Background: Biomonitoring of pesticides is an objective measure of short-term pesticide exposure as it measures possible exposure in the human body. Current evidence on the relationship between demographic, socio-economic and pesticide exposure risk factors and urinary levels of organophosphate (OP) pesticide metabolites among children is generally incomplete and conflicting in some cases. There is therefore a need for further research. Objectives: This study investigated the relationship between socio-economic, demographic and reported pesticide exposure related activities and characteristics in relation to urinary levels of three dialkyl phosphate (DAP) metabolites (diethyl phosphate (DEP), dimethyl phosphate (DMP) and dimethyl triphosphate (DMTP)) among boys living in the rural areas of the Western Cape, South Africa. Methods: This was an analysis of data collected during a cross- sectional study of 183 boys from three agricultural intense areas in the Western Cape of South Africa between April 2007 and March 2008. Measurements included a questionnaire on demographic, socio-economic and pesticide exposure risk factors and analysis of spot urine samples for DAP metabolites. Results: Most of the boys (70%) lived on farms with a median age of 12 years (range: 5.0 - 19.5 years). The median concentrations of DAP, DEP, DMP and DMTP were 68.3 ng/ml (IQR= 27.9; 129.5), 5.5 ng/ml, 32.6 ng/ml and 16.7 ng/ml, respectively. The sum of the three DAP levels wasinversely associated with age. Children older than 14 years had less DAP levels (β = -68.1; 95% CI: -136.8,0.6) than children 9 years and younger. DAP levels also varied significantly with residential area, with the levels highest in Grabouw (apple farming), followed by Hex River Valley (grape farming) (β= -52.1; 95% CI: -97.9, -6.3) then Piketberg (wheat farming) (β= -54.2; 95% CI:-98.8, -9.7). Other weaker and non-significant associations with increased DAP levels were found with increased household income, member of household work with pesticides, living on a farm, drinking water from an open water source and eating crops from the vineyard and or garden. Conclusion: The study found younger age and living in and around an apple and grape farms, to be associated with increased urinary DAP concentrations among the school children provide evidence that younger age and residential area can be associated with increased urinary DAP concentrations among boys. Additionally, there are other household and behavioural characteristics that are associated with elevated urinary DAP levels. Further studies with larger sample sizes and longitudinal designs to improve the statistical power and the associations found are recommended. The study provided more insight to incomplete and inconclusive evidence of previous studies.

L’utilisation croissante de pesticides dans l'agriculture peut entraîner de graves risques pour la santé humaine. En effet, des résidus de pesticides peuvent être retrouvés à l’état de trace dans de nombreux produits de grande consommation. Leur identification et leur analyse quantitative à l’état de trace dans des échantillons complexes, tel que les huiles végétales, constituent un défi analytique majeur. Malgré le potentiel élevé de méthodes analytiques comme la chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS/MS), l’introduction d’une étape d’extraction et de purification des extraits avant l’analyse chromatographique s’avère nécessaire. Afin d'augmenter la sélectivité de cette étape de traitement de l'échantillon, la synthèse des supports à empreintes moléculaires générant un mécanisme de reconnaissance moléculaire a été envisagé. Cette étude se concentre sur une famille de pesticides, les organophosphorés (OP), qui présentent des disparités structurales importantes et une gamme de polarité assez large (log P compris entre 0,7 et 4,7). Deux approches ont été envisagées pour la synthèse de ces supports imprimés. La première approche consiste à réaliser une polymérisation par voie radicalaire en utilisant des monomères organiques dans des solvants organiques peu polaires pour obtenir des polymères à empreintes moléculaires (MIP). La seconde approche consiste à produire les supports par voie sol-gel via l’hydrolyse puis la condensation d'organosilanes dans un milieu polaire pour produire des silices imprimées (MIS). Pour les deux approches, différentes conditions de synthèse ont été criblées en utilisant différentes molécules empreintes, monomères et solvants. La sélectivité des polymères imprimés résultants a d'abord été évaluée en étudiant les profils de rétention des OP en milieu pur. Les interactions non-spécifiques ont été évaluées en étudiant parallèlement la rétention des OP sur des supports non-imprimés (NIP/NIS) qui ont été synthétisés dans les mêmes conditions que les MIP/MIS mais sans introduire la molécule empreinte. Il est apparu que les supports MIP/MIS présentaient une complémentarité en termes d'extraction sélective des OP visés : les OP les plus polaires ont été extraits sélectivement par le MIS alors que les OP modérément polaires ont été extraits sélectivement par le MIP. La capacité de ces supports a été évaluée et se révèle adaptée à l'analyse des OP à l’état de traces dans des huiles végétales. Après avoir vérifié la répétabilité de la procédure d'extraction et des synthèses, les performances de ces supports ont été étudiées dans des milieux réels. / The increasing use of pesticides in agriculture causes serious health risks to humans. These pesticides may possibly be found in vegetable oils used as cosmetic ingredients. Their identification and reliable quantitative analysis at trace levels constitute a challenge for the safe use of such oils despite the high potential of analytical methods such as liquid