Eau ultra-pure pour l'analyse LC-MS des pesticides

Impact des pesticides sur l'environnement et la santé humaine

Les pesticides comprennent les herbicides, les fongicides, les insecticides, les acaricides, les régulateurs de croissance des plantes et les répulsifs. Ils englobent également des produits tels que les biocides destinés à des usages non végétaux pour lutter contre les ravageurs et les vecteurs de maladies. Ces substances peuvent persister dans l’environnement, s’accumuler dans la chaîne alimentaire et potentiellement entraîner des effets néfastes sur la santé humaine et d’autres organismes.

De nombreuses études ont mis en évidence l'impact néfaste potentiel des pesticides sur les organismes non ciblés. Par exemple, certains pesticides, tels que les néonicotinoïdes¹,² comme la clothianidine, l'imidaclopride et le thiaméthoxame, se sont avérés associés à des risques pour l'environnement et la santé et ont donc été interdits d'utilisation en plein air en 2018 dans l'UE. La surveillance des niveaux de pesticides est cruciale pour contrôler leur utilisation abusive et leurs répercussions sur l'environnement, ainsi que pour garantir la santé et la sécurité publiques. Cela a été illustré par la détection de fipronil, un insecticide potentiellement nocif, dans des œufs, des ovoproduits et des poulets dans 15 pays de l'UE en 2017.³

Cadre réglementaire et contrôle de la qualité

Les réglementations en matière de pesticides varient d'un pays à l'autre, comme le souligne une étude indiquant qu'un quart des pesticides autorisés aux États-Unis sont interdits dans l'UE.⁴ Aux fins de la présente discussion, nous nous référerons aux réglementations de l'UE, car elles sont considérées comme les plus strictes au monde.

Les laboratoires de contrôle de la qualité surveillent la présence de pesticides dans les denrées alimentaires, le sol et l'eau conformément à la réglementation. Pour l'analyse des denrées alimentaires, de nombreux laboratoires se conforment au règlement européen n° 396/2005, qui fixe les limites maximales de résidus (LMR) autorisées pour les pesticides dans les denrées alimentaires et les aliments pour animaux.⁵ Pour l'analyse de l'eau, la directive-cadre sur l'eau (2000/60/CE) est la principale législation européenne qui établit un cadre pour l'action communautaire dans le domaine de la politique de l'eau (par exemple, la surveillance, la gestion et les stratégies de prévention et de contrôle de la pollution des eaux souterraines).⁶

Rôle de l'eau ultra-pure dans l'analyse des pesticides

L'analyse des pesticides est réalisée à l'aide de la LC-MS (chromatographie liquide-spectrométrie de masse) et de la GC-MS (chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse). La technique choisie dépend des propriétés physico-chimiques des molécules étudiées. Par exemple, les pesticides non polaires sont analysés par GC-MS dans l'eau potable conformément à la norme ISO/TS 28581:2012.⁷ Les pesticides organochlorés sont analysés par GC-MS dans l'eau potable, les eaux souterraines, les eaux de surface et les eaux usées, conformément à la norme ISO 6468:1996.⁸ D'autres méthodes, telles que l'E_FP417.1, impliquent l'utilisation de la LC-MS pour la détermination et la quantification des pesticides, des métabolites et des isomères dans les céréales et les produits céréaliers.⁹

Selon la technique utilisée, l'eau peut servir de blanc, de composant de la phase mobile et/ou à la préparation des échantillons, des étalons et des solutions d'étalonnage. L'utilisation d'une eau de haute qualité est donc indispensable pour garantir la cohérence et la fiabilité des résultats. Les laboratoires, en particulier ceux qui sont accrédités, s'efforcent de sélectionner des systèmes de purification de l'eau de haute qualité qui fournissent une eau de qualité constante et qui surveillent et enregistrent activement les paramètres de qualité. Cela facilite leurs analyses de quantification de routine, leurs analyses de dépistage et la traçabilité, et garantit leur fiabilité, leur productivité et leur efficacité.

