Calibration and field application of an innovative passive sampler for monitoring groundwater quality

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L'infiltration des eaux pluviales en milieu urbain : conséquences sur l'écosystème aquatique souterrain

International audienceL'urbanisation induit une imperméabilisation des sols et une augmentation du ruissellement, réduisant ainsi la recharge de la nappe souterraine. La gestion des eaux de pluie consiste à les collecter et les infiltrer vers la nappe qui est protégée de la pollution par des processus auto-épurateurs localisés dans le sol et la zone insaturée. Les dynamiques de la matière organique et des micro-organismes ont été suivies dans les eaux de surface et les eaux souterraines en amont et en aval des trois systèmes d'infiltration (SI). Les teneurs en Carbone Organique dissous (COD) biodégradable et réfractaire ont été mesurées sur l'eau et la croissance des biofilms a été suivie à l'aide des substrats artificiels incubés dans le milieu. Le COD diminue fortement au cours de l'infiltration, mais sa fraction biodégradable demeure plus forte en aval de SI, tout comme les biofilms qui sont stimulés par les infiltrations en biomasse et en diversité. ABSTRACT Urbanization increases impervious surfaces and stormwater runoff reducing groundwater recharge. Stormwater management mainly consists in the collection of rain water and its infiltration to the aquifer, which is protected by the self-purification capacity of the soil and the unsaturated zone. The dynamics of organic matter and microorganisms were studied in surface water and in groundwater upstream and downstream of three stormwater infiltration systems (SIS). Dissolved Organic Carbon (DOC) concentrations were measured in surface and in ground waters, while biofilm dynamics were studied using artificial substrates incubated in the waters. DOC sharply decrease from surface water to the groundwater, but the biodegradable fraction of DOC was higher downstream than upstream of the SIS and the biofilms were stimulated by the infiltration for both biomass and bacterial diversity

Effluents hospitaliers et urbains : avancées dans la caractérisation physico-chimique des effluents

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Méthodologies analytiques basées sur la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse pour la quantification multi-familles de tensioactifs dans les rivières

