Noget i vandet
af Richard Jack, Jeff Rohrer og Andy Eaton
med den øgede anvendelse af ikke-gasformige former for klor til desinfektion af drikkevand har bekymringer over potentielle sundhedsmæssige virkninger af eksponering for desinfektionsbiprodukter (dbps) som chlorat skabt stor opmærksomhed. Dette har resulteret i, at chlorat tjener en plads på US Environmental Protection Agency ‘s (EPA’ s) Contaminant Candidate List 3 (CCL3) og efterfølgende gør sin vej ind i agenturets uregulerede Forureningsovervågningsregel tre (UCMR3) program.
de seneste resultater fra det igangværende UCMR3-program indikerer, at mange drikkevandsforsyninger i hele USA overstiger 210-sundhedsreferenceniveauet for chlorat, og nogle overstiger endda Verdenssundhedsorganisationens (hvem) retningslinje på 700-Porter/L. selvom den endelige beslutning om at regulere chlorat er flere år væk, antyder de nuværende resultater, at chlorat vil være en stærk kandidat til potentiel regulering i USA, og at mange forsyningsselskaber kan have et overholdelsesproblem.
kilder til chlorat
chlorater kan opstå i drikkevand fra brugen af chlordiokse som desinfektionsmiddel. Mens mange vandforsyninger nu foretrækker at bruge osomon, er der flere, der stadig bruger mindre effektive metoder som f.eks. Sidstnævnte kan hurtigt nedbrydes til chlorit, chlorat og chlorid, selv i behandlet vand. Ud over desinfektionspraksis kan kilder til chlorat i drikkevand også omfatte blegemidler, der anvendes i papirmasse -, papir-og tekstilindustrien samt i melforarbejdning. Ifølge USA. Food and Drug Administration (FDA) betragtes som et stof i kontakt med fødevarer, mens natriumchloritbaserede systemer anvendes til antimikrobielle anvendelser i fjerkræ -, frugt-og grøntsagsforarbejdning.1
chlorat kan også indføres i miljøet ved dets anvendelse som et ikke-selektivt herbicid til flere afgrøder.2 da det imidlertid ikke er sandsynligt, at det adsorberes til jord, har det et stort afstrømningspotentiale, hvilket kan have en betydelig indvirkning på vandveje.
toksicitet
forbrug af høje niveauer af chlorat kan sprænge erytrocytcellemembraner, hvilket forringer blodets evne til at transportere ilt. Dette efterfølges af den irreversible dannelse af methemoglobin ved iltning af frit hæmoglobin i blodet. Niveauer af natriumchlorat så lavt som 600 mg chlorationer pr.3 chlorat har også vist sig at inducere kromosomskade på plantesystemer4 og skjoldbruskkirtelneoplasmer hos rotter.5 med sådanne konsekvenser skal chloratniveauerne overvåges nøjagtigt.
Chloratprævalens og regulering
US EPA har oprettet programmet Unregulated Contaminant Monitoring Rule (UCMR) til at indsamle data for mistænkte forurenende stoffer i drikkevand, der ikke har sundhedsbaserede standarder i henhold til loven om sikkert drikkevand. Hvert femte år udvikler EPA en ny liste over UCMR-forurenende stoffer med data for den næste cyklus af UCMR (UCMR3), der skal indsamles i hele 2016. UCMR3 vil undersøge lavere niveauer af kemikalier end i tidligere cyklusser med minimale rapporteringsniveauer (MRL ‘er) baseret på analytiske evner snarere end biologisk påvirkning, som ofte ligger under de nuværende sundhedsreferenceniveauer (HRL’ er).
MRL ‘ en for chlorat anvendt til UCMR3 er konservativt fastsat til 20 kg/L, og HRL er 210 kg/L. EPA har fastsat en daglig referencedosis på 0,03 mg pr.kg legemsvægt (0,03 mg/kg / dag).
