Quantification des fluoroquinolones, du triclosan et du triclocarban dans les eaux usées et les biosolides par SPE en ligne couplée à l’UHPLC MS/MS

Abstract

Les répercussions de la propagation de la résistance aux antimicrobiens (RAM) sont préoccupantes et requièrent une mobilisation mondiale coordonnée et urgente. L’utilisation de biosolides contaminés en tant qu’engrais dans le cadre de l’économie circulaire favorise le retour des produits pharmaceutiques consommés par les humains aux sols agricoles, créant une voie de contamination connue sous le nom de « feces-to-farm » (des excréments à la ferme). Ce mémoire se concentre sur la quantification de 33 produits pharmaceutiques dans les sous-produits des stations de traitement des eaux usées (STEP) comme source potentielle de dissémination de la RAM. À cette fin, deux méthodes analytiques ont été développées, utilisant la SPE en ligne couplée à l'UHPLC-MS/MS, pour l’analyse simultanée et ciblée des 33 composées dans les eaux usées, les boues et les biosolides. Les composés ciblés comprennent 31 antibiotiques de la famille des fluoroquinolones ainsi que deux antibactériens le triclosan (TCS) et le triclocarban (TCC). Les méthodes mises au point ont été validées dans les matrices correspondantes, et leurs limites spécifiques de détection (LOD) et de quantification (LOQ) étaient jusqu'à 400 fois inférieures à celles des méthodes rapportées dans la littérature, utilisant une instrumentation similaire et visant un nombre restreint d'antibiotiques dans les deux matrices. En outre, la méthode développée pour l'analyse des échantillons d'eaux usées permet une analyse directe, sans nécessiter d'étape de préparation d’échantillon manuelle, contrairement aux techniques disponibles dans la littérature. L'extraction des échantillons de biosolides a été réalisée grâce à une extraction assistée par ultrasons (UAE). Les méthodes développées se distinguent par leur grande sensibilité, une large gamme de linéarité (de 10 ng·L⁻¹ à 5 µg·L⁻¹ et de 0,6 µg·kg⁻¹ à 1 mg·kg⁻¹), ainsi qu'une grande précision, avec des RSD inférieurs à 3 % pour la majorité des antibiotiques ciblés. Les méthodes ont été mises en œuvre avec succès pour la quantification des antimicrobiens ciblés dans des échantillons de biosolides ainsi que dans des échantillons d'eaux usées d’influents d’effluents, provenant de 12 STEPs situées dans 6 provinces canadiennes. Les résultats révèlent la présence d'antibiotiques FQs, ainsi que les agents antibactériens TCS et TCC dans l'ensemble des échantillons analysés. Les concentrations observées dans les biosolides variaient de 0,96 μg·kg⁻¹ à 4,4 mg·kg⁻¹ pour les FQs, de 1,9 à 10 mg·kg⁻¹ pour le TCS, et de 3,4 à 1,3 mg·kg⁻¹ pour le TCC. En revanche, les concentrations dans les échantillons d'eaux usées étaient plus faibles, allant de 12 à 73 ng·L⁻¹ pour les FQs, de 4 à 35 ng·L⁻¹ pour le TCS et de 24 à 44 ng·L⁻¹ pour le TCC. The impact of the spread of antimicrobial resistance (AMR) is alarming and requires urgent and coordinated global mobilization. The use of contaminated biosolids as fertilizer within the circular economy initiative promotes the return of pharmaceuticals consumed by humans to agricultural soils, creating a contamination pathway known as “feces-to-farm”. This thesis focuses on the quantification of pharmaceuticals in wastewater treatment plant (WWTP) by-products as a potential source of AMR dissemination. To this end, two analytical methods have been developed, using on-line SPE coupled to UHPLC-MS/MS, for the simultaneous analysis of 33 targeted pharmaceuticals in wastewater, sludge and biosolids. Targeted compounds include 31 different fluoroquinolones antibiotics as well as two antimicrobials, triclosan (TCS) and triclocarban (TCC). The methods developed have been validated in the corresponding matrices, and their specific limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) were up to 400 times lower than those of methods reported in the literature using similar instrumentation, while targeting a smaller number of antibiotics. The method developed for the analysis of wastewater samples enables direct analysis, without a manual preparation step, unlike most techniques in the literature. Biosolids samples were extracted using ultrasonic-assisted extraction (UAE). Both methods feature high sensitivity, a wide linearity range (10 ng·L-1 – 5.0 μg·L-1 and 0.6 μg·kg-1 - 1 mg·kg-1), and high precision, with RSDs below 3% for most of the targeted antibiotics. The developed methods were successfully applied to the quantification of the targeted pharmaceuticals in biosolids samples as well as in influent and effluent wastewater samples from 12 wastewater treatment plants located in 6 Canadian provinces. The results reveal the presence of fluoroquinolone antibiotics, as well as antimicrobial agents such as TCS and TCC in all the samples analyzed. Concentrations in biosolids ranged from 0.96 mg·kg-1 to 4.4 mg·kg-1 for fluoroquinolones (FQ), from 1.9 to 10 mg·kg-1 for TCS, and from 3.4 to 1.3 mg·kg-1 for TCC. In contrast, concentrations in wastewater samples were lower, ranging from 12 to 73 ng·L-1 for fluoroquinolones, 4 to 35 ng·L-1 for TCS and 24 to 44 ng·L-1 for TCC.