Abstract :
[en] The human exposure to persistent organic pollutants (POPs) is a concern since these compounds are ubiquitous in the environment. This class of compounds group different families such as the polychlorodibenzo-p-dioxins (PCDDs), the polychlorodibenzofurans (PCDFs), the polychlorinated biphenyls (PCBs), the organochlorine pesticides (OCPs), and the halogenated flame-retardants (HFRs). Their use, their release in the environment, their presence in foodstuffs, as well as in various goods on the market are mostly regulated through international conventions, like the Stockholm convention on POPs, and at the European and national levels. Despite the proactive approach in order to reduce the overall exposure to POPs, levels of contaminants (even banned) are still found in the environment and in the human body. In this thesis, we developed several methods of analysis of POPs in different samples. The first was a confirmatory method for PCDD/Fs and PCBs analysis in food and feed following a new European Regulation No 709/2014 that recently allowed the use of gas chromatography (GC) coupled to triple quadrupole mass spectrometry (GC-QQQMS/MS) for this purpose. We fully validated the method on vegetable oil matrix around the maximum level of 1.50 ng WHO2005TEQ/kg. We showed that all analytical criteria, specific to this instrumentation, laid down by the Regulation were met, which indicates that the QQQMS/MS can successfully be used in the legal context for confirmatory purposes and could be an alternative to high-resolution sector field mass spectrometry (HRMS) in this context. The proper establishment of limits of quantitation was a key point in the discussion along with other analytical criteria proposed in the European Regulation, as new interpretations were necessary for the use of triple quadrupole mass spectrometry due to its different features from the HRMS.
In addition, we developed in parallel a method for the analysis of Dechloranes in food. The measurement of ultra-trace levels of compounds from this emerging class of flame-retardants was possible after optimization of the injections parameters by means of experimental design, and of fragmentation pathways. Eventually, we reported relatively low levels in various food matrices and preliminary data about the significance of this route of exposure for humans.
Besides food analysis, we developed a screening method to quickly assess levels of contaminants in human blood, involving a minimally invasive sampling technique and a couple of drops of blood. The instrumentation was first based on cryogenic zone compression (CZC) hyphenated to high-resolution time of flight mass spectrometry (HRTOFMS) applied to the analysis of two markers of exposure in regular dried-blood spots (DBS) typically used for newborn sampling. The second approach was based on GC-QQQMS/MS applied to the analysis of a broader range of OCPs and NDL-PCBs (30 analytes) in 40 µL blood. The blood was however collected using a novel Volumetric Absorptive MicroSampling (VAMS) method, directly inspired by the DBS but offering a control on the volume of blood sampled, hence opening the door to quantitation. The sample preparation of the VAMS dried sample was miniaturized and only 2 mL of solvents were necessary to prepare a sample, which makes it environmentally friendly. The focus was especially drawn to maximize the sensitivity via the optimization of the ionization energy and the electron multiplier voltage in order to reach appropriate low limits of quantitation. In this context of ultra-low volume of blood, background levels arose as the limitation of the method owing to the small signals coming from samples and closing the gap with blanks. Nevertheless, this patient-friendly approach is perfectly suitable for fast screening of population and could be useful in the context of UNEP campaigns where samples are hardly collected.
[fr] L’exposition des êtres humains aux polluants organiques persistants (POPs) est préoccupante dans la mesure où ceux-ci sont ubiquitaires dans l’environnement. Ce groupe de molécules fait référence à plusieurs familles telles que les polychlorodibenzo-p-dioxines (PCDDs), les polychlorodibenbzofuranes (PCDFs), les biphényles polychlorés (PCBs), les pesticides organochlorés (OCPs) et les retardateurs de flamme halogénés (HFRs). Leur utilisation, leur rejet dans l’environnement, ainsi que leur présence dans divers produits de consommation présents sur le marché sont essentiellement régulés à divers niveaux, tant national, qu’international pour la Convention de Stockholm sur les POPs. Malgré l’approche proactive ayant pour but de diminuer l’exposition aux POPs, ceux-ci sont encore trouvés dans l’environnement et dans le corps humain, même depuis qu’ils font l’objet d’une interdiction. Dans cette thèse, nous avons développé plusieurs méthodes d’analyse des polluants appliquée à différents types d’échantillons. La première concerne l’analyse des PCDD/Fs et PCBs dans les denrées alimentaires. Cette étude a été réalisée dans le cadre de la Régulation Européenne No 709/2014 qui permet actuellement l’utilisation de la chromatographie gazeuse (GC) couplée à la spectrométrie de masse à triple quadrupoles (GC-QQQMS/MS) pour la détermination univoque de la teneur en dioxines et composés analogues dans les denrées alimentaires (méthode de confirmation). Nous avons entièrement validé cette méthode sur de l’huile végétale en fonction de la teneur maximale autorisée, à savoir 1.50 ng WHO2005TEQ/kg. Nous avons montré que tous les critères, spécifiques à cette technologie, établis dans la Régulation étaient satisfaits. Cette méthode peut donc effectivement être utilisée comme méthode de confirmation et pourrait, dans ce contexte, se profiler comme potentielle alternative à la spectrométrie de masse haute-résolution à secteur magnétique (HRMS). L’établissement des limites de quantification a été discuté avec l’ensemble des critères analytiques imposés vu que de nouvelles interprétations étaient nécessaires pour l’utilisation du QQQMS/MS en raison des différences intrinsèques avec la HRMS.
En parallèle, nous avons développé une méthode d’analyse des Dechloranes, une famille émergente de retardateurs de flamme halogénés, dans les mêmes denrées alimentaires. La quantification de ceux-ci, présents en traces dans les échantillons, a été possible grâce à l’optimisation des paramètres d’injection, investigués au moyen de designs expérimentaux, ainsi que des schémas de fragmentation. Les teneurs relativement basses relevées dans les différentes matrices ont finalement permis de rapporter des données préliminaires quant à l’importance de cette voie d’exposition pour les humains.
A côté de l’analyse des denrées alimentaires, nous avons développé une méthode rapide et peu invasive (2-3 gouttes de sang) de dépistage afin de déterminer la teneur des contaminants dans le sang humain. La première approche instrumentale pour l’analyse a d’abord reposé sur l’application de la compression cryogénique de zone (CZC) couplée à la spectrométrie de masse haute résolution à temps de vol (HRTOFMS) pour l’analyse de deux marqueurs d’exposition dans des taches de sang séché. Il s’agit d’un moyen de collection de sang généralement utilisée chez les nouveau-nés. La seconde approche instrumentale était basée sur la GC-QQQMS/MS pour l’analyse de 30 pesticides et PCBs dans 40 µL de sang. Cette fois cependant le sang a été collecté au moyen d’un adsorbant permettant le contrôle du volume de sang prélevé, directement inspiré des taches de sang séché, mais permettant donc la quantification. La préparation des échantillons séchés a été miniaturisée, ce qui la rend écologique au vu des 2 mL de solvant nécessaires en tout pour l’extraction des échantillons. L’attention a été spécialement portée à augmenter la sensibilité, notamment via l’optimisation des paramètres d’ionisation et du multiplicateur d’électrons afin d’atteindre les limites de quantification nécessaires les plus basses. Les niveaux de blancs se sont profilés comme étant la limitation de la méthode en raison des faibles signaux provenant des échantillons, supérieurs mais du même ordre que ceux provenant des blancs. Néanmoins, cette méthode d’analyse est parfaitement adaptée au dépistage rapide des POPs et pourrait être adoptée par l’UNEP lors de ses campagnes lorsqu’il est difficile de collecter des échantillons.
