Comment les stations de traitement des eaux protègent les poissons des hormones synthétiques perturbatrices

Détection d'œstrogènes naturels et synthétiques à des niveaux inférieurs au ppm dans les eaux de surface et les eaux d'infiltration brutes par UPLC-MS/MS 2D

Avec Euan Ross^,1 Angela Boag^,2 Hamish Todd^,2 et Neil Gatward2
^1WatersCorporation, France ; ^2ScottishWater, Organics Lab, Edinburgh, Ecosse

Scottish Water fournit chaque jour 1,34 milliard de litres d'eau potable et évacue quotidiennement 847 millions de litres d'eaux usées. Responsable devant le Parlement écossais et la population de l'Écosse, Scottish Water reconnaît que l'innovation est un élément clé qui lui permet de fournir des services de traitement des eaux durables et de haute qualité.

L'un des nombreux composés qu'ils surveillent est la classe de médicaments que sont les œstrogènes. Les œstrogènes sont couramment utilisés comme médicaments contraceptifs ou dans le cadre d'un traitement hormonal substitutif et peuvent pénétrer dans les milieux aquatiques par le biais du rejet des eaux usées finales. Une fois les eaux usées rejetées dans l'environnement, ces hormones synthétiques peuvent avoir des effets négatifs sur la faune. On pense que les œstrogènes ont un effet négatif sur les environnements aquatiques en perturbant le système hormonal des poissons ; par exemple, ils peuvent contribuer aux changements intersexuels chez les poissons.

Dans la directive européenne 2013/39/UE, 15 substances prioritaires ont été ajoutées à la directive-cadre européenne sur l'eau (DCE, 2000/60/CE). Dans cette mise à jour, le 17α-éthinyl-estradiol (EE2) et le 17β-estradiol n'ont pas été inclus dans la liste prioritaire, mais ont plutôt été ajoutés à une liste de surveillance afin de recueillir des données supplémentaires concernant la présence de ces composés dans les environnements aquatiques et les risques qu'ils présentent.

"Même de faibles concentrations d'EE2 ont un impact sur les poissons, tant sur leur comportement que sur leur génétique. Nous avons constaté un changement dans l'équilibre génétique des poissons, et qu'ils ont plus de mal à attraper de la nourriture. Des études antérieures ont montré que les poissons développent également des problèmes de procréation. Cela peut conduire à la disparition complète d'une population entière de poissons, et à des conséquences pour des écosystèmes entiers", a déclaré Lina Nikoleris de l'université de Lund en Suède dans un article de 2016.

Waters s'est associé à Scottish Waters pour développer et valider une méthode analytique pour l'analyse du 17β-estradiol, de l'estrone et du 17α-éthinylestradiol dans les eaux de surface, l'influent brut et l'effluent final d'une station d'épuration des eaux usées en utilisant l'extraction en phase solide hors ligne suivie d'une analyse sur un système ACQUITY UPLC avec la technologie 2D LC, couplé à un spectromètre de masse Xevo TQ-S.

Objectif analytique : confirmer et quantifier la présence d'œstrogènes naturels et synthétiques dans les eaux de surface et les effluents finaux à des niveaux inférieurs à une partie par billion (ppt).

La combinaison de la SPE hors ligne suivie de l'analyse sur le système UPLC d'ACQUITY avec la technologie 2D LC et le Xevo TQ-S pour la quantification MS/MS permet une détection ultra-sensible des œstrogènes naturels et synthétiques dans les eaux de surface et les eaux traitées.

Concentration avec préparation de l'échantillon

Les échantillons d'eau de surface ont été initialement extraits à l'aide d'une méthode optimisée sur une cartouche d'extraction en phase solide (EPS) Oasis HLB hors ligne. Les échantillons d'influent brut et d'effluent final ont d'abord été filtrés, puis ont subi la même étape d'extraction hors ligne Oasis HLB. Cette étape a été suivie d'une deuxième étape d'extraction en phase solide utilisant des cartouches de silice Sep-Pak.

Ces étapes de SPE hors ligne sont essentielles pour atteindre des limites de détection plus basses en fournissant l'étape de concentration initiale et des extraits plus propres, réduisant ainsi la suppression des ions sur le spectromètre de masse tandem quadripolaire.

Concentration supplémentaire avec LC 2D en ligne

Les échantillons extraits ont été injectés sur le système ACQUITY UPLC avec la technologie 2D LC, couplé au spectromètre de masse tandem (triple) quadripolaire Xevo TQ-S. L'utilisation de l'UPLC dans une séparation chromatographique bidimensionnelle permet une concentration supplémentaire de l'échantillon en ligne en utilisant une colonne Oasis HLB à connexion directe. Une fois concentrés sur la colonne en ligne, les composés sont ensuite élués sur une colonne ACQUITY UPLC BEH C18 pour obtenir une séparation en phase inverse. La figure 1 donne un exemple de la chromatographie 2D réalisée.

Les échantillons ont été déterminés à l'aide de l'électrospray en mode ion négatif permettant deux transitions MRM par composé dans la méthode quantitative MS/MS. La fonction RADAR unique du spectromètre de masse Xevo TQ-S, qui permet l'acquisition simultanée de données de MRM et de MS à balayage complet, a également été utilisée pour faciliter le développement de la méthode.

Validation

Cette méthode a fait l'objet d'une validation complète et a été jugée conforme aux critères de performance requis, offrant une excellente linéarité, comme le montre la figure 2, et une excellente précision pour cette analyse difficile. Un chromatogramme montrant la détection du 17β-estradiol dans un échantillon dopé de faible niveau d'effluent final (0,6 ng/L) est présenté à la Figure 3.

Les données de l'essai de performance étaient constituées d'un ensemble de tests de style NS30 (NS30, 1989) de 11 lots d'analyses en double de blancs, d'étalons faibles et élevés, et d'échantillons d'effluents dopés faibles et élevés. Des données de récupération d'échantillons enrichis ont également été produites pour les matrices de la rivière et de l'influent.

Ressources supplémentaires :

• Télécharger le pdf : Analyse d'œstrogènes naturels et synthétiques à des niveaux inférieurs à ppm dans les eaux de surface et les eaux d'infiltration brutes à l'aide du système UPLC ACQUITY avec technologie LC 2D et Xevo TQ-S
• Les solutions Waters pour la surveillance des eaux usées
• Les solutions Waters pour le dépistage des eaux de surface et environnementales