Analyse par spectrométrie de masse d’hormones stéroïdiennes dans les eaux usées et abattement par oxydation chimique

Les preuves quant aux effets des hormones stéroïdiennes sur l’écosystème aquatique et terrestre sont clairement démontrées dans la littérature et ce à des concentrations très faibles. Les sources responsables du déversement de ces composés dans l'environnement aquatique sont multiples et découlent majoritairement de leur consommation autant humaine qu’animale. Diverses maladies chez l’humain sont soupçonnées d’être le résultat de l’exposition aux hormones stéroïdiennes et autres perturbateurs endocriniens. Le risque associé à des années d’exposition, avec les éventuels effets cumulatifs ou synergiques de ces substances, ne doit pas être ignoré et une approche préventive plutôt que réactive doit être adoptée.   Dans cette optique, de nouvelles méthodes analytiques ont été développées pour permettre la détection et la quantification des hormones stéroïdiennes dans les eaux de surface et les eaux usées. La première méthode proposée se base sur la diode laser à désorption thermique munie d’une source à ionisation à pression atmosphérique, LDTD-APCI, couplée à la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS). L’avantage de la LDTD-APCI est le temps d’analyse très court, soit 15 secondes par échantillon, comparativement à plusieurs minutes par les méthodes séparatives conventionnelles par chromatographie gazeuse ou liquide. Les paramètres impliqués dans l’optimisation de la source LDTD-APCI sont discutés afin de mieux comprendre leur impact sur l’efficacité de l’ionisation et le développement de la méthode. La pré-concentration d’échantillons d’eau de surface a été effectuée par une extraction sur phase solide (SPE) manuelle afin de valider la méthode d’analyse et de montrer son applicabilité pour des échantillons réels. La LDTD-APCI-MS/MS permet d’atteindre des limites de détection entre 13 et 43 ng L-1. La seconde approche proposée est le développement d’une méthode par SPE automatisée couplée à la chromatographie liquide (LC) avec la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS). Les volumes d’injections peuvent se faire entre 1 et 10 mL, en fonction de la concentration attendue des hormones stéroïdiennes et du type de matrice. L’analyse des hormones stéroïdiennes dans les eaux usées a été effectuée pour deux usines avec différents modes de traitement. L’impact de l’étape de pré-traitement de l’échantillon, c’est-à-dire l’étape de filtration et la préservation de l’échantillon ont également été étudié. La SPE-LC-APCI-MS/MS a permis d’obtenir des résultats reproductibles avec un important gain de temps (15 min par échantillon), comparativement à la SPE manuelle suivi d’une analyse par LC-MS/MS. Les limites de détections obtenues dans les eaux usées étaient entre 8 et 60 ng L-1.  Dans l’objectif de trouver des solutions pour éliminer les hormones stéroïdiennes dans les usines de traitements d’eau potable, leur oxydation par le chlore et le potassium de permanganate a été considérée. L’impact du pH, de la nature de l’eau (eau ultrapure versus eau usée) et de la température sur les constantes de vitesse d’oxydation du deuxième ordre a été évalué et discuté. Les rendements d’oxydation des oestrogènes par le chlore était entre 53% et 97% avec des temps de demi-vies entre 0.6 et 53 min alors que pour les progestagènes avec le potassium permanganate l’abattement variait de 78 à 97% avec des demi-vies de 10 à 60 min.

Keyphrases: hormones stéroïdiennes, diode laser à désorption thermique, chromatographie liquide, spectrométrie de masse, oxydation, chlore, permanganate, permanganate