Anion attachment negative electrospray mass spectrometry : regioselectivity study and application for improvement of steroids detection in urine matrice for antidoping in sports.

Attachement anionique en spectrométrie de masse électrospray négative : étude de la régiosélectivité et application à l'amélioration de la détection des stéroïdes en matrice urinaire pour le contrôle antidopage dans le sport.

Quentin Dumont (1)

1 IPCM - Institut Parisien de Chimie Moléculaire

Androgenic anabolic steroids that are neither acidic or basic do not provide strong signals for their analysis by electrospray mass spectrometry (ESI-MS), making their detection difficult with the use of this technique. Although some steroids can be adequately analysed by standard antidoping analytical methods, such as gas-phase chromatography mass spectrometry (GC-MS) with an electron ionization source (EI), there is nonetheless a need for the development of the method that could efficiently detect more difficult compounds, i.e. the least likely to ionize by ESI. In order to solve this problem, the chosen approach is based on addition of anions (found as ammonium salts) to anabolic steroids as principle for the development of an analytical method for the detection of those compounds. It was confirmed that the instrumental limits of detection obtained with the anions were lower compared to the same analyses without additive in positive or negative ESI. The steps for this method development based on liquid-phase chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS) are also presented. The results obtained on samples in urine matrice have shown that anion attachment brings a new promising approach for steroid detection in antidoping control. Furthermore, experiments on bifonctionnal steroids such as 5-α-pregnan-3α,20β-diol or reducted d4-17,21,21,21-pregnenolone have brought light on the factors that dictate preferential attachment of a given anion.

Les stéroïdes anabolisants androgènes peu acides ou basiques ne permettent pas d’obtenir des signaux importants lors de leur analyse par spectrométrie de masse électrospray (ESI-MS), rendant ainsi leur détection compliquée par l’utilisation de cette technique. Bien que certains stéroïdes puissent être analysés de manière adéquate avec des méthodes d’analyse antidopage classiques comme la chromatographie en phase gazeuse (GC) couplée à la MS avec une source d’ionisation électronique (EI), il reste un besoin pour le développement d’une méthode qui soit capable de détecter efficacement les composés plus difficiles, c’est-à-dire ceux qui sont moins susceptibles de s’ioniser en ESI. Pour résoudre ce problème l’approche envisagée se base sur l’addition d’anions (sous forme de sel d’ammonium) à des stéroïdes anabolisants comme principe pour le développement d’une méthode analytique de détection de ces composés. Il a été confirmé que les limites de détection instrumentales obtenues avec ces anions sont plus basses qu’en comparaison des mêmes analyses sans additif en ESI positif ou négatif. Les étapes de développement de cette méthode basée sur la chromatographie en phase liquide (LC) couplée à la MS en tandem sont également présentées. Les résultats obtenus sur des échantillons en matrice urinaire démontrent que l’attachement anionique apporte une nouvelle approche prometteuse pour la détection des stéroïdes en contrôle antidopage. De plus, des expériences sur des stéroïdes bifonctionnels comme la 5-α-pregnan-3α,20β-diol ou la d4-17,21,21,21-pregnenolone réduite ont permis de mieux appréhender les facteurs qui permettent que l’attachement préférentiel d’un anion donné puisse se faire sur une région spécifique de la molécule, i.e. que l’attachement anionique soit « régiosélectif ». La fragmentation des adduits anioniques de stéroïdes bifonctionnels en MS en tandem a montré des voies de décomposition produisant des ions produits caractéristiques de chaque anion. La détermination d’acidités en phase gazeuse obtenues par des calculs de chimie théorique a également permis d’apporter une nouvelle lumière sur le comportement des adduits anion-stéroïde.

Mots clés: Antidoping; Steroid

Mots clés: Antidopage; Stéroïde; Anion; Électrospray; Fragmentation; Chromatographie.

Domaines: Chimie analytique

Quentin Dumont. Attachement anionique en spectrométrie de masse électrospray négative : étude de la régiosélectivité et application à l'amélioration de la détection des stéroïdes en matrice urinaire pour le contrôle antidopage dans le sport.. Chimie analytique. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2015. Français. ⟨NNT : 2015PA066520⟩. ⟨tel-01343985⟩