Étude : Évaluation d'un système de purification d'eau Milli-Q^® pour éliminer les résidus de pesticides

Des études ont mis en évidence la présence de pesticides dans l'eau potable,¹⁰ ce qui pourrait avoir un impact sur l'eau du robinet alimentant les systèmes de purification d'eau dans les laboratoires d'essais. Conscients des défis auxquels sont confrontés les laboratoires d'analyse pour garantir la fiabilité et la cohérence de leurs analyses, nous avons mené une étude visant à démontrer que les systèmes d'eau ultra-pure Milli-Q^® peuvent fournir une eau adaptée aux expériences analytiques sensibles grâce à des technologies de purification hautement performantes, même lorsqu'ils sont confrontés à de l'eau contaminée par des pesticides.

Afin de vérifier si les systèmes de conversion de l'eau du robinet en eau pure et en eau ultrapure éliminent les pesticides, deux tests distincts ont été réalisés à deux étapes du processus de purification (Figure 1). L'eau du robinet (injection de pesticides 1) et l'eau du réservoir (injection de pesticides 2) ont chacune été enrichies avec une solution de dopage contenant environ 1 µg/L (environ 100 fois la LMR de la plupart ^des pesticides¹¹) de 17 pesticides (étalon analytique Pestanal^®). L'étalon était composé des 17 pesticides suivants : atrazine, atrazine-déséthyle, cyanazine, sébuthylazine, simazine, cyanazine, sébuthylazine, simazine, terbuthylazine, hexazinon, chlortoluron, diuron, isoproturon, linuron, méthabenztiazuron, métobromuron, métoxuron, monolinuron, métazachlore, métolachlore. Il convient de noter que la sébuthylazine n’a pas été analysée dans cette étude. L'étalon Pestanal^® a été sélectionné car il contient des composés de la famille des triazines et de l'urée, couramment analysés dans les aliments, les boissons et les échantillons environnementaux, et considérés comme des composés hautement toxiques.

Nous avons choisi d'utiliser le polisseur EDS-Pak^® au point de distribution Q-POD^® d'un système d'eau ultra-pure et pure de la série Milli-Q^® IQ 7. Ce polisseur contient un type spécifique de charbon actif dont l'efficacité a été validée pour éliminer les contaminants organiques, y compris plusieurs perturbateurs endocriniens (PE).

Des échantillons d'eau ont été prélevés après les étapes de prétraitement et de polissage du processus de purification de l'eau, puis envoyés à un laboratoire d'essais tiers accrédité pour une analyse des pesticides par LC-MS/MS. Les analyses ont été réalisées selon les méthodes décrites à la fin de l'article, dans la section consacrée à la procédure expérimentale. Les analyses ont été effectuées en double.

Résultats et discussion : Analyse des pesticides dans l'eau pure et l'eau ultra-pure

Étape de prétraitement : de l'eau du robinet à l'eau pure (type 2)

Les résultats de l'analyse LC-MS/MS ont montré qu'aucun des pesticides testés n'a pu être détecté quantitativement dans l'eau pure obtenue lors de l'étape de prétraitement (tableau 1 et figure 2, côté gauche). La limite de quantification (LOQ) se situait entre 0,01 et 0,05 µg/L, selon le pesticide étudié.

Les pesticides ont probablement été principalement adsorbés par le charbon actif contenu dans la cartouche de prétraitement. Le charbon actif possède une structure poreuse qui offre une grande surface de contact où les molécules peuvent être adsorbées grâce à des interactions intermoléculaires, telles que les forces de Van der Waals. De plus, la très petite taille des pores de la membrane semi-perméable d'osmose inverse a probablement contribué à l'élimination des pesticides.

Étape de polissage : de l'eau pure (type 2) à l'eau ultrapure (type 1)

Bien que les concentrations de pesticides aient été jugées inférieures à la limite de quantification (LOQ) dans l'eau pure, l'étape de polissage est néanmoins essentielle pour éliminer les traces de contaminants organiques et inorganiques, garantissant ainsi l'utilisation d'une eau ultrapure de haute qualité pour les analyses sensibles, telles que la LC-MS/MS.

