L'objectif de ce travail est de comprendre les effets d'un changement de composition des modèles fromagers sur la mobilité, la libération et la perception de molécules de la flaveur (sel, composés d'arôme). Six modèles fromagers aromatisés ont été formulés (3 ratios lipides/protéines (L/P) et 2 teneurs en sel). La microstructure et les propriétés rhéologiques des modèles fromagers ont été caractérisées respectivement par microscopie confocale et par compression uniaxiale. La mobilité des ions sodium a été analysée par RMN 23Na. La cinétique de libération des ions sodium a été suivie dans l'eau, puis dans la salive, en situation de consommation. La libération rétronasale des composés d'arôme a été suivie par nose-space APCI-MS, simultanément au suivi des déglutitions, et de la mastication par électromyographie. Enfin, les propriétés sensorielles des modèles fromagers (intensité salée, arôme, texture) ont été étudiées.Une diminution du ratio L/P et une diminution de la teneur en sel diminuent la taille des gouttelettes lipidiques et augmentent la fermeté. Cela conduit à une diminution de la mobilité des ions sodium, qui se traduit par une diminution de la quantité de sodium libéré dans la salive et une diminution de la perception salée. De plus, le maximum de libération d'arôme est atteint plus tard et la perception aromatique est diminuée. Ces effets peuvent être expliqués par la répartition lipides/protéines observée en microscopie, par une déglutition plus tardive et une plus grande activité masticatoire

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. / Within the context of the worldwide increasing frequency of cyanobacterial (CB) blooms, some containing cyanotoxins (CT), the development of a detection/quantification method for the fast analysis a maximum of CT is necessary. This method would allow daily tracking of the toxicity of CB-contaminated water such that, as warranted, appropriate measures can be taken quickly to protect public health. A new technology using laser diode thermal desorption (LDTD) coupled to atmospheric pressure chemical ionization (APCI)-tandem mass spectrometry (MS/MS) has shown great potential to reduce analysis time to seconds. Analytes are desorbed by the LDTD, ionized in gas-phase by APCI and detected by MS/MS. Therefore, there is no chromatographic separation and sample treatment prior to analysis is minimal, depending on the complexity of the sample matrix. Among the four CT tested (microcystin-LR, cylindrospermopsin, saxitoxin and anatoxin-a (ANA-a)), only ANA-a exhibited sufficient desorption which is necessary to develop an analytical method with the LDTD-APCI interface. The strong polarity or high molecular weight of the other CT probably inhibited their efficient desorption. Optimization of instrumental parameters, while accounting for the isobaric interference caused by the acid amino phenylalanine (PHE) in the detection of ANA-a by MS/MS, generated a detection limit of the order of 1 ug/L ANA-a. This value was obtained in a simulated natural matrix, demonstrating that it would be possible to use LDTD to monitor ANA-a in natural waters within the range of current applicable environmental guidelines (1 to 12 ug/L). Because PHE desorption is limited with the LDTD-APCI interface, this method avoids its interference on ANA-a analysis, even at PHE concentrations as high as 500 ug/L.

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. / Within the context of the worldwide increasing frequency of cyanobacterial (CB) blooms, some containing cyanotoxins (CT), the development of a detection/quantification method for the fast analysis a maximum of CT is necessary. This method would allow daily tracking of the toxicity of CB-contaminated water such that, as warranted, appropriate measures can be taken quickly to protect public health. A new technology using laser diode thermal desorption (LDTD) coupled to atmospheric pressure chemical ionization (APCI)-tandem mass spectrometry (MS/MS) has shown great potential to reduce analysis time to seconds. Analytes are desorbed by the LDTD, ionized in gas-phase by APCI and detected by MS/MS. Therefore, there is no chromatographic separation and sample treatment prior to analysis is minimal, depending on the complexity of the sample matrix. Among the four CT tested (microcystin-LR, cylindrospermopsin, saxitoxin and anatoxin-a (ANA-a)), only ANA-a exhibited sufficient desorption which is necessary to develop an analytical method with the LDTD-APCI interface. The strong polarity or high molecular weight of the other CT probably inhibited their efficient desorption. Optimization of instrumental parameters, while accounting for the isobaric interference caused by the acid amino phenylalanine (PHE) in the detection of ANA-a by MS/MS, generated a detection limit of the order of 1 ug/L ANA-a. This value was obtained in a simulated natural matrix, demonstrating that it would be possible to use LDTD to monitor ANA-a in natural waters within the range of current applicable environmental guidelines (1 to 12 ug/L). Because PHE desorption is limited with the LDTD-APCI interface, this method avoids its interference on ANA-a analysis, even at PHE concentrations as high as 500 ug/L.