The number of chemicals on the market is increasing every year. Moreover, they are more and more complex and the formulations contain mixtures that are finally disseminated in various compartments of the environment. Among these micropollutants, surfactants present some particularities. First, surfactants are complex mixtures of homologues and isomers whose composition depends on the raw materials and the synthesis processes used. Secondly, some, such as linear alkylbenzene sulfonates (LAS) and triethanolamine esterquats (TEAQ), are used in very large quantities, which may induce "pseudo-persistence" in the receiving environments. Finally, the fields of application of surfactants are extremely varied, ranging from domestic to industrial, agricultural and hospital, which suggests a large number of sources of transfer to the environment. The data concerning their occurrence are very heterogeneous according to the families, and some types of surfactants have never been looked for in rivers until now. The objective of this thesis was therefore to develop sensitive and reliable analytical methodologies to fill this knowledge gap concerning the occurrence of surfactants in the environment. In order to obtain sufficient sensitivity, a liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method was first optimized. Contamination of instrumental blanks, in particular by anionic surfactants, at concentrations between 0.1 µg/L and 3 µg/L was observed. As the limits of quantification (LOQ) were still too high compared to the PNEC, a pre-concentration step by solid phase extraction was developed for the analysis in river water. For sediment analysis, an ultrasound-assisted extraction was optimized and validated. With LOQs between 0.015 and 0.485 µg/L for water and between 6.4 and 158 µg/kg for sediment, the analytical performances obtained are compatible with trace analysis. The application of these methodologies to river waters and sediments sampled in France showed a high occurrence of surfactants in these media. In particular, LAS have both high quantification frequencies and high mean concentration to PNEC ratios, and therefore represent a significant risk to ecosystems.Le nombre de nouveaux produits chimiques sur le marché augmente chaque année. De surcroit, ils sont de plus en plus complexes et les formulations contiennent des mélanges qui sont finalement disséminés dans divers compartiments de l’environnement. Parmi ces micropolluants, les tensioactifs présentent quelques particularités. Tout d’abord, les tensioactifs sont des mélanges complexes d’homologues et isomères dont la composition dépend des matières premières et des procédés de synthèse utilisés. Deuxièmement, certains, comme les alkylbenzène sulfonate linéaires (LAS) et les triethanolamine esterquats (TEAQ), sont utilisés en très grandes quantités, ce qui peut faire craindre une « pseudo-persistance » dans les milieux récepteurs. Enfin, les domaines d’application des tensioactifs sont extrêmement variés, allant du domestique à l’industriel, en passant par l’agricole et l’hospitalier, ce qui suggère un grand nombre de sources de transfert vers l’environnement. Les données concernant leur occurrence sont très hétérogènes selon les familles, et certains types de tensioactifs n’ont jamais été recherchés dans les rivières jusqu’à présent. L’objectif de cette thèse est donc de développer des méthodologies analytiques sensibles et fiables qui permettent de combler ce manque de connaissance concernant l’occurrence des tensioactifs dans l’environnement. Afin d’obtenir une sensibilité suffisante, une méthode de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) a tout d’abord été optimisée. Une contamination des blancs instrumentaux, en particulier par les tensioactifs anioniques, à des concentrations comprises entre 0,1 µg/L et 3 µg/L a été observée. Les limites de quantification (LQ) étant encore trop élevées par rapport aux PNEC, une étape de préconcentration par extraction sur phase solide a été mise au point pour l’analyse dans les eaux de rivière. Concernant l’analyse des sédiments, une extraction assistée par ultrasons a été optimisée puis validée. Avec des LQ entre 0,015 et 0,485 µg/L pour les eaux et entre 6,4 et 158 µg/kg pour les sédiments, les performances analytiques obtenues sont compatibles avec l’analyse de traces. L’application de ces méthodologies à des eaux et sédiments de rivière prélevés en France a montré une forte présence des tensioactifs dans ces milieux. En particulier, les LAS présentent à la fois des fréquences de quantification et des rapports concentrations moyennes sur PNEC élevés, et représentent donc un risque important pour les écosystèmes

Analytical methodologies based on liquid chromatography-mass spectrometry for multi-family quantification of surfactants in rivers

