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.

Développement d’une nouvelle méthode d’analyse multi-résidus par LDTD/APCI-MS/MS pour la quantification de pesticides et de produits pharmaceutiques dans les eaux usées

Une nouvelle méthode d'extraction en phase solide (SPE) couplée à une technique d'analyse ultrarapide a été développée pour la détermination simultanée de neuf contaminants émergents (l'atrazine, le déséthylatrazine, le 17(béta)-estradiol, l'éthynylestradiol, la noréthindrone, la caféine, la carbamazépine, le diclofénac et le sulfaméthoxazole) provenant de différentes classes thérapeutiques et présents dans les eaux usées. La pré-concentration et la purification des échantillons a été réalisée avec une cartouche SPE en mode mixte (Strata ABW) ayant à la fois des propriétés échangeuses de cations et d'anions suivie d'une analyse par une désorption thermique par diode laser/ionisation chimique à pression atmosphérique couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LDTD-APCI-MS/MS). La LDTD est une nouvelle méthode d'introduction d'échantillon qui réduit le temps total d'analyse à moins de 15 secondes par rapport à plusieurs minutes avec la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem traditionnelle (LC-MS/MS). Plusieurs paramètres SPE ont été évalués dans le but d'optimiser l'efficacité de récupération lors de l'extraction des analytes provenant des eaux usées, tels que la nature de la phase stationnaire, le débit de chargement, le pH d'extraction, le volume et la composition de la solution de lavage et le volume de l'échantillon initial. Cette nouvelle méthode a été appliquée avec succès à de vrais échantillons d'eaux usées provenant d'un réservoir de décantation primaire. Le recouvrement des composés ciblés provenant des eaux usées a été de 78 à 106%, la limite de détection a été de 30 à 122 ng L-1, alors que la limite de quantification a été de 88 à 370 ng L-1. Les courbes d'étalonnage dans les matrices d'eaux usées ont montré une bonne linéarité (R2 > 0,991) pour les analytes cibles ainsi qu’une précision avec un coefficient de variance inférieure à 15%.

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.

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.

Detecció de compostos volàtils, clorofenols, cloroanisoles i 2,4,6-tribromoanisole, relacionats amb el "gust del suro"

D'entre els defectes organolèptics associats al vi, en destaca l'anomenat "gust de suro" habitualment vinculat a la presència de cloroanisoles, els quals són productes de l'activitat microbiana formats a partir dels corresponents clorofenols. La present tesi doctoral recull, en primer lloc, metodologies analítiques adreçades principalment a la determinació dels compostos clorofenòlics (2,4,6-triclorofenol, 2,3,4,6-tetraclorofenol i pentaclorofenol) en el control de qualitat dels taps suro, emprant dissolucions hidroalcohòliques com a medi de maceració o d'extracció i utilitzant les tècniques d'extracció en fase sòlida (SPE) i microextracció en fase sòlida (SPME) acoblades a la cromatografia de gasos (GC). En segon lloc, per tal de dur a terme l'anàlisi de cloroanisoles juntament amb els seus precursors en matrius de suro s'ha avaluat un mètode basat en l'extracció amb dissolvent orgànic, el qual ha estat aplicat per a l'estudi de diferents sistemes d'eliminació d'aquests anàlits en la matriu citada. En darrer lloc, s'han proposat metodologies per l'anàlisi de mostres de vi, en les quals d'una banda s'han determinat els compostos clorofenòlics utilitzant la SPME i de l'altra el 2,4,6-tricloroanisole i el 2,4,6-tribromoanisole mitjançant l'acoblament de la SPE i la injecció de grans volums (LVI) en el sistema cromatogràfic.

Dietary quebracho tannins are not absorbed, but increase the antioxidant capacity of liver and plasma in sheep

A total of sixteen lambs were divided into two groups and fed two different diets. Of these, eight lambs were fed a control diet (C) and eight lambs were fed the C diet supplemented with quebracho tannins (C+T). The objective of the present study was to assess whether dietary quebracho tannins can improve the antioxidant capacity of lamb liver and plasma and if such improvement is due to a direct transfer of phenolic compounds or their metabolites, to the animal tissues. Feed, liver and plasma samples were purified by solid-phase extraction (SPE) and analysed by liquid chromatography–MS for phenolic compounds. Profisitinidin compounds were identified in the C+T diet. However, no phenolic compounds were found in lamb tissues. The liver and the plasma from lambs fed the C+T diet displayed a greater antioxidant capacity than tissues from lambs fed the C diet, but only when samples were not purified with SPE. Profisetinidin tannins from quebracho seem not to be degraded or absorbed in the gastrointestinal tract. However, they induced antioxidant effects in animal tissues.