The recent developments and improvements of instrumental methods for the analyses of the environmental contaminants, especially the persistent organic pollutants (POPs), have made it possible to detect and quantify these at very low concentrations in environmental and biotic matrices. The main objective of this thesis is to demonstrate the capability of the atmospheric pressure chemical ionization technique (APCI), using gas chromatography coupled to tandem mass spectrometry for the determination of a wide range of environmental contaminants, including the POPs regulated by Stockholm Convention, such as polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs), polychlorinated biphenyls (PCBs), polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), but also the derivates of PBDEs and novel brominated flame retardants (NBFRs). The APCI was operated in charge transfer condition, preferably producing molecular ions. Multiple reaction monitoring (MRM) experiments were optimized by adjusting cone voltage, collision energy and dwell time. Optimization of source parameters, such as gas flows and temperatures was also performed. Low concentration standards were analyzed, achieving a visible chromatographic peak for 2 fg 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) demonstrating the excellent sensitivity of the system. Adequate linearity and repeatability were observed for all the studied compounds. The performance of APCI methods was validated against the conventional methods using gas chromatography coupled to high resolution mass spectrometry for chlorinated compounds in a wide range of matrices including environmental, air, human and food matrices. The GC-APCI-MS/MS method was successfully applied to a set of 75 human serum samples to study the circulating levels of POPs in epidemiologic studies. Moreover the method was utilized to establish temporal trends of POPs in osprey eggs samples collected during the past five decades.

Mass spectrometry (MS) has become a widely used technique for the characterization of a wide range of substances in diverse fields. The selection of appropriate ionization techniques, source parameters, charge carriers based on the analyte’s polarity is essential in MS as only the ions are detected. When using a soft ionization technique, single stage-MS at best provides only chemical composition; thus, tandem MS is needed to determine structural information and dissociation pathways. This dissertation focuses on the characterization of various small molecules and ions using different ionization techniques, charge carriers, and collision-induced dissociation (CID). In Chapter II, commercially available ionic liquid (IL) cations, specifically imidazolium-based IL cations with different side-chain chemistries, were characterized by CID-MS. The imidazolium-based IL cations have diverse dissociations pathways depending on the nature of the side chain (aliphatic or aromatic) or the functional groups (allyl, vinyl, alcohol, methoxy, nitro) present on the side chain. Additionally, it was observed that some IL cations undergo thermal degradation under normal operating temperatures of electrospray ~275 °C. A variety of experimental and complementary computational chemistry results are presented. In Chapter III, cis-3-hydroxyproline (c3hPro) and cis-4-hydroxyproline (c4hPro) isomers were differentiated upon lithiation using CID-MS. The CID-MS of [c4hPro+Li]+ produces three primary fragmentation pathways, namely the neutral losses of H2O, CO, and CO2; whereas CID-MS of [c3hPro+Li]+ produces only loss of CO2 in this same region. These observations may have analytical utility, and in this work, the experimental observations were explored with thermodynamic and transition state calculations to better understand the processes. In Chapter IV, the accurate mass of synthetic monomers including PAH perfluorocycloalkene monomers and their precursors were measured and reported with a publication-quality mass accuracy using atmospheric pressure chemical ionization (APCI)-MS. Additionally, the effect of solution flow rate, ionization mode, source parameters (such as vaporization temperature, dry gas temperature and dry gas flow rate, nebulizer gas pressure), acidification, and different solvent systems on APCI-MS signal intensity were studied.