chromatography coupled to mass spectrometry (LC-MS/MS). Their determination at low concentration levels in complex oil samples requires an extraction and a purification step. In order to increase the selectivity of the sample treatment step, the synthesis of imprinted sorbents can be considered. This study focusses on a group of pesticides, the organophosphorus (OPs) that present some structural disparity and belong to a wide range of polarity (log P values between 0.7 and 4.7). To produce imprinted sorbents, a first approach of synthesis consists in the radical polymerization of organic monomers in moderately polar organic solvents to obtain molecularly imprinted polymers (MIPs). The second one, the Sol-Gel approach, consists in the hydrolysis and then condensation of organosilanes in a polar medium to produce molecularly imprinted silicas (MIS). For both approaches, different conditions of synthesis were screened using different template molecules, monomers and solvents. The selectivity of the resulting imprinting polymers was first evaluated by studying the extraction profiles of OPs in pure media on MIP and MIS. The non-specific interactions were estimated by studying in parallel the retention of OPs on non-imprinted polymers synthesized in the same conditions as imprinted sorbents but in the absence of the template molecule. Both sorbents MIP/MIS present a complementarity in terms of selective extraction of the target OPs: polar OPs were extracted selectively using the MIS while moderately polar OPs were selectively extracted by the MIP. The capacity of these supports was evaluated and was consistent with the analysis of OPs at trace levels in real oil samples. After studying the repeatability of the extraction procedure and of the reliability of the syntheses, the performances of these supports were studied in real media. For this, MIP/MIS were applied to the selective extraction of OPs from different vegetable oils (almond, olive and sunflower oil) and similar results were obtained for the three different oils. Their potential in terms of ability to remove matrix interfering compounds were higher than those of the conventional method based on the use of C18 silica. The estimated limits of quantifications were lower than the Maximum Residue Levels (MRLs) established by EU Regulation 396/2005 for these compounds in oils.

Les travaux présentés dans ce manuscrit concernent le développement d‘une approche originale permettant la détermination de plusieurs composés (principalement aflatoxines et pesticides organophosphorés), à l‘aide de biocapteurs électrochimiques basés sur l‘inhibition de l‘acétylcholinestérase. Dans un premier temps, un nouveau biocapteur potentiométrique utilisant des transistors à effet de champ sensibles au pH (pH-FETs) comme transducteurs a été développé pour la détermination de l‘aflatoxine B1 (AFB1) et différent paramètres d‘élaboration et de fonctionnement du biocapteur ont été optimisés. Le biocapteur proposé est caractérisé par une stabilité opérationnelle élevée and bonne reproductibilité du signal en cours d‘utilisation et de stockage. Le biocapteur a ensuite été évalué pour l‘analyse d‘échantillons réels (blé, sésame, noix et pois) et une simulation mathématique de la réponse du biocapteur potentiométrique à l‘AFB1 a été proposée pour la première fois et validée. Dans un deuxième temps, un biocapteur conductimétrique utilisant des microélectrodes interdigitées en or a été développé. La sensibilité de ce biocapteur aux aflatoxines ainsi qu‘à d‘autres classes de substances toxiques, tels que les pesticides organophosphorés, les métaux lourds, les glycoalkaloïdes, et les surfactants, a été déterminée. Une nouvelle procédure originale, permettant la détermination sélective de toxines multiclasses par application successive de solutions de réactivation visant spécifiquement des inhibiteurs irréversibles ou réversibles, a été finalement proposée. En utilisant cette méthode, il a été montré que les biocapteurs enzymatiques pouvaient être appliqués à l‘analyse des aflatoxines et des pesticides organophosphorés, ainsi qu‘à la détermination de la toxicité globale des échantillons / Investigations reported in this manuscript are focused on the development of an original approach for the detection of several toxic compounds, mainly aflatoxins and organophosphorus pesticides, using acetylcholinesterase (AChE)-based inhibitory electrochemical biosensors. In a first step, a new potentiometric biosensor using pH Sensitive Field-Effect Transistors (pH-FETs) as transducers was investigated for aflatoxin B1 (AFB1) determination and different elaboration and working parameters were optimized. The proposed biosensor was characterized by high operational stability and reproducibility of the signal during the work as well as during the storage. The biosensor was further evaluated for real samples analysis (wheat, sesame, walnuts and peas) and a mathematical simulation of the potentiometric biosensor response to aflatoxin B1 was proposed for the first time and validated. In a second step, a conductometric biosensor using interdigitated gold microelectrodes was developed. The sensitivity of the biosensor to aflatoxins and other classes of toxic substances, such as organophosphorus pesticides, heavy metals ions, glycoalkaloids, and surfactants, was determined. A new and original procedure, enabling the selective determination of multiclass toxins by applying successive reactivation solutions targeting either irreversible or reversible inhibitors, was finally proposed. Using this method, the electrochemical enzyme inhibitory biosensors could be applied to the analysis of aflatoxins and organophosphorus pesticides, as well as for the determination of total toxicity of the samples