Flavour profile of three novel acidic varieties of muskmelon (Cucumis melo L.)

Novel acidic varieties of muskmelon (Cucumis melo L.) are emerging onto the UK market. These melons contain almost twice the amount of citric acid compared to standard melons and are described as ‘zesty and fresh’. This study compared the flavour components of three acidic varieties with a standard Galia-type melon. The volatile and semivolatile compounds were extracted using dynamic headspace extraction (DHE) or solid-phase microextraction (SPME) and solid phase extraction (SPE) respectively, followed by gas chromatography – mass spectrometry (GC-MS) and gas chromatography – olfactometry (GC-O). More than 50 volatile and 50 semivolatile compounds were identified in the headspace and the SPE extracts respectively. GC-O revealed 15 odour-active components in the headspace, with esters being consistently higher in acidic variety. This study showed quantitative and qualitative differences between all four varieties and key differences between acidic varieties and standard melons.

Sensory and instrumental analysis of medium and long shelf-life Charentais cantaloupe melons (Cucumis melo L.) harvested at different maturities

The flavour profiles of two genotypes of Charentais cantaloupe melons (medium shelf-life and long shelf-life), harvested at two distinct maturities (immature and mature fruit), were investigated. Dynamic headspace extraction (DHE), solid-phase extraction (SPE), gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS) and gas chromatography–olfactometry/mass spectrometry (GC-O/MS) were used to determine volatile and semi-volatile compounds. Qualitative descriptive analysis (QDA) was used to assess the organoleptic impact of the different melons and the sensory data were correlated with the chemical analysis. There were significant, consistent and substantial differences between the mature and immature fruit for the medium shelf-life genotype, the less mature giving a green, cucumber character and lacking the sweet, fruity character of the mature fruit. However, maturity at harvest had a much smaller impact on the long shelf-life melons and fewer differences were detected. These long shelf-life melons tasted sweet, but lacked fruity flavours, instead exhibiting a musty, earthy character.

Antioxidant effects of ryegrass phenolics in lamb liver and plasma

Sixteen lambs were divided into two groups and fed two different diets. Eight lambs were stall-fed with a concentrate-based diet (C), and the remaining eight lambs were allowed to graze on Lolium perenne (G). The antioxidant status was measured in the liver and plasma samples before and after solid-phase extraction (SPE) to probe the antioxidant effects that grass phenolic compounds may have conferred onto the animal tissues. The liver and plasma samples from grass-fed lambs displayed a greater antioxidant capacity than the tissues from C lamb group, but only if samples had not been passed through SPE cartridges. Finally, the feed and animal tissues, which had been purified by SPE, were analysed by liquid chromatography combined with mass spectrometry (LC-MS) to identify phenolic compounds present in L. perenne and to evaluate the results from the antioxidant assays. It would appear that the improvement of the antioxidant capacity of lamb liver and plasma from lambs fed ryegrass was not related to the direct transfer of phenolic compounds from grass to the animal tissues.

A sensitive microextraction by packed sorbent-based methodology combined with ultra-high pressure liquid chromatography as a powerful technique for analysis of biologically active flavonols in wines

A new approach based on microextraction by packed sorbent (MEPS) and reversed-phase high-throughput ultra high pressure liquid chromatography (UHPLC) method that uses a gradient elution and diode array detection to quantitate three biologically active flavonols in wines, myricetin, quercetin, and kaempferol, is described. In addition to performing routine experiments to establish the validity of the assay to internationally accepted criteria (selectivity, linearity, sensitivity, precision, accuracy), experiments are included to assess the effect of the important experimental parameters such as the type of sorbent material (C2, C8, C18, SIL, and C8/SCX), number of extraction cycles (extract-discard), elution volume, sample volume, and ethanol content, on the MEPS performance. The optimal conditions of MEPS extraction were obtained using C8 sorbent and small sample volumes (250 μL) in five extraction cycle and in a short time period (about 5 min for the entire sample preparation step). Under optimized conditions, excellent linearity View the MathML source(Rvalues2>0.9963), limits of detection of 0.006 μg mL−1 (quercetin) to 0.013 μg mL−1 (myricetin) and precision within 0.5–3.1% were observed for the target flavonols. The average recoveries of myricetin, quercetin and kaempferol for real samples were 83.0–97.7% with relative standard deviation (RSD, %) lower than 1.6%. The results obtained showed that the most abundant flavonol in the analyzed samples was myricetin (5.8 ± 3.7 μg mL−1). Quercetin (0.97 ± 0.41 μg mL−1) and kaempferol (0.66 ± 0.24 μg mL−1) were found in a lower concentration. The optimized MEPSC8 method was compared with a reverse-phase solid-phase extraction (SPE) procedure using as sorbent a macroporous copolymer made from a balanced ratio of two monomers, the lipophilic divinylbenzene and the hydrophilic N-vinylpyrrolidone (Oasis HLB) were used as reference. MEPSC8 approach offers an attractive alternative for analysis of flavonols in wines, providing a number of advantages including highest extraction efficiency (from 85.9 ± 0.9% to 92.1 ± 0.5%) in the shortest extraction time with low solvent consumption, fast sample throughput, more environmentally friendly and easy to perform.

