Le développement du concept de chimie analytique « verte » représente l’une des préoccupations majeures du tout début du 21ème siècle ; elle a amené les différents acteurs du domaine à s’interroger sur le bien-fondé du développement de méthodes ayant un impact sur l’environnement et sur l’homme. Dans le domaine de l’analyse des lipides, les séparations par classe nécessitent de travailler sur une très large gamme de polarité, conséquence directe de la diversité des structures et des solubilités mises en jeu. La chromatographie en phase normale (NPLC) permet de réaliser l’élution des composés par ordre de polarité croissante. La mise en solution des classes lipidiques nécessite le recours à des mélanges de solvants incluant le chloroforme, le n-heptane, dichlorométhane. Les solvants organiques classiquement utilisés en NPLC, bien que performants, soulèvent aussi de nombreux problèmes liés à leur toxicité pour l'homme et l'environnement, leur volatilité, ou encore leur origine quand ils sont issus des hydrocarbures fossiles. Une des voies envisagée est la substitution de ces solvants par des solvants alternatifs, tels ceux proposés par les différents acteurs de la chimie verte. L'intérêt suscité par ces solvants est prometteur en termes de réduction de l'utilisation de solvants avec un impact significatif sur l'environnement. Les propriétés de la chromatographie en phase dioxyde de carbone supercritique sont semblables à la NPLC et offrent également une alternative verte à cette méthode. Ce travail a mis en évidence que des méthodes de séparation pourraient être développées avec des solvants alternatifs au n-heptane, au méthanol et au chloroforme. Leur utilisation est compatible avec la chromatographie liquide et la chromatographie supercritique et offre une meilleure sélectivité en termes de séparation des classes de lipides. La compatibilité de solvants alternatifs avec ELSD et la spectrométrie de masse a également été évaluée, ce qui a montré que l'absence de pureté suffisante pourrait être un problème. Cependant, ce problème a également été observé avec l'utilisation de solvants commerciaux, qui présentaient des impuretés telles que des acides gras, des polymères et des antioxydants. / Green analytical chemistry development represents one of the main issues of the 21th century. Many investigators in analytical chemistry are actually involved in the development of well-established analytical methods that prevent irreversible damage to humans and environment. In the domain of lipid analysis, structural diversity as well as difference in solubility of these compounds is leading to work with a very large polarity range to separate lipids by classes. The normal-phase liquid chromatography (NPLC) allows realising the elution of compounds in order of increasing polarity. The solubilisation of lipid classes requires the use of a mixture of several solvents, among them chloroform, n-heptane, dichloromethane. Moreover, organic solvents traditionally used in NPLC, although well performing are raising different problems due to their original source, i.e. fossil hydrocarbons, volatility and toxicity for humans and environment. One of the ways to avoid such solvents is the substitution with alternative solvents, as proposed by various players in green chemistry. The interest raised by these solvents, is promising in terms of reduction of solvent use with a significant environmental impact. The properties of supercritical fluid chromatography using CO₂ are similar to NPLC and also offer a green alternative to this method. This work has highlighted that separation methods could be developed with alternative solvents to n-heptane, methanol and chloroform. Their use is compatible with liquid and supercritical chromatography and offer better selectivity in terms of separation of lipid classes. The compatibility of alternative solvents with ELSD and mass spectrometry was also evaluated, which showed that the unavailability of sufficient purity could be an issue. However, this problem was also observed with the use of commercial solvents, which presented impurities such as fatty acids, polymers and antioxidants.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'objectif du mémoire était de contribuer à l'élaboration d'une méthode d'identification des stéroïdes C18 et C19 de type androstane et estrane. Dans un projet futur, cette méthode pourrait servir lors d'analyse pharmacocinétique chez le singe Cynomolgus. Ainsi, on a prétraité à 60°C un mélange (1:1) plasma:tampon phosphate 0.2M /10% MeOH à pH 7.5. Puis, avec une cartouche C18, on a extrait les stéroïdes. Enfin, on les a analysé par HPLC avec une colonne C18 et une phase mobile de MeOH:H20:MeCN (47:38:15). Ainsi, la nouvelle méthode d'extraction a donné des taux de récupération élevés et les manipulations requises sont plus simples et plus rapides que les méthodes courantes (Ex.: EtOH, urée). Quant à l'analyse par HPLC, elle a permis d'identifier les stéroïdes étudiés. Au contraire des protocoles HPLC sur Ci8 publiés, dont le pouvoir de séparation est limité. Finalement, en raison de ces très bons résultats, l'objectif est considéré comme atteint.

