Non-target screening with high-resolution mass spectrometry: critical review using a collaborative trial on water analysis

In this article, a dataset from a collaborative nontarget screening trial organised by the NORMAN Association is used to review the state-of-the-art and discuss future perspectives of non-target screening using high-resolution mass spectrometry in water analysis. A total of 18 institutes from 12 European countries analysed an extract of the same water sample collected from the River Danube with either one or both of liquid and gas chromatography coupled with mass spectrometry detection. This article focuses mainly on the use of high resolution screening techniques with target, suspect, and non-target workflows to identify substances in environmental samples. Specific examples are given to emphasise major challenges including isobaric and co-eluting substances, dependence on target and suspect lists, formula assignment, the use of retention information, and the confidence of identification. Approaches and methods applicable to unit resolution data are also discussed. Although most substances were identified using high resolution data with target and suspect-screening approaches, some participants proposed tentative non-target identifications. This comprehensive dataset revealed that nontarget analytical techniques are already substantially harmonised between the participants, but the data processing remains time-consuming. Although the objective of a Bfullyautomated identification workflow^ remains elusive in the short term, important steps in this direction have been taken, exemplified by the growing popularity of suspect screening approaches. Major recommendations to improve non-target screening include better integration and connection of desired features into software packages, the exchange of target and suspect lists, and the contribution of more spectra from standard substances into (openly accessible) databases.This work was supported in part by the SOLUTIONS project, which received funding from the European Union’s Seventh Framework Programme for research, technological development and demonstration under Grant Agreement No. 603437

Multiresidue analysis of atrazine, diuron and their degradation products in sewage sludge by liquid chromatography tandem mass spectrometry

International audienceA multiresidue method has been developed to analyze atrazine (ATZ), diuron (DIU), and their major degradation products, desethylatrazine (DEA), desisopropylatrazine (DIA), and dichlorophenylmethylurea in sewage sludge. Liquid chromatography coupled to electrospray tandem mass spectrometry (LC–ESI-MS–MS) allowed, in the multiple-reaction monitoring mode, the simultaneous analysis of these pesticides in only one run after their extraction with ethyl acetate–dichloromethane 90:10 (v/v) and a cleanup on a Florisil column. Stable isotopically labeled ATZ and DIU were used as internal standards to overcome matrix effects during the pesticide quantification. Using fortified samples, the method gave rise to 86–115% as mean recovery values depending on the analyte. Limits of detection (LODs) and of quantification (LOQs) ranging from 0.3 (DIA) to 1.5 (DEA) μg kg−1 dw and from 0.4 (DIA) to 2.0 (DEA) μg kg−1 dw, respectively, were sufficient to achieve the monitoring of these molecules in sludge from wastewater treatment plants of the Ile-de-France region

Analyse de traces d’herbicides sulfonylurées et produits de dégradation par SPE-LC-MS-MS hors-ligne et en ligne

National audienc

Glyphosate and AMPA analysis in sewage sludge by LC-ESI-MS/MS after FMOC derivatization on strong anion-exchange resin as solid support

International audienceAn innovative analytical method has been developed for the determination of glyphosate and aminomethylphosphonic acid (AMPA), its major metabolite, in sewage sludge. This method involved an alkaline extraction from sludge and purification on a strong anion-exchange resin. While the analytes remained fixed by ionic interactions, an "on-solid support" derivatization by FMOC-Cl was carried out. This versatile approach allowed a 10 min reaction and simple elimination of the excess of reagent. The resulting derivatives remained retained by ionic and hydrophobic interactions with the resin until being eluted by a mixed NaCl water/acetonitrile, 70/30, v/v, solution. After an appropriate dilution and adjustment of the pH, the sample was concentrated on an Oasis HLB solid-phase cartridge. For quality analysis of traces in complex matrixes, LC-ESI-MS/MS in the multiple reaction monitoring positive mode was used fulfilling the European Union requirements (Decision 2002/657/CE). To overcome the matrix effects, stable isotopically labeled standards were added to the sludge extracts as internal standards and were thus derivatized during the procedure in parallel to the analytes. Mean recovery values were 70% +/- 7% for glyphosate and 63% +/- 3% for AMPA. Limits of detection (20 and 30 ppb dw) and limits of quantification (35 and 50 ppb dw) for glyphosate and AMPA, respectively, were sufficient to monitor samples taken from Ile-de-France wastewater treatment plants where contamination currently reached 0.1-3 ppm and 2-35 ppm dw for glyphosate and AMPA, respectively