Chloratdata fra UCMR3-programmet til dato (Se tabel 1) Inkluderer næsten 55.000 prøver fra 4.749 offentlige vandsystemer, hvor mange overstiger MRL-og HRL-koncentrationerne. Faktisk har 37 procent af de elektriske kraftvarmeværker og næsten 15 procent af de samlede prøver chlorat over referencekoncentrationen. Dette er en langt højere procentdel end nogen anden forurening målt i tidligere Ucmr ‘ er, hvilket tyder på, at mange mennesker kunne drikke vand med højere end anbefalede chloratniveauer.
høje niveauer af chlorat er knyttet til den type desinfektionsmiddel, der anvendes af vandsystemet, med dem, der bruger bulkhypochlorit eller onsite generation af hypochlorit, der oplever hyppigere forhøjede chloratniveauer end dem, der bruger mere effektiv (men dyrere) klorgas. Uanset hvilken metode der vælges, forekommer produktionen af høje niveauer af chlorat, uanset om faciliteterne bruger frit klor eller chloraminer, og er mere relateret til selve klorens kilde end desinfektionspraksis.
Chloratbestemmelse
det er i øjeblikket ikke muligt at fjerne chlorationer, når de først er dannet i drikkevand, så det er bydende nødvendigt at detektere spormængder af chlorat, og der er mange globale reguleringsmetoder tilgængelige. EPA 300.0 og 300.1, ISO 15061 og ASTM D6581-metoderne bruger alle ionkromatografi (IC) med undertrykt ledningsevnedetektion.
EPA-metode 300.0 er anerkendt som standard IC-metoden til uorganisk anionanalyse af reagens, jord, overflade, drikke og spildevand. Denne metode specificerer brugen af en manuelt fremstillet carbonateluent, en Termovidenskabelig Kurt-dioneks-Kurt AS9-søjle og undertrykt konduktivitetsdetektion. Dette opnåede en metodedetekteringsgrænse (MDL) på 3 liter/l chlorat i reagensvand (7,1 minutters retentionstid).
en efterfølgende revision, EPA-metode 300.1, anvender en analytisk kolonne6 med højere kapacitet og opnår MDL ‘ er så lave som 0,78 liter / L under betingelser med høj ionstyrke. Da metoden blev skrevet over 15 år siden, har også vist sig at opfylde sine krav. Begge eluenter kan fremstilles manuelt eller genereres elektrolytisk ved hjælp af et reagensfrit ionkromatografi (RFIC) system.
forbedring af EPA-metoden 300.1 kolonne og eluenter
de seneste fremskridt inden for kolonneteknologi tilbyder nye detektionsmuligheder. Anionbytningskolonner med høj kapacitet betyder, at der kan lægges mere anionisk masse på søjlen, hvilket muliggør lettere påvisning af sporanioner såsom chlorat i nærvær af almindelige interfererende anioner som chlorid, carbonat og sulfat. For eksempel blev den Thermo Scientific-kolon Ionpac AS23 udviklet ved hjælp af en unik polymerteknologi for at opnå en kapacitet på 320 KP/kolonne (4 KP 250 mm kolonne).
Hydroksideluenter har også vist sig effektive til bestemmelse af spor DBPs i drikkevand. Ved anvendelse af carbonateluenter er undertrykkelsesproduktet kulsyre, som er mindre ledende end carbonat, men stadig bidrager til baggrundsledningsevne, hvilket sænker følsomheden. På den anden side er undertrykkelsesproduktet af vand, hvilket sænker baggrundsledningsevnen og forbedrer analytfølsomheden. Det er påvist, at en hydroksidselektiv søjle (Thermo Scientific Dioneks Dionpac AS19) opfylder eller overgår kravene i metode 300.1.