Titre de l'écran-titre (visionné le 15 mai 2023) / Les nanotechnologies ont joué un rôle essentiel dans le développement réussi des vaccins COVID-19 produits par BioNTech, Pfizer et Moderna. Elles ont rendues possible l'utilisation de nanomédicaments pour le traitement et la prophylaxie de maladies, qui ont à leur tour conduit au développement de différents excipients aux fonctions spécialisées. Par exemple, les lipides cationiques utilisés dans le vaccin COVID-19 aident à former des nanocomplexes avec l'actif, c'est-à-dire l'ARNm, et facilitent l'échappement endosomal. Le développement de nouveaux nanomédicaments contenant des excipients novateurs justifie l'utilisation de techniques analytiques permettant de caractériser leurs propriétés physicochimiques et leur stabilité, qui ont ultimement un impact sur les performances in vivo. Idéalement, les composantes des nanomédicaments doivent être dégradés et éliminés par l'organisme après avoir exercé leur action pharmacologique prévue. Dans cette thèse de doctorat, nous avons développé une technique qui combine le radiomarquage des polymères et la chromatographie d'exclusion stérique de polymères radioactifs, nommée SERP (pour « Size Exclusion of Radioactive Polymers », en anglais). Cette méthode inédite permet de suivre la biodisposition et d'estimer la dégradation des nanoparticules polymères in vitro et in vivo. Le triméthyl chitosane (TMC), un biopolymère, a été choisi comme modèle pour préparer des nanoparticules. Dans un premier temps, nous avons démontré l'utilité de cette méthode pour suivre la dégradation des nanoparticules de TMC in vitro en présence d'acide, d'enzymes et de cellules. Nous avons ensuite évalué le devenir à long terme des nanoparticules in vivo après administration intraveineuse chez les animaux. La SERP a été utilisée pour évaluer la dégradation des nanoparticules de TMC dans des échantillons biologiques complexes comme les tissus, l'urine et les fèces. Nous avons également vérifié la polyvalence de la méthode SERP pour contrôler la stabilité in vitro et la corrélation avec la pharmacocinétique in vivo d'un système de nanoparticules polymères synthétiques composé de poly(acide lactique-co-acide glycolique) et de poly(éthylène glycol) (PLGA-PEG). La sensibilité de la SERP a été comparée à la technique de diffusion dynamique de la lumière pour détecter la dégradation in vitro. Nous avons été capables de mesurer les différences dans la cinétique de dégradation de deux formulations différentes marquées avec la même molécule radioactive. Nous avons établi ensuite une corrélation entre la dégradation in vitro observée via SERP et la pharmacocinétique in vivo. Enfin, nous croyons que cette méthode aidera à suivre la biodisposition, à informer sur la biodégradation in vivo et à évaluer la stabilité d'une variété de matériaux utilisés dans la préparation de nanomédicaments. La SERP nous fournira plus d'informations sur les interactions des nanoparticules avec les organismes vivants et facilitera le développement de nanomédicaments plus sûrs et plus efficaces. / Nanotechnology has been a vital impetus in the successful development of the COVID-19 vaccines produced by BioNTech, Pfizer and Moderna. This has furthermore popularized the use of nanomedicines for therapy and prophylaxis. The use of nanomedicines to design advanced therapies has led to the development of different excipients with specialized functions. For example, the cationic lipids used in the COVID-19 vaccine help in forming nanocomplexes with the active i.e. mRNA and also aiding endosomal escape. The development of new nanomedicines with first in use excipients warrants for analytical techniques that can characterize their physicochemical properties and stability which ultimately impact the in vivo performance. Ideally