Analytics of endocrine disrupting chemicals in environmental matrices

De laatste jaren is er een toenemende maatschappelijke bezorgdheid en wetenschappelijke discussie ontstaan rond de verspreiding en de mogelijke effecten van stoffen met een vermoedelijke of bekende hormoonverstorende werking. Het huidige doctoraatsonderzoek kadert binnen deze problematiek en beschrijft de ontwikkeling en validatie van meetmethoden voor de detectie van oestrogenen en chlorotriazine pesticiden in verschillende milieumatrices zoals water, sediment, materie in suspensie en aquatische organismen. Meer specifiek wordt de methodiek voor de detectie van lage ng.l-1 of ng.g-1 concentraties van deze hormoonverstorende stoffen (HVS) in verschillende complexe matrices beschreven. Verder ook wordt er ook een overzicht gegeven van het voorkomen van deze stoffen in een estuarien ecosysteem zoals het Schelde estuarium (België-Nederland). In hoofdstuk I wordt een inleiding gegeven tot de problematiek van hormoonverstoring en de recente ontwikkelingen in de milieuchemie. Dit doctoraatsonderzoek werd uitgevoerd binnen een interdisciplinair onderzoeksproject, Endis-Risks. Dit 4-jarig project had tot doel het bestuderen van het voorkomen van, de blootstelling aan en de mogelijke effecten van HVS in het Schelde estuarium. In dit onderzoekswerk wordt de nadruk gelegd op 2 groepen van HVS, namelijk de oestrogenen en de chlorotriazine pesticiden. Om een idee te krijgen van de mogelijke risico’s verbonden aan de aanwezigheid van deze stoffen in het milieu wordt een overzicht gegeven van hun chemische eigenschappen, hun gebruik, hun voorkomen in het milieu en de wetgeving hieromtrent en/of omtrent het misbruik in de vetmesterij. Als laatste in dit hoofdstuk wordt de risicoschatting procedure behandeld. In hoofdstuk II.1. wordt de ontwikkeling en de validatieprocedure beschreven van een GC-EI-MS-MS methode die de routine analyse van 4 oestrogenen (E1, E2, E3 en EE2) in milieuwaterstalen in het lage ng.l-1 gebied toelaat. Deze methode omvat extractie met behulp van speedisk extractie en detectie met gaschromatografie gekoppeld aan massaspectrometrie in electron impact mode (GC-EI-MS-MS). Daarnaast worden de eigenschappen van de methode zoals terugvinding, specificiteit, precisie, kalibratie, detectielimieten en stabiliteit van de componenten beschreven voor elk van de oestrogenen die onderzocht werden. Toepassing van deze Belac geaccrediteerde methode voor de analyse van waterstalen van het Schelde estuarium toonde aan dat oestrone (E1), het afbraakprodukt van oestradiol (E2), het belangrijkste natuurlijke oestrogeen, het meest frequent en in de hoogste concentraties werd gevonden. In hoofdstuk II.2. worden de resultaten van 4 jaar (2002-2005) onderzoek betreffende het voorkomen van oestrogenen in het Schelde estuarium (België-Nederland) beschreven. Extractie van de waterstalen werd uitgevoerd met behulp van speedisk extractie zoals beschreven in hoofdstuk II.1.. Materie in suspensie, sediment en biota stalen werden geëxtraheerd met behulp van Accelerated Solvent Extraction (ASE). Extracten werden verder geanalyseerd met behulp van GC-EI-MS-MS. In alle matrices die in beschouwing werden genomen, nl. water, materie in suspensie, sediment en biota werden oestrone (E1) en oestradiol (E2) gevonden, waarbij E1 het vaakst en in de hoogste concentraties. Concentraties van oestriol (E3), het afbraakproduct van E1 en ethinylestradiol (EE2), het meest prominente oestrogeen in contraceptiva, waren lager dan de detectielimiet. Deze studie toonde aan dat de oestrogeen concentraties in het Schelde estuarium van dezelfde grootte-orde zijn als deze die beschreven zijn voor (zoetwater) oppervlaktewater en afvalwaters. In hoofdstuk II.3. wordt een case-study beschreven betreffende de detectie van oestrogenen in een ongekend waterstaal, verdacht voor het bevatten van groeipromotoren. Hiervoor werden verschillende analytische methoden aangewend. Ten eerste werden in vivo muistesten uitgevoerd waarbij dit ongekend waterstaal werd toegediend aan muizen via drinkwater en onderhuids inspuiten. Daarnaast werd er een in vitro screening uitgevoerd met de Yeast Estrogenic Screen (YES)-test. Na extractie van het staal door middel van speedisk extractie (gebaseerd op de methode beschreven in hoofdstuk II.1.) en HPLC-fractionatie werden de stalen geanalyseerd met behulp van gaschromatografie en vloeistofchromatografie gekoppeld aan massaspectrometrie (GC- en LC-MS-MS). In dit waterstaal werden uiteindelijk ng.l-1 concentraties gedetecteerd van E1 en EE2. Hoofdstuk II.4. beschrijft de ontwikkeling van een routine methode voor de detectie van ng.l-1 niveaus van EGAs (oestrogenen, gestagenen en androgenen) en corticosteroïden in waterige stalen (zoals vb. drinkwater en/of supplementen) die op de zwarte markt verkocht worden. Hiervoor werden stalen geëxtraheerd met behulp van speedisk extractie en gefractioneerd met behulp van HPLC-fractionatie (cfr. Hoofdstukken II.1. en II.3.). Screening voor EGAs werd uitgevoerd met GC-EI-MS-MS en voor corticosteroïden met behulp van gaschromatografie gekoppeld aan massaspectrometrie in de negatieve chemische ionisatie mode (GC-NCI-MS). Voor de corticosteroïden werd, indien het staal verdacht was voor dexamethasone (Dxm) of betamethasone (Btm), vloeistofstofchromatografie gekoppeld aan massaspectrometrie (LC-ESI-MS-MS) ingezet ter bevestiging. Dit onderzoek toonde aan dat de combinatie van GC- en LC-MS-MS de detectie van steroïdhormonen in lage ng.l-1 concentraties in ongekende waterige stalen mogelijk maakt. In dit hoofdstuk worden 2 case-studies beschreven waarbij medroxyprogesterone acetaat (MPA) en Btm werden teruggevonden in verdachte waterstalen aan lage ng.l-1 concentraties. In hoofdstuk III wordt het voorkomen van de chlorotriazine herbiciden atrazine, simazine en terbutylazine in de verschillende matrices van het Schelde estuarium beschreven over een periode van 4 jaar (2002-2005). Deze studie toonde aan dat, in de waterstalen, atrazine het vaakst en in de hoogste concentraties werd gevonden, gevolgd door simazine en terbutylazine. Ook in de materie in suspensie werden atrazine en simazine aan lage ng.g-1 concentraties gedetecteerd. Sporen van deze herbiciden werden teruggevonden in sedimenten, doch aan niveaus beneden de detectielimiet. Als laatste werd de toxiciteit van atrazine voor Neomysis integer, een mysidsoort in het Schelde estuarium, bestudeerd. Hiervoor werden N. integer juvenielen (< 24 u oud) blootgesteld aan verschillende atrazine concentraties om de acute (mortaliteit) en chronische effecten op vervelling en groei te evalueren. Deze studie toonde aan dat atrazine toxisch kan zijn voor deze mysids doch dat bij blootstelling aan concentraties die gemeten werden in het Schelde estuarium mogelijks geen mortaliteit en effecten op de groei optreden. In hoofdstuk V worden de algemene conclusies en toekomstperspectieven van dit doctoraatsonderzoek geformuleerd. Samenvattend kan gesteld worden dat het hoofddoel van dit onderzoek de detectie van HVS was, in het lage ng.l-1 of ng.g-1 concentratiegebied en in verschillende complexe matrices