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Inborn errors of metabolism (IEM) cause significant morbidity and mortality when left untreated. Urine organic acid (UOA) analysis is often a first-line investigation when an IEM is suspected. UOAs are usually qualitatively analyzed via the current gold standard, GC-EI-MS (Gas Chromatography-Electron Impact-Mass Spectroscopy). The Agilent 7890 GC in tandem with the Waters’ Xevo TQ-S MS contains an easily interchangeable LC-ESI (liquid chromatography-electrospray Ionization) and GC-APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) instrument set-up, while maintaining accuracy and sensitivity in both LC and GC applications. Utilizing this novel GC-APCI instrument, this project aims to develop and validate a new UOA method for clinical use. Furthermore, utilizing the machine’s MRM mode would increase sensitivities thus allowing for hopefully quantitative analysis. Chemical standards and patient urine samples were extracted via a liquid-liquid ether extraction and derivatized with BSTFA for proper GC elution. Results were compared on the current gold standard GC-EI-MS instrument and the new GC-APCI-MS instrument. Initial instrument suitability and method setup was then optimized. Source moisture levels were modified to explore the wet proton transfer and the dry charge transfer mechanism using [M+H]+ and [M+*]+ ion peak ratios, respectively. Elution times and APCI ion mass spectra profiles of UOA metabolites of interest were identified from full scan mode in preparation for MRM mode analysis. Exploration into the wet and dry mode settings of the APCI source determined that the former induced via methanol had greater peak areas and signal-to-noise ratios. Suitable MRMs were determined for clinically relevant organic acids from which a quantitative assay was developed for methyl malonic acid and several other compounds. The Waters’ Xevo TQ-S micro with Agilent 7890 GC demonstrated promising GC-APCI-MS detection of urine organic acids. With clear avenues for future work, the APCI technique hints at great benefits for biochemical genetic laboratories. / Thesis / Master of Science (MSc) / Inborn errors of metabolism (IEM) are a class of genetic diseases that when left untreated, cause reduced quality of life and sometimes death in newborns. Urine organic acid (UOA) analysis is used for detection using an instrument called GC-EI-MS (Gas Chromatography Electron Impact Mass Spectroscopy). This project explores how a new instrument, the Agilent 7890 GC and the Waters’ Xevo TQ-S MS, can detect these genetic diseases using a technique called APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) while still being accurate and sensitive. UOAs are isolated from urine and run through the new machine. When compared to the currently used technique, results were promising but further optimization is needed. Using the new machine, various UOA compounds that were elevated and/or decreased in newborns with genetics diseases were identified and quantified. With clear avenues for future work, the APCI technique can greatly improve newborn diagnosis of IEMs.

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. / It is known that benzene, toluene, ethylbenzene and xylene isomers, volatile organic compounds (VOCs) commonly called BTEX, have toxic health effects on humans and plants depending on duration and levels of exposure. Benzene in particular is classified carcinogenic, and exposure to benzene at concentrations above 64 g/m3 can be fatal within 5–10 minutes. Therefore, real-time monitoring of BTEX in ambient air is essential for the early warning detection associated with their release and in estimating the potential exposure risks to living beings and the environment. In this thesis, a real-time analysis method for BTEX in ambient air was developed and validated. The method is based on the direct-air sampling technique coupled with tandem mass spectrometry using atmospheric pressure chemical ionization (direct APCI-MS/MS). Validation of the method has shown that it is sensitive (limit of detection LOD 1–2 μg/m3), precise (relative standard deviation RSD < 10%), accurate (accuracy > 95%) and selective. Ambient air samples from an industrial waste landfill site and various automobile repair shops were analyzed by the developed method. Comparison of results with those obtained by online gas chromatography coupled with a flame ionization detector (GC-FID) technique exhibited similar results. The capacity of the method for the fast evaluation of potential risks associated with an exposure to BTEX has been demonstrated through a field study with health risk assessment for workers at three automobile repair shops and through experiments under simulated atmospheres. Concentrations measured in the ambient air of the garages were in the ranges of 8.9–25 µg/m3 for benzene, 119–1156 µg/m3 for toluene, 9–70 µg/m3 for ethylbenzene, and 45–347 µg/m3 for xylenes. A total environmental daily dose of 1.46 10-3–2.52 10-3 mg/kg/day was determined for benzene. The estimated cancer risk due to the total environmental exposure to benzene was between 1.1 10-5 and 1.8 10-5 for the workers studied. A novel APCI-MS/MS method was also developed and validated for the direct analysis of octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and decamethylcyclopentasiloxane (D5) in air and biogases. D4 and D5 are cyclic volatile siloxanes widely used in industrial processes and consumer products as replacement solvents for the tropospheric ozone forming VOCs, such as BTEX. Their ubiquitous presence in ambient air samples, due to the growing consumption, raises the need for toxicity studies which require qualitative and quantitative trace analysis of these compounds. Furthermore, the presence of trace amounts of these substances in a biogas hampers its use as a source of renewable energy by causing expensive damages to the equipment. Thus, siloxane analysis of the biogas is essential in determining if purification is needed before the use for energy production. The method developed in this study for these aims has good sensitivity (LOD 4–6 μg/m3), good precision (RSD < 10%), good accuracy (> 93%) and high selectivity. It was also shown that by using this method with hexamethyl-d18-disiloxane as an internal standard, detection and quantification of D4 and D5 in real biogas samples can be done with a better sensitivity (LOD ~ 2 μg/m3), high precision (RSD < 5%), and high accuracy (> 97%). Various biogas samples collected from the landfill site of the Complexe Environnemental de Saint-Michel in Montreal have been successfully analyzed by this new method. Concentrations measured were in the ranges of 131–1275 µg/m3 for D4 and 250–6226 µg/m3 for D5. These results represent the first primary-literature-reported data on siloxanes D4 and D5 contents of landfill-derived biogases as a function of the refuse age.