Le nombre de nouveaux produits chimiques sur le marché augmente chaque année. De surcroit, ils sont de plus en plus complexes et les formulations contiennent des mélanges qui sont finalement disséminés dans divers compartiments de l’environnement. Parmi ces micropolluants, les tensioactifs présentent quelques particularités. Tout d’abord, les tensioactifs sont des mélanges complexes d’homologues et isomères dont la composition dépend des matières premières et des procédés de synthèse utilisés. Deuxièmement, certains, comme les alkylbenzène sulfonate linéaires (LAS) et les triethanolamine esterquats (TEAQ), sont utilisés en très grandes quantités, ce qui peut faire craindre une « pseudo-persistance » dans les milieux récepteurs. Enfin, les domaines d’application des tensioactifs sont extrêmement variés, allant du domestique à l’industriel, en passant par l’agricole et l’hospitalier, ce qui suggère un grand nombre de sources de transfert vers l’environnement. Les données concernant leur occurrence sont très hétérogènes selon les familles, et certains types de tensioactifs n’ont jamais été recherchés dans les rivières jusqu’à présent. L’objectif de cette thèse est donc de développer des méthodologies analytiques sensibles et fiables qui permettent de combler ce manque de connaissance concernant l’occurrence des tensioactifs dans l’environnement. Afin d’obtenir une sensibilité suffisante, une méthode de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) a tout d’abord été optimisée. Une contamination des blancs instrumentaux, en particulier par les tensioactifs anioniques, à des concentrations comprises entre 0,1 µg/L et 3 µg/L a été observée. Les limites de quantification (LQ) étant encore trop élevées par rapport aux PNEC, une étape de préconcentration par extraction sur phase solide a été mise au point pour l’analyse dans les eaux de rivière. Concernant l’analyse des sédiments, une extraction assistée par ultrasons a été optimisée puis validée. Avec des LQ entre 0,015 et 0,485 µg/L pour les eaux et entre 6,4 et 158 µg/kg pour les sédiments, les performances analytiques obtenues sont compatibles avec l’analyse de traces. L’application de ces méthodologies à des eaux et sédiments de rivière prélevés en France a montré une forte présence des tensioactifs dans ces milieux. En particulier, les LAS présentent à la fois des fréquences de quantification et des rapports concentrations moyennes sur PNEC élevés, et représentent donc un risque important pour les écosystèmes.The number of chemicals on the market is increasing every year. Moreover, they are more and more complex and the formulations contain mixtures that are finally disseminated in various compartments of the environment. Among these micropollutants, surfactants present some particularities. First, surfactants are complex mixtures of homologues and isomers whose composition depends on the raw materials and the synthesis processes used. Secondly, some, such as linear alkylbenzene sulfonates (LAS) and triethanolamine esterquats (TEAQ), are used in very large quantities, which may induce "pseudo-persistence" in the receiving environments. Finally, the fields of application of surfactants are extremely varied, ranging from domestic to industrial, agricultural and hospital, which suggests a large number of sources of transfer to the environment. The data concerning their occurrence are very heterogeneous according to the families, and some types of surfactants have never been looked for in rivers until now. The objective of this thesis was therefore to develop sensitive and reliable analytical methodologies to fill this knowledge gap concerning the occurrence of surfactants in the environment. In order to obtain sufficient sensitivity, a liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method was first optimized. Contamination of instrumental blanks, in particular by anionic surfactants, at concentrations between 0.1 µg/L and 3 µg/L was observed. As the limits of quantification (LOQ) were still too high compared to the PNEC, a pre-concentration step by solid phase extraction was developed for the analysis in river water. For sediment analysis, an ultrasound-assisted extraction was optimized and validated. With LOQs between 0.015 and 0.485 µg/L for water and between 6.4 and 158 µg/kg for sediment, the analytical performances obtained are compatible with trace analysis. The application of these methodologies to river waters and sediments sampled in France showed a high occurrence of surfactants in these media. In particular, LAS have both high quantification frequencies and high mean concentration to PNEC ratios, and therefore represent a significant risk to ecosystems

Méthodologies analytiques basées sur la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse pour la quantification multi-familles de tensioactifs dans les rivières

