices were evaluated for the following parameters related to electrophoretic separations: EOF, heat dissipation, injection reproducibility, separation efficiency, and adsorption to channel wall.

Atmospheric pollution effects on childhood health: an environmental study in the Paraíba Valley

OBJETIVOS: estimar as correlações entre os níveis de poluentes atmosféricos e o número de internações por doença respiratória em crianças, em hospital universitário. MÉTODOS: trata-se de um estudo ecológico de série temporal. Os dados sobre poluentes atmosféricos foram obtidos junto à CETESB e os dados sobre internação hospitalar, junto ao SAME do Hospital Universitário de Taubaté, Brasil. O estudo se refere a dados e internação do ano de 2001. Para estudar as correlações dos valores dos poluentes entre si e entre as internações, utilizou-se da técnica de correlação de Pearson. Foram estimados os riscos relativos para internação por doença respiratória comparando os quartis dos agentes poluentes com os valores do primeiro quartil. A significância estatística adotada foi alfa = 5%. RESULTADOS: foram internadas 158 crianças com doença respiratória no ano de 2001 (30% do total de internações no ano). Os poluentes estiveram correlacionados entre si e houve correlação positiva, entre o número de internação e dióxido de enxofre e material particulado; houve aumento de 25% no risco de internação comparando o quarto quartil e o primeiro quartil. CONCLUSÕES: houve correlação positiva entre número de internações por doenças respiratórias e poluentes atmosféricos.

Environmental education and the health risk question: how do we educate the educators working with this theme?

Our society is presently seeing a trend of continuous increase of risk with severe consequences, especially those linked to environmental aspects. It has obligated us to reflect on this production and its effects, either positive or negative, and, after a long reflection, to think about the adopted model of civilization and the possibilities of changing such a model. The educational institution is among the social departments responsible for this revision process, since it represents one possibility to promote a more critical vision from society, providing it with tools needed for a more responsible action. However, schools are dominated by a traditional work, which does not allow for enough and proper attention to these relevant and current questions, and which involve a critical analysis of the conceptions and values established by our civilization, resulting in the present patterns of science-technology-society relations and their influence on the environment and health. Several research works have indicated a diversity of barriers that obstruct this necessary change. Since formal education plays an important role in the education of society for this theme, in this paper the possibilities and difficulty dealing with this problem are discussed, focusing on the question of teacher education, based on investigations related to teacher education programs for environmental education. The data collected show the urgency for introducing this theme in teacher training programs, taking into account the fact that educators have their own conceptions, values and attitudes that should be considered in these programs.

The use of the challenge test to analyse preservative efficiency in non-sterile cosmetic and health products: applications and critical points

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Organotins: A review of their reproductive toxicity, biochemistry, and environmental fate

The review purposes are to (1) evaluate the experimental evidence for adverse effects on reproduction and metabolism and (2) identify the current knowledge of analytical procedures, biochemistry and environmental aspects relating to organotins. Organotins are pollutants that are used as biocides in antifouling paints. They produce endocrine-disrupting effects in mollusks, such as imposex. In rodents, organotin exposure induces developmental and reproductive toxicity as well as alteration of metabolic homeostasis through its action as an obesogen. The adverse effects that appear in rodents have raised concerns about organotins' potential health risk to humans in relation to organotin exposure. At present, triorganotin, such as tributyltin, have been demonstrated to produce imposex, and mammalian reproductive and metabolic toxicity. For most mammals, triorganotin exposure predominantly occurs through the ingestion, and this compound can cross the placenta. With these risks in mind, it is important to improve our knowledge of organotins' effects on environmental health. © 2012 Elsevier Inc.