A fast method using a new hydrophilic–lipophilic balanced sorbent in combination with ultra-high performance liquid chromatography for quantification of significant bioactive metabolites in wines

This manuscript describes the development and validation of an ultra-fast, efficient, and high throughput analytical method based on ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC) equipped with a photodiode array (PDA) detection system, for the simultaneous analysis of fifteen bioactive metabolites: gallic acid, protocatechuic acid, (−)-catechin, gentisic acid, (−)-epicatechin, syringic acid, p-coumaric acid, ferulic acid, m-coumaric acid, rutin, trans-resveratrol, myricetin, quercetin, cinnamic acid and kaempferol, in wines. A 50-mm column packed with 1.7-μm particles operating at elevated pressure (UHPLC strategy) was selected to attain ultra-fast analysis and highly efficient separations. In order to reduce the complexity of wine extract and improve the recovery efficiency, a reverse-phase solid-phase extraction (SPE) procedure using as sorbent a new macroporous copolymer made from a balanced ratio of two monomers, the lipophilic divinylbenzene and the hydrophilic N-vinylpyrrolidone (Oasis™ HLB), was performed prior to UHPLC–PDA analysis. The calibration curves of bioactive metabolites showed good linearity within the established range. Limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) ranged from 0.006 μg mL−1 to 0.58 μg mL−1, and from 0.019 μg mL−1 to 1.94 μg mL−1, for gallic and gentisic acids, respectively. The average recoveries ± SD for the three levels of concentration tested (n = 9) in red and white wines were, respectively, 89 ± 3% and 90 ± 2%. The repeatability expressed as relative standard deviation (RSD) was below 10% for all the metabolites assayed. The validated method was then applied to red and white wines from different geographical origins (Azores, Canary and Madeira Islands). The most abundant component in the analysed red wines was (−)-epicatechin followed by (−)-catechin and rutin, whereas in white wines syringic and p-coumaric acids were found the major phenolic metabolites. The method was completely validated, providing a sensitive analysis for bioactive phenolic metabolites detection and showing satisfactory data for all the parameters tested. Moreover, was revealed as an ultra-fast approach allowing the separation of the fifteen bioactive metabolites investigated with high resolution power within 5 min.

Methacycline: A Review of Analytical Methods

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estrógenos em água: otimização da extração em fase sólida utilizando ferramentas quimiométricas

Muitos métodos analíticos estão sendo desenvolvidos visando à determinação de contaminantes orgânicos, especialmente alteradores endócrinos. Tais métodos baseiam-se geralmente na extração em fase sólida (SPE) seguida por determinação cromatográfica (CG ou HPLC). No presente trabalho utilizou-se ferramentas quimiométricas no processo de SPE para avaliar os principais fatores que influenciam tal processo e as interações entre os mesmos. Foram analisadas matrizes de água subterrânea fortificada com hormônios (17 b estradiol, estrona e 17 b etinilestradiol) e a determinação analítica foi feita por HPLC/Fluorescência. Um planejamento fatorial completo foi utilizado. Os fatores escolhidos incluíram: condicionamento da fase sólida, concentração dos analitos, volume da amostra e solvente de eluição. As melhores condições obtidas foram: 500 mL da amostra, condicionamento da fase sólida (C18) com acetona (4mL), metanol (6 mL) e água pH 3(10 mL), e eluição dos analitos com 4 mL de acetona.

Validação de método analítico para análise de amitraz em mel utilizando GC/TSD

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Otimização e validação de uma metodologia analítica para determinação de 1-hidroxipireno em urina de cortadores de cana-de-açúcar

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)