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. / It is known that benzene, toluene, ethylbenzene and xylene isomers, volatile organic compounds (VOCs) commonly called BTEX, have toxic health effects on humans and plants depending on duration and levels of exposure. Benzene in particular is classified carcinogenic, and exposure to benzene at concentrations above 64 g/m3 can be fatal within 5–10 minutes. Therefore, real-time monitoring of BTEX in ambient air is essential for the early warning detection associated with their release and in estimating the potential exposure risks to living beings and the environment. In this thesis, a real-time analysis method for BTEX in ambient air was developed and validated. The method is based on the direct-air sampling technique coupled with tandem mass spectrometry using atmospheric pressure chemical ionization (direct APCI-MS/MS). Validation of the method has shown that it is sensitive (limit of detection LOD 1–2 μg/m3), precise (relative standard deviation RSD < 10%), accurate (accuracy > 95%) and selective. Ambient air samples from an industrial waste landfill site and various automobile repair shops were analyzed by the developed method. Comparison of results with those obtained by online gas chromatography coupled with a flame ionization detector (GC-FID) technique exhibited similar results. The capacity of the method for the fast evaluation of potential risks associated with an exposure to BTEX has been demonstrated through a field study with health risk assessment for workers at three automobile repair shops and through experiments under simulated atmospheres. Concentrations measured in the ambient air of the garages were in the ranges of 8.9–25 µg/m3 for benzene, 119–1156 µg/m3 for toluene, 9–70 µg/m3 for ethylbenzene, and 45–347 µg/m3 for xylenes. A total environmental daily dose of 1.46 10-3–2.52 10-3 mg/kg/day was determined for benzene. The estimated cancer risk due to the total environmental exposure to benzene was between 1.1 10-5 and 1.8 10-5 for the workers studied. A novel APCI-MS/MS method was also developed and validated for the direct analysis of octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and decamethylcyclopentasiloxane (D5) in air and biogases. D4 and D5 are cyclic volatile siloxanes widely used in industrial processes and consumer products as replacement solvents for the tropospheric ozone forming VOCs, such as BTEX. Their ubiquitous presence in ambient air samples, due to the growing consumption, raises the need for toxicity studies which require qualitative and quantitative trace analysis of these compounds. Furthermore, the presence of trace amounts of these substances in a biogas hampers its use as a source of renewable energy by causing expensive damages to the equipment. Thus, siloxane analysis of the biogas is essential in determining if purification is needed before the use for energy production. The method developed in this study for these aims has good sensitivity (LOD 4–6 μg/m3), good precision (RSD < 10%), good accuracy (> 93%) and high selectivity. It was also shown that by using this method with hexamethyl-d18-disiloxane as an internal standard, detection and quantification of D4 and D5 in real biogas samples can be done with a better sensitivity (LOD ~ 2 μg/m3), high precision (RSD < 5%), and high accuracy (> 97%). Various biogas samples collected from the landfill site of the Complexe Environnemental de Saint-Michel in Montreal have been successfully analyzed by this new method. Concentrations measured were in the ranges of 131–1275 µg/m3 for D4 and 250–6226 µg/m3 for D5. These results represent the first primary-literature-reported data on siloxanes D4 and D5 contents of landfill-derived biogases as a function of the refuse age.