Comparison of steroid hormone concentrations in domestic and hospital wastewater treatment plants

Influent and effluent samples originating from two wastewater treatment plants (WWTPs) (treating hospital wastewater and domestic wastewater, Belgium) have been analyzed in order to estimate their steroid hormone content. The natural estrogens estrone (E1), 17 beta-estradiol (E2), and the synthetic 17 alpha-ethinylestradiol (EE2) together with other steroid hormones progesterone (P) and testosterone (T) metabolites were detected in these samples. The hormone concentrations in both the hospital and the domestic WWTP samples were not significantly different and ranged from 100 ng P/L. E2 was detected once at a concentration of 17 ng/L. In the domestic WWTP which comprises a conventional activated sludge treatment in parallel with a membrane bioreactor, no differences in estrogen removal efficiency could be observed for both treatments. In comparison to chemical analysis data, the Yeast Estrogen Screen (YES) appears to underestimate the influent estrogen concentrations, probably due to influent toxicity for the YES. Effluent estrogen concentrations, on the other hand, were overestimated by the YES test, probably due to the presence of other estrogenic compounds in the effluent

Detection of macrocyclic lactones in porcine liver, meat and fish tissue using LC-APCI-MS-MS

A selective and sensitive method for the simultaneous determination of five avermectins (abamectin, ivermectin, doramectin, emamectin and eprinomectin) and one milbemycin (moxidectin) in porcine liver, bovine meat and fish tissue was developed. The method involved extraction with acetonitrile and purification by C18 solid-phase extraction. Detection was carried out using liquid chromatography coupled to multiple mass spectrometry (LC-MS2) equipped with APCI in the negative mode. This method was validated according to the requirements of Commission Decision EC/2002/657 (Implementing Council Directive 96/23/EC concerning the performance of analytical methods and the interpretation of results. Off J Eur Commun. L221: 8-36.). In addition to the linear response (R2 between 59 and 97%), good repeatability (CV between 20 and 35%), reproducibility (CV between 20 and 35%) and detection (CC) and quantification (CC) limits were obtained for all compounds in all matrices considered