the components of nanomedicines must be biodegraded and eliminated after eliciting their intended pharmacological action. In this doctoral thesis we have developed a technique that combines radiolabelling polymers and chromatography called "size exclusion of radioactive polymers (SERP)" to track the biodisposition and estimate degradation of polymeric nanoparticles in vitro and in vivo. A biopolymer : Trimethyl chitosan (TMC) was selected as a model for preparing the nanoparticles. Firstly, we demonstrated the utility of this method in tracking in vitro degradation in presence of acid, enzymes and cells of TMC nanoparticles. We then evaluated the long term fate of the nanoparticles in vivo after intravenous administration using animal models. SERP was used to evaluate degradation of TMC nanoparticles in complex biological samples like tissue, urine and feces. We also check the versatility of SERP method for monitoring in vitro stability and corelating to in vivo pharmacokinetics of a synthetic polymeric nanoparticle system composed of poly (lactic acid-co-glycolic acid) and poly(ethylene glycol) (PLGA-PEG). The sensitivity of SERP was compared to dynamic light scattering technique for detecting in vitro degradation. We are able to measure differences in the degradation kinetics of two different formulations using the same radioactive tracer molecule. We then correlate the in vitro degradation observed via SERP with that of the in vivo pharmacokinetics. We believe this methodology will help to track biodisposition, inform on in vivo bioegradation and evaluate the stability of a variety of materials used in the preparation of nanomedicines. SERP will provide us more information about the interactions of nanoparticles with living organisms and facilitate the development of safer and more efficient nanomedicines.

Les actinides sont les éléments du tableau périodique compris entre l'actinium et le lawrencium. Tous ces éléments sont radioactifs et peuvent constituer un risque pour la santé d'où l'importance d'en faire la mesure. Leur détermination est cependant ardue, car ces éléments ne sont trouvés dans l'environnement qu'à l'état d'ultra-traces et que leur mesure ne peut se faire que par des instruments hautement sensibles tels que le spectromètre alpha ou 1TCP-MS. Or, ces instruments sont susceptibles à de nombreuses interférences et pour les lever, il est nécessaire de séparer les actinides en fractions distinctes. À cette fin, on utilise principalement la chromatographie d'extraction. Pour que cette technique puisse être efficace, il est nécessaire d'ajuster préalablement les états d'oxydation des actinides, ce qui est complexe dû aux nombreux états d'oxydation que peuvent avoir les actinides en solution de façon simultanée. Dans un premier temps, un rappel des notions concernant les propriétés nucléaires et chimiques des actinides a été fait. Les méthodologies permettant leurs mesures ont été expliquées ainsi que les procédés pour en faire la séparation. Les états d'oxydation de neptunium et plutonium ont d'abord été étudiés pour permettre une meilleure séparation des actinides. Fondée sur ces résultats, une méthode de séparation multidimensionnelle des actinides dans des échantillons environnementaux a été développée. Un aspect important de cette séparation a ensuite été amélioré par la réduction sélective de Np(IV) en Np(III) sur la résine TEVA avec chrome(II). Finalement, la méthode proposée a été automatisée en utilisant un système d'injection pressurisé basé sur un modèle mathématique, ce qui a permis de réduire le nombre d'étapes et la possibilité d'erreurs. L'emploi de cette méthode permettrait de diminuer la contamination des travailleurs à de hauts niveaux de radioactivité.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Darmstadt.