À l’heure où l’intégration des enjeux environnementaux dans le développement de procédés éco-efficients joue un rôle essentiel dans le moteur de l’innovation responsable, la chimie verte est devenue l’un des sujets de préoccupation majeure. Ainsi, le développement de nouveaux procédés éco-respectueux pour la production d’ingrédients naturels issus de matières premières végétales renouvelables est devenu une démarche incontournable dans le modèle de recherche. L’objectif de cette thèse a consisté au développement d’une stratégie d’éco-valorisation innovante employant les fluides sub/supercritiques pour l’extraction, la caractérisation, la production et l’imprégnation sur support cosmétique de produits naturels d’origine végétale. Pour cela, nous avons utilisé comme modèle végétal : les graines oléagineuses de la plante Kniphofia uvaria, sélectionnée pour des applications cosmétiques grâce à ses propriétés bioactives antioxydantes et anti-âge. Dans un premier temps, le développement de méthodes complémentaires en SFC ainsi que le développement du couplage SFC-MS a été réalisé à l’aide de la source APCI afin d’identifier les molécules responsables des activités bioactives des graines de Kniphofia uvaria. Ainsi, le développement d’un système hybride (U)HPLC/SFC-HRMS a été réalisé afin de mettre en place ce couplage. Des optimisations en termes de proportion et nature de solvant make-up ainsi qu’un travail au niveau des paramètres SFC et MS ont été faits afin de d’améliorer la sensibilité et la spécificité des analyses lipidiques. Dans un second temps, nous nous sommes attachés au développement d’une stratégie d’enrichissement en composés bioactifs à l’aide des méthodes : SFE et CPC. Ainsi, en SFE, des optimisations en termes de température, pression, nature/proportions de co-solvant dans le fluide ont été réalisées alors qu’en CPC, des optimisations au niveau de l’injection ont été faites. Des conditions optimales pour le fractionnement sélectif des anthraquinones et des triglycérides ont été déterminées en SFE et CPC. Dans un dernier temps, ce travail a consisté à développer un couplage en-ligne pour extraire et imprégner sélectivement sur silice cosmétique : les anthraquinones. Le développement et l’optimisation de ce procédé en-ligne ont été réalisés à l’échelle du laboratoire et ont démontré la faisabilité de ce couplage ainsi qu’un intérêt certain pour l’obtention de produits naturels sous une première forme galénique, destinée à une future incorporation dans la formulation de cosmétiques. / Nowadays, green chemistry is a great challenge. It seeks innovation in the development of eco-efficient processes. The production of natural products from renewable materials by these new environmentally friendly processes is more and more used. The aim of this Ph.D thesis is to develop an eco-valuation strategy to extract, characterize, produce and impregnate natural products onto a cosmetic support using sub/supercritical fluids. Consequently, we used oleaginous plant seeds from Kniphofia uvaria as a plant model, which was selected for its interesting cosmetic properties such as antioxidant or anti-ageing. Firstly, the SFC-MS hyphenation with the APCI as an ionization source was developed to screen bioactive molecules; responsible of cosmetic properties. This coupling was performed by the hybrid combination of (U)HPLC/SFC-HRMS. Various optimizations in terms of the solvent make-up (nature and proportion), modulation with SFC and MS parameters were carried out in order to improve sensitivity and selectivity of lipid analysis. Secondly, an enrichment strategy to concentrate bioactive compounds in the final extract was developed by SFE and CPC. Thus, in SFE, experimental parameters (temperature, pressure, nature/proportion of the modifier in the CO2 fluid) were optimized while in CPC, the injection optimization was realized. Methods for the selective fractionation of anthraquinones and triglycerides were obtained in CPC and SFE. Finally, an on-line sub/supercritical extraction-impregnation process was developed to extract and for simultaneously impregnating anthraquinones onto a cosmetic silica. Development and optimization of this process was realized on a laboratory scale. Consequently, this study demonstrated the feasibility of this concept and it presents a great interest to provide natural products as a galenic form, which could be used in the cosmetic formulation.