Comme de nombreux laboratoires ne sont peut-être pas équipés de ce même procédé efficace de prétraitement de l'eau comprenant du charbon actif, l'osmose inverse et l'EDI Elix^®, nous avons donc également évalué si la combinaison de technologies au sein de l'étape de polissage d'un système de purification Milli-Q^® IQ 7 (Figure 1, côté droit) pouvait éliminer efficacement les pesticides de l'eau pure contaminée. À cette fin, nous avons introduit la solution de dopage aux pesticides dans le réservoir, puis analysé l'eau du réservoir dopée et l'eau ultrapure fraîchement distribuée ayant traversé un polisseur EDS-Pak®.

L'analyse LC-MS/MS a indiqué que la concentration de chaque pesticide était inférieure à la limite de quantification (LOQ) dans l'eau ultrapure fraîchement obtenue (tableau 1 et figure 2, à droite). Sur la base de ces données, nous concluons que la combinaison des technologies impliquées dans la production d'eau ultrapure à partir d'eau pure dans un système d'eau de la série Milli-Q^® IQ 7 permet d'obtenir une eau fraîchement produite exempte des pesticides étudiés dans ces conditions d'analyse.

Solutions complètes de purification de l'eau pour l'analyse des pesticides

Cette étude démontre l'efficacité des technologies de purification intégrées aux systèmes de traitement de l'eau de la série Milli-Q^® IQ 7 [à savoir Milli-Q^® IQ 7003/7005/7010/7015 (de l'eau du robinet à l'eau pure et ultrapure) et Milli-Q^® IQ 7000 (de l'eau pure à l'eau ultrapure)], ainsi que le polisseur EDS-Pak^® au point de distribution, permettent d'éliminer efficacement les pesticides, même dans des conditions difficiles.

L'eau ultra-pure de haute qualité obtenue à partir des systèmes de la série Milli-Q^® IQ 7 est parfaitement adaptée aux expériences analytiques critiques, même dans les zones géographiques où l'eau du robinet peut contenir des pesticides. Les laboratoires de contrôle qualité chargés de l'analyse des pesticides dans l'eau potable, les fruits et légumes, les plantes médicinales, les échantillons environnementaux, entre autres types d'échantillons, peuvent compter en toute confiance sur un système Milli-Q^® IQ de paillasse équipé d'un EDS-Pak^® au point de distribution pour garantir qu'aucune quantité détectable de pesticides ne sera présente dans l'eau ultra-pure utilisée pour leurs analyses.

Une gamme de solutions de purification de l'eau est disponible pour répondre aux besoins des scientifiques qui analysent les pesticides et travaillent dans des laboratoires d'analyse environnementale et alimentaire.

Procédure expérimentale

Les analyses ont été réalisées par un laboratoire tiers accrédité (Laboratoire GIRPA, Beaucouzé, France).

Analyse par injection directe d'échantillon

Les échantillons ont été analysés le jour même de leur réception. Ils ont été homogénéisés manuellement pendant 30 secondes et dilués, si nécessaire, conformément à la procédure interne. Les courbes d'étalonnage ont été établies dans une plage comprise entre 0,1 et 50 µg/L. Les échantillons ont été injectés selon les paramètres décrits dans le tableau 2.

Analyse des échantillons concentrés

Les pesticides ont été extraits au cours de trois extractions successives à l'aide d'une solution de dichlorométhane/acétate d'éthyle à 80/20. Le pH a été ajusté à 7 à l'aide d'une solution d'hydroxyde de sodium 10 M, puis la phase organique a été recueillie. Une solution d'acide orthophosphorique à 85 % a été ajoutée à la phase aqueuse. Des traceurs d'extraction ont été ajoutés au mélange pour quantifier le dosage, puis 30 g de chlorure de sodium ont été ajoutés dans 500 mL de la solution. Toutes les fractions ont été recueillies et placées à -18 °C afin d'éliminer toute trace d'eau à l'aide d'un filtre mécanique. La solution a été concentrée à l'aide d'un rotavapor et une aliquote a été ajoutée à une solution 50/50/0,1 v/v/v d'eau ultrapure/méthanol/acide acétique (par échange avec de l'acétate d'éthyle sous flux d'azote) en vue de l'analyse par LC-MS/MS. Des étalons internes ont été ajoutés pour garantir la précision, l'exactitude et la fiabilité. Le tableau 3 présente les paramètres utilisés pour l'analyse par LC-MS/MS.