Trace analysis of sulfonylurea herbicides and their metabolites in water combining off-line or on-line solid-phase extraction and liquid chromatography-tandem mass spectrometry

International audienceTwo alternatives for the rapid simultaneous quantification of six sulfonylurea herbicides and five of their main degradation products in natural water are proposed. For concentration, the compounds were extracted on a polystyrene-divinylbenzene solid phase under pH and elution conditions that suppressed any hydrolysis. The eluates were analysed by liquid chromatography coupled to electrospray tandem mass spectrometry within 20 min. The whole method was validated and shown to give no hydrolysis artefacts. The application of off-line and on-line SPE of sulfonylureas enabled the 0.1 mu g L-1 and 1 ng L-1 LOQ levels to be reached, respectively. The on-line SPE-LC-MS-MS method allowed the accurate quantitation of all sulfonylureas and three degradation products at 0.1 mu g L-1 or below in natural water, with an average repeatability of 8%

Photodégradation de micropolluants organiques sous rayonnement solaire en zone de rejet végétalisée de type bassin. Rapport final

[Departement_IRSTEA]Ecotechnologies [TR1_IRSTEA]TED [Relecteur_IRSTEA]Villemagne, E. ; Lagarrigue, C.Wastewater treatment plants usually remove a significant amount of micropollutants by volatilization, sorption and/or biodegradation. Nevertheless, secondary effluents still contain various pharmaceutical compounds and pesticides at very low concentrations up to few micrograms per liter. Most of these compounds are photoactive, either due to their chemical structure able to absorb UV irradiation, or due to a reaction with intermediates (metabolites) formed after reactions with organic matter and nitrates, under UV irradiation. This technical report deals with the transformation of organic micropollutants under sun light exposure in planted discharge area. We first remember the main mechanisms that drive photodegradation in surface water. Then, we present an innovative on-site experimental protocol to investigate the contribution of photodegradation process occurring in the water column of discharged planted areas. We studied 44 organic micropollutants (32 pharmaceuticals, 7 pesticides and 5 byproducts). Finally, we present the results drawn from 2 applications of the protocol in March and July 2015: the applied and transmitted light intensities, the efficient water depth, the contribution of each direct and indirect photolysis pathways, modelling.Les stations de traitement des eaux usées éliminent une grande partie des micropolluants organiques par volatilisation, sorption et/ou biodégradation. Néanmoins, les effluents traités contiennent encore de nombreuses molécules pharmaceutiques et phytosanitaires à des concentrations faibles, mais atteignant parfois quelques microgrammes par litre et ayant un impact sur l’environnement. Plusieurs de ces molécules sont photoactives en raison de leurs structures chimiques capables de se modifier sous l’action des rayons ultraviolets (photolyse directe). D’autres molécules sont attaquées par des intermédiaires chimiques très réactifs produits à partir de la matière organique, ou des nitrates, en présence de rayons ultraviolets (photolyse indirecte). Ce rapport porte sur les processus de photodégradation de micropolluants organiques en présence de lumière naturelle en zone de rejet végétalisée de type bassin. Les différents mécanismes de photodégradation sont tout d’abord succinctement rappelés (éléments détaillés dans le rapport 2015 de synthèse bibliographique). Puis, nous détaillons la méthodologie de mesure des vitesses de photodégradation directe et indirecte, mise au point dans le cadre de ce travail, et appliquée en mars et juillet 2015. Nous avons étudié 44 micropolluants organiques (32 pharmaceutiques, 7 pesticides et 5 métabolites). Les résultats sont présentés avec, d’une part, les conditions expérimentales (l’intensité lumineuse incidente et celle transmise dans l’eau, la hauteur d’eau efficace), et d’autre part, la contribution des voies directe et indirecte de la photodégradation à l’élimination des micropolluants, et enfin la modélisation

