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.
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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. / This project aims to document the need to increase our knowledge of organic
contaminants such as pharmaceuticals in the environment and to assess their
environmental fate. We studied the presence of pharmaceutical compounds in different
water samples. We studied their presence in wastewater samples from the treatment
plant of the City of Montreal, effluents, surface and tap water. To do this we developed
two analytical methods based on solid phase extraction (SPE) coupled to liquid
chromatography -tandem mass spectrometry (LC-MS/MS).
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The performance of three atmospheric pressure ionization (API) techniques was also
studied for their subsequent use in the developed method. It was demonstrated that
electrospray ionization (ESI) is a more effective ionization method for the analysis of pharmaceutical contaminants in samples as complex as wastewaters.
A first analytical LC-MS/MS method, was developed and validated for the investigation
of samples from the wastewater treatment plant and surface waters near the plant of
Montreal. Five prescription drugs were studied: bezafibrate (lipid regulator),
cyclophosphamide, and methotrexate (two anticancer agents), orlistat (an anti-obesity
agent) and enalapril used in the treatment of hypertension. Most of these drugs are
excreted by the human body in high percentages and released into domestic
wastewaters, making their way to the municipal wastewater treatment plants. It was
demonstrated that there is a low rate of elimination at the wastewater treatment plant for bezafibrate and enalapril. These two compounds were also detected in surface waters on a site close to the discharge of the treatment plant effluents.
For this first analytical method we observed the necessity of improvement of the
detection limits of the method. A second method was then developed to improve the
detection limits and to study a total of 14 organic contaminants, including three antiinfective agents (clarithromycin, sulfamethoxazole and trimethoprim), an anticonvulsant (carbamazepine) and its degradation product 10,11-dihydrocarbamazepine, the iii
antihypertensive agent (enalapril), two antineoplastic (methotrexate and
cyclophosphamide), herbicides (atrazine, cyanazine, and simazine) and two
transformation products of atrazine (desethylatrazine and déisopropylatrazine) and an antiseptic agent (triclocarban). These products were quantified in surface water and tap water. The improvement of the detection limits of this method was possible due to the loading of a greater sample volume than that used in the first method (10 mL vs 1 mL).
Other confirmation techniques, such as the data-dependent reverse energy ramp scan on
a triple quadrupole and accurate mass measurements on a time-of-flight mass
spectrometer were explored. Using time-of-flight mass spectrometer determinations
allowed the confirmation of six of the 14 analytes.
Finally, due to their toxic properties, the oxidation kinetics of cyclophosphamide and
methotrexate with molecular ozone and OH radicals was studied in bench scale. The
degradation constants with molecular ozone were calculated and the water quality after
treatment was assessed. The overall process performance was improved for
cyclophosphamide in natural waters, due to the combination of direct and indirect
reactions. The study showed that ozone is very effective for the oxidation of
methotrexate, but cyclophosphamide is too slowly oxidized for an effective drinking
water treatment under usual conditions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMU.1866/4966 |
| Date | 09 1900 |
| Creators | Garcia Ac, Araceli |
| Contributors | Sauvé, Sébastien |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse ou Mémoire numérique / Electronic Thesis or Dissertation |
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