The number of chemicals on the market is increasing every year. Moreover, they are more and more complex and the formulations contain mixtures that are finally disseminated in various compartments of the environment. Among these micropollutants, surfactants present some particularities. First, surfactants are complex mixtures of homologues and isomers whose composition depends on the raw materials and the synthesis processes used. Secondly, some, such as linear alkylbenzene sulfonates (LAS) and triethanolamine esterquats (TEAQ), are used in very large quantities, which may induce "pseudo-persistence" in the receiving environments. Finally, the fields of application of surfactants are extremely varied, ranging from domestic to industrial, agricultural and hospital, which suggests a large number of sources of transfer to the environment. The data concerning their occurrence are very heterogeneous according to the families, and some types of surfactants have never been looked for in rivers until now. The objective of this thesis was therefore to develop sensitive and reliable analytical methodologies to fill this knowledge gap concerning the occurrence of surfactants in the environment. In order to obtain sufficient sensitivity, a liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method was first optimized. Contamination of instrumental blanks, in particular by anionic surfactants, at concentrations between 0.1 µg/L and 3 µg/L was observed. As the limits of quantification (LOQ) were still too high compared to the PNEC, a pre-concentration step by solid phase extraction was developed for the analysis in river water. For sediment analysis, an ultrasound-assisted extraction was optimized and validated. With LOQs between 0.015 and 0.485 µg/L for water and between 6.4 and 158 µg/kg for sediment, the analytical performances obtained are compatible with trace analysis. The application of these methodologies to river waters and sediments sampled in France showed a high occurrence of surfactants in these media. In particular, LAS have both high quantification frequencies and high mean concentration to PNEC ratios, and therefore represent a significant risk to ecosystems.Le nombre de nouveaux produits chimiques sur le marché augmente chaque année. De surcroit, ils sont de plus en plus complexes et les formulations contiennent des mélanges qui sont finalement disséminés dans divers compartiments de l’environnement. Parmi ces micropolluants, les tensioactifs présentent quelques particularités. Tout d’abord, les tensioactifs sont des mélanges complexes d’homologues et isomères dont la composition dépend des matières premières et des procédés de synthèse utilisés. Deuxièmement, certains, comme les alkylbenzène sulfonate linéaires (LAS) et les triethanolamine esterquats (TEAQ), sont utilisés en très grandes quantités, ce qui peut faire craindre une « pseudo-persistance » dans les milieux récepteurs. Enfin, les domaines d’application des tensioactifs sont extrêmement variés, allant du domestique à l’industriel, en passant par l’agricole et l’hospitalier, ce qui suggère un grand nombre de sources de transfert vers l’environnement. Les données concernant leur occurrence sont très hétérogènes selon les familles, et certains types de tensioactifs n’ont jamais été recherchés dans les rivières jusqu’à présent. L’objectif de cette thèse est donc de développer des méthodologies analytiques sensibles et fiables qui permettent de combler ce manque de connaissance concernant l’occurrence des tensioactifs dans l’environnement. Afin d’obtenir une sensibilité suffisante, une méthode de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) a tout d’abord été optimisée. Une contamination des blancs instrumentaux, en particulier par les tensioactifs anioniques, à des concentrations comprises entre 0,1 µg/L et 3 µg/L a été observée. Les limites de quantification (LQ) étant encore trop élevées par rapport aux PNEC, une étape de préconcentration par extraction sur phase solide a été mise au point pour l’analyse dans les eaux de rivière. Concernant l’analyse des sédiments, une extraction assistée par ultrasons a été optimisée puis validée. Avec des LQ entre 0,015 et 0,485 µg/L pour les eaux et entre 6,4 et 158 µg/kg pour les sédiments, les performances analytiques obtenues sont compatibles avec l’analyse de traces. L’application de ces méthodologies à des eaux et sédiments de rivière prélevés en France a montré une forte présence des tensioactifs dans ces milieux. En particulier, les LAS présentent à la fois des fréquences de quantification et des rapports concentrations moyennes sur PNEC élevés, et représentent donc un risque important pour les écosystèmes

Analyse multi-résidus de pesticides dans le miel : enjeux et défis analytiques

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Analyses multi-résidus dans le miel : enjeux et défis analytiques

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Advantages of MS/MS/MS (MRM3) vs classic MRM quantification for complex environmental matrices: Analysis of beta-lactams in WWTP sludge

International audienceWhen dealing with complex matrices such as wastewater treatment plant (WWTP) sludge or animal manure, usual MRM quantification may lack enough sensitivity or accuracy due to the presence of numerous interfering compounds co-extracted from the matrix. To circumvent the sensitivity and specificity loss, the method development can be focused on sample extraction, purification or/and optimization of the detection. In this study, we propose an enhancement of a method for the analysis of five beta-lactams (Amoxicillin, Ampicillin, Cefapirin, Ceftiofur, and Cloxacillin) in WWTP, with the use of a hybrid triple quadrupole-Linear Ion Trap (LIT) spectrometer, enabling triple stage MS acquisition, namely MRM3, in place of the usual MS/MS detection. The adaptation of various parameters such as the secondary fragmentation energy, excitation, and accumulation times of the secondly generated ion are described. The method was then validated and enabled quantification limits between 0.8 and 14.7 ng.g-1 associated with accurate quantification (between 98% and 113%). This method is the first to report the use of MRM3 acquisition in an environmental matrix as complex as sludge

Impact of pharmaceuticals discharges on the receiving environment : a two years monitoring results

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