Herbicides and nonylphenol in sewage sludge: occurrence and ecotoxicological impacts

Herbicides and nonylphenol in sewage sludge: occurrence and ecotoxicological impacts. SETAC Europe 16th Annual Meetin

Elimination de micropolluants prioritaires et émergents des eaux résiduaires urbaines par les bioréacteurs à membranes immergées (BRM). Rapport final de l’action 34

La technologie de traitement des eaux usées domestiques par bioréacteurs à membranes (BRM) immergées se développe fortement en France pour équiper les stations de traitement des eaux usées domestiques. La présente étude vise à déterminer les avantages des BRM vis-à-vis de l’élimination des substances prioritaires et émergentes. Dans ce but, des campagnes d’échantillonnage ont été réalisées par temps sec sur trois installations équipées de bioréacteurs à membranes à fibres creuses ou bien à membranes planes. Des expérimentations en réacteur séparé (boues dopées en micropolluants placées en conditions contrôlées) ont permis de préciser les processus de sorption et de biodégradation des micropolluants, en vue d’une modélisation de l’élimination. Au total, 24 métaux et 66 substances organiques ont été analysés (hydrocarbures aromatiques polycycliques, alkylphénols, pesticides, substances pharmaceutiques et hormones) par des méthodes analytiques robustes et sensibles. Les rendements de la file Eau ont été déterminés pour 61 micropolluants : 43 micropolluants ont été bien à très bien éliminés de l'eau (> 70%, voire > 90%), dont le cuivre, le plomb, le chrome, le nickel, le zinc, ainsi que plusieurs HAP, alkylphénols, médicaments et hormones, soit par piégeage des matières en suspension et transfert dans les boues, soit par biodégradation. 26 micropolluants ont été partiellement à faiblement éliminés (< 70%, voire < 30%), dont l’arsenic et le cadmium, ainsi que plusieurs micropolluants organiques y compris 7 médicaments (propranolol, sotalol, roxithromycine, sulfaméthoxazole), fluoxétine, diclofénac, carbamazépine) et le diuron. La présente étude démontre que les BRM induisent une élimination supplémentaire pour 22 micropolluants par rapport aux procédés conventionnels comme les boues activées aération prolongée, mais ce gain d’élimination est faible (< 20%). Ce gain concerne certains des micropolluants généralement adsorbés aux matières en suspension (ex. certains métaux ou HAP), et quelques médicaments (i.e., sotalol, roxithromycine, propranolol, timolol). Pour 38 autres micropolluants (en particulier pour les hormones, les détergents et la majorité des pharmaceutiques d’origine domestique notamment le diclofénac), les performances d'élimination par les BRM sont similaires à celles des boues activées aération prolongée fonctionnant à charges massiques appliquées équivalentes (sous-chargées). Un modèle cinétique a été développé, et simule correctement les concentrations de 51 micropolluants dans les rejets de BRM. Nous estimons qu’une faible augmentation du rendement serait possible (jusqu’à 15 unités supplémentaires) pour 6 micropolluants seulement, ceci en augmentant la concentration en matières en suspension dans les BRM. Pour diminuer les concentrations des micropolluants les plus réfractaires (non adsorbables et/ou non biodégradables) dans les rejets, les actions de réduction à la source ou la mise en place de traitement complémentaire sont donc indispensables, même pour les STEU équipées de BRM