Les catécholamines et les indolamines font partie de la famille des neurotransmetteurs. Un déséquilibre dans leur concentration peut être associé à différentes maladies telles les maladies de Parkinson et Alzheimer, la dépression ou la schizophrénie. C’est pourquoi le développement de méthodes de dosage spécifiques et très sensibles du fait de leurs très faibles teneurs dans les fluides biologiques est nécessaire. Dans un premier temps nous avons développé une méthode chromatographique en appariement d’ions (IP-LC) utilisant des colonnes C18 de nouvelle génération (monolithique et « fused core ») et l’acide nonafluoropentanoïque, comme agent d’appariement d’ions volatil. Cette méthode est compatible avec une détection SM en mode d’ionisation positive. Dans un deuxième temps, différents systèmes en mode HILIC ont été évalués. Le choix raisonné de la phase stationnaire offrant la meilleure séparation du mélange de catécholamines a pu être réalisé après avoir testé l’influence sur la séparation des différents groupements fonctionnels disponibles : groupement soit neutre (greffage diol, amide, ou cyano), soit positivement chargé (greffage amino ou triazole) soit négativement chargé (silice vierge avec particules totalement poreuses ou partiellement poreuses « fused core ») ou zwitterionique (greffage sulfobetaïne). La méthode HILIC présente l’avantage d’être compatible aussi bien avec une détection SM en mode d’ionisation positive que négative. Les deux méthodes (IP-LC et HILIC) ont été comparées en termes de résolution, efficacité et limites de détection (LOD), linéarité et répétabilité. Les LODs obtenues sont comprises entre 1 et 100 ng.mL-1. Pour pouvoir doser des teneurs plus faibles, une méthode de pré-concentration de l’échantillon a été développée en associant 2 supports différents (Oasis HLB et PGC). La méthode optimisée SPE-CPL-MS/MS a été enfin appliquée à un extrait de cerveau de mouton. / As neurotransmitters, catecholamines play an important role in the control and regulation of numerous brain functions. They are also believed to be implicated in different neurodegenerative disorders. First an ion pairing chromatography method using nonafluoropentanoic acid as volatile ion paring agent was developed on the new generation of C18 columns (monolith and fused core). This method is compatible with MS detection in positive ionization mode. Secondly an HILIC method was optimized using different commercially available HILIC supports, they can be classified as follows: neutral (diol, amide, and cyano bounded), positively charged (amino, triazole bounded), negatively charged (bare silica as wholly porous particles or fused core particles columns) and zwitterionic (sulfobetaine bounded). Our studies lead us to a better understanding of the HILIC retention mechanism and also to the selection of the most appropriated column for catecholamine analysis. Only the HILIC system was compatible with both positive and negative ionization modes. The two chromatographic systems were then compared in terms of resolution, efficiency, detection and quantification limits (LOD/LOQ), calibration linearity and repeatability. The LODs obtained were in the range of 1-100 ng.mL-1. A simple pre-concentration method using Oasis HLB and PGC solid phase extraction cartridges has been optimized in order to enhance the LODs. Finally the optimized SPE-LC-MS/MS method has been applied to the identification of these compounds present in brain extracts.

La chromatographie membranaire est une alternative à la chromatographie classique sur résine basée sur le transport convectif des solutés à travers une membrane microporeuse plutôt que par le transport diffusif des solutés dans les particules de résines. Cette technique présente les avantages de diminuer les phénomènes de diffusion, de réduire les temps de séjour et les pertes de charge, et de permettre la purification rapide de quantités importantes de molécules. La chromatographie membranaire connaît un fort succès commercial. Une gamme importante de membranes chromatographiques mettant en jeu différents mécanismes de rétention (échange d’ions, affinité, etc.) et différentes géométries (feuille, spirale, etc.) est actuellement commercialisée. Malgré ce succès, différents aspects relatifs à la chromatographie membranaire restent mal connus. Cette thèse de doctorat se propose de répondre à certaines questions relatives à cette technique / Membrane chromatography (MC) is an alternative to traditional resin packed columns chromatography. The solute mass transport in the membrane occurs in convective through-pores rather than in stagnant fluid inside the pores of the resins particles, which is limited by the slow diffusive transport. MC offers the main advantage of reducing diffusion phenomena, shorter residence time and lowered pressures drops, and thus, facilitates rapid purification of large quantities of molecules. A wide range of chromatographic membranes involving different molecules retention mechanisms (ion exchange, affinity, etc...) is now commercialized. Despite their success, the influence of the geometry of the membrane chromatography devices remains relatively unexplored from a theoretical point of view. This doctoral thesis is aimed to clarify some ambiguous points related to this technique