Reagensfrie Ionkromatografisystemer
EPA-metoder 300.0 og 300.1 har traditionelt brugt en manuelt forberedt eluent; imidlertid har analytisk følsomhed og reproducerbarhed vist sig at forbedre sig med et RFIC-system. Dette eliminerer behovet for manuelt at forberede og afgas eluenten ved at kombinere elektrolytisk eluentgenerering med selvregenererende undertrykkelse. Ved elektrolytisk at producere eluenter af høj kvalitet fra deioniseret vand har RFIC-systemer vist forbedret ydeevne til spor DBP-detektion. For nylig er ionpac AS23-kolonnen blevet brugt til at bestemme sporkoncentrationer af chlorat, bromat og chlorit i drikkevand7, der viser, hvordan elektrolytisk genererede hydroksideluenter Letter forbedret adskillelse og detektionsgrænse (se Fig. 1). Derudover tillader præcis styring af strøm gentagelige koncentrationer og gradienter for forbedret Reproducerbarhed. Eluenter genereret online fra deioniseret vand automatiserer en besværlig opgave, hvilket forbedrer både brugervenlighed og reproducerbarhed mellem analytikere og laboratorier.
konklusion
i løbet af de sidste 20 år er chlorater og andre DBPs blevet nøje overvåget og reguleret på grund af deres kendte toksicitet. For at vurdere deres udbredelse og dannelse skal robuste og følsomme analysemetoder udvikles, så overvågningen er let og ligetil. På denne måde kan tillid til prævalens etableres, så der kan træffes fornuftige lovgivningsmæssige beslutninger. Da drikkevandets Ioniske styrke kan variere, kan overvågning ved lave niveauer af larg/L blive udfordrende. Ionkromatografi er blevet demonstreret som en alsidig teknik til overvågning af overholdelse af chlorat og andre DBPs i drikkevand. Gennem brug af undertrykt ledningsevnedetektion er IC blevet bevist som en effektiv teknik til chloratdetektion og er blevet valideret og godkendt af EPA til overvågning af overholdelse.
om forfatterne
Richard F. Jack er direktør for environmental and industrial vertical marketing hos Thermo Fisher Scientific Inc. Han arbejder med regulerende agenturer rundt om i verden for at udvikle analytiske metoder compliance overvågning. Richard er medforfatter til EPA 557 og har også udarbejdet flere ASTM-metoder.Andy Eaton er teknisk direktør og vicepræsident for Eurofins Eaton Analytical Inc. Hans laboratorium har udført UCMR-overvågning for mere end 400 forsyningsselskaber over hele landet og for USEPA siden 2001. Andy har adskillige publikationer og præsentationer om UCMR og DBP overvågning.Jeff Rohrer er direktør for applikationsudvikling hos Thermo Fisher Scientific. Han rådgiver og gennemgår arbejdet i andre kromatografilaboratorier hos Thermo Fisher Scientific. Han har skrevet 70 fagfællebedømte publikationer.
1. United States Food and Drug Administration, “Chlorate Environmental Assessment,” 2011.
2. Program for pesticidstyring, “et Pesticidinformationsprojekt: natriumchlorat”, 1995.
3. Sheahan, B. J., et al., “Eksperimentel natriumchloratforgiftning hos hunde., “Res. Dyrlæge. Sci., vol . 12, nr. 4, (2005) 387-9.
4. Feretti, D., et al., “Evaluering af chlorit-og chloratgenotoksicitet ved hjælp af plantebioassays og in vitro DNA-skadetest., “Vand Res., vol. 42, nr. 15, s. (2008) 4075-82.
5. 7775-09-9) hos f344/n rotter og b6c3f1 mus (drikkevandsstudier)., “Natl. Toksikol. Program Tech. Rep. Ser.,(2005) 517: 1-255.
6. United States Environmental Protection Agency, metode 300.1 bestemmelse af uorganiske anioner i drikkevand ved Ionkromatografi – Revision 1.0, 1997.
7. DeBorba, B. Og J. Rohrer, ” bestemmelse af sporkoncentrationer af chlorit, bromat og chlorat i naturligt mineralvand på flaske,” Thermo Fisher Scientific Application Note 184, 2015.
mere vandverden aktuelt emne artikler
mere vandverden arkiver Issue artikler