La conversion de la biomasse lignocellulosique en biocarburants et molécules biosourcées produit des matrices liquides complexes thermosensibles qui couvrent une large gamme de polarités et de masses moléculaires. Les outils analytiques développés dans la littérature donnent une description partielle de ces matrices oxygénées. Pour en comprendre la réactivité et mieux guider le développement des procédés de conversion, une meilleure caractérisation est nécessaire. L’objectif de cette thèse est de démontrer l’apport d’une dimension de fractionnement pertinente en amont de techniques séparatives pour accéder à la caractérisation à l’échelle moléculaire d’échantillons ex-biomasse. Une déformulation complète et structurée par familles chimiques est visée, sans perte ni modification des composés. Deux voies de fractionnement ont été investiguées : (1) fractionnement par solubilité à l’aide de l’extraction liquide-liquide (LLE) et de la chromatographie de partage centrifuge (CPC) et (2) fractionnement par taille avec la chromatographie d’exclusion stérique (SEC). Ces techniques se veulent complémentaires à une analyse par chromatographie liquide à polarité de phase inversée avec détection par spectroscopie ultraviolet-visible et spectrométrie de masse haute résolution (RPLC-UV/HRMS). Des méthodes de fractionnement LLE, CPC et SEC ont été développées sur molécules modèles afin d’identifier les mécanismes et la sélectivité chimique mis en jeu. Des cartographies 2D inédites ont ainsi été obtenues, assurant un gain important en pouvoir résolutif et une structuration nouvelle des chromatogrammes en comparaison à l’approche RPLC-UV/HRMS. Dans un second temps, le potentiel des couplages SECxRPLC-UV/HRMS et CPCxRPLC-UV/HRMS pour la description de matrices complexes a été illustré via l’étude de deux échantillons issus d’expérimentations en unités pilotes et de compositions chimiques très différentes, représentant deux voies possibles de transformation (biochimique et thermochimique) de biomasse lignocellulosique. La complémentarité entre les approches de séparation mises au point a ainsi permis de doubler le nombre de pics détectés tout en bénéficiant de l’organisation chimique des composés. Cette aide précieuse à l’identification a été renforcée par les informations structurales délivrées via les différents modes de détection, en particulier l’HRMS. La compréhension de la structuration des cartographies 2D a été présentée et discutée afin de proposer la stratégie la plus adaptée pour déformuler complètement un échantillon en s’appuyant sur la mesure de descripteurs pertinents. Enfin, l’une des approches développée dans cette thèse a été mise en œuvre pour l’isolement sélectif et l’élucidation structurale de molécules clefs au sein d’une matrice complexe à l’aide d’expériences en fragmentation MS et spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) / The conversion of lignocellulosic biomass into biofuels and biosourced molecules produces complex thermosensitive liquid matrices which cover a wide range of polarity and molecular weight. Analytical tools developed in the literature only give a partial description of these oxygenated matrices. To understand the reactivity of these samples and optimize the development of conversion processes, a better characterization is required. The objective of this thesis is to demonstrate the interest of a relevant fractionation step prior to separation techniques to help the molecular characterization of biomass samples. The reverse engineering proposed for the sample is desired complete and chemically controlled (without loss or sample modification). Two fractionation pathways were investigated: (1) solubility fractionation with liquid-liquid extraction (LLE) and centrifugal partition chromatography (CPC) and (2) size fractionation with size exclusion chromatography (SEC). These techniques intend to be complementary to reversed-phase liquid chromatography hyphenated to ultraviolet-visible spectroscopy detection and high resolution mass spectrometry (RPLC-UV/HRMS). LLE, CPC and SEC methods were developed on model molecules to understand mechanisms involved and control the chemical selectivity. 2D contour plots were obtained, improving the resolving power and structuring chromatograms in comparison with RPLC-UV/HRMS. Then, SECxRPLC-UV/MS and CPCxRPLC-UV/MS hyphenations were applied to describe two complex samples from different substrates produced on experimental pilot units from two possible conversion pathways of lignocellulosic biomass (biochemical and thermochemical). The complementarity of separation modes allows to double the number of peaks detected, benefiting from the chemical organization of compounds. This constitute a support to identification also enhanced by multi-detection which provide additional structural information on compound detected, especially HRMS. Chemical organization in 2D contour plots were presented and discussed to propose the most adapted strategy to fully fractionate a sample based on the measurement of relevant descriptors. Finally, one of the fractionation approach developed in this thesis was used to isolate and structurally elucidate key molecules of a complex sample through MS fragmentation experiments and nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR)

Résumé confidentiel / Résumé confidentiel