Jotain vedessä

Richard Jack, Jeff Rohrer ja Andy Eaton

muiden kuin kaasumaisten kloorin muotojen lisääntynyt käyttö juomaveden desinfioinnissa on herättänyt paljon huomiota kloraatin kaltaisille desinfioinnin sivutuotteille altistumisen mahdollisista terveysvaikutuksista. Tämä on johtanut siihen, että kloraatti ansaitsee paikan Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston (EPA: n) Contaminant Candidate List 3: ssa (CCL3) ja sen jälkeen tiensä viraston sääntelemättömään Contaminant Monitoring Rule Three (UCMR3) – ohjelmaan.

meneillään olevan UCMR3-ohjelman tuoreimmat tulokset osoittavat, että monet juomavesilaitokset kaikkialla Yhdysvalloissa ylittävät kloraatin terveysviitetason 210 µg/L, ja jotkut jopa ylittävät Maailman terveysjärjestön (WHO) ohjeen 700 µg / l.vaikka lopullinen päätös kloraatin säätelystä on useiden vuosien päässä, nykyiset tulokset viittaavat siihen, että kloraatti on vahva ehdokas mahdolliseksi sääntelyksi Yhdysvalloissa ja että monilla laitoksilla voi olla vaatimustenmukaisuusongelma.

kloraatin lähteitä

Kloraatteja voi syntyä juomavedessä klooridioksidin käytöstä desinfiointiaineena. Vaikka monet vesilaitokset käyttävät nykyään mieluummin otsonia, on monia, jotka käyttävät edelleen vähemmän tehokkaita menetelmiä, kuten ultraviolettivaloa tai klooridioksidia. Jälkimmäinen voi nopeasti hajota kloriitiksi, kloraatiksi ja kloridiksi myös käsitellyssä vedessä. Desinfiointikäytäntöjen lisäksi juomaveden kloraattilähteisiin voivat kuulua myös sellu -, paperi-ja tekstiiliteollisuudessa sekä jauhojen jalostuksessa käytettävät valkaisuaineet. U. S. Food and Drug Administration (FDA), klooridioksidia pidetään elintarvikkeiden kanssa kosketuksiin joutuvana aineena, kun taas natrium-kloriittipohjaisia järjestelmiä käytetään antimikrobisissa sovelluksissa siipikarjan, hedelmien ja vihannesten käsittelyssä.1

Kloraattia voi myös kulkeutua ympäristöön, kun sitä käytetään useiden viljelykasvien epäselektiivisenä rikkakasvien torjunta-aineena.2 koska se ei todennäköisesti adsorboidu maaperään, sen valumapotentiaali on suuri, mikä voi vaikuttaa merkittävästi vesistöihin.

toksisuus

suuren kloraattipitoisuuden nauttiminen voi rikkoa punasolujen solukalvoja, mikä heikentää veren hapenkuljetuskykyä. Tätä seuraa methemoglobiinin peruuttamaton muodostuminen hapettamalla vapaata hemoglobiinia veressä. Natriumkloraattia niinkin vähän kuin 600 mg kloraatti-ioneja painokiloa kohti voi olla tappavaa.3 kloraatin on myös osoitettu aiheuttavan kromosomivaurioita kasvien järjestelmissä4 ja kilpirauhasen kasvaimiin rotilla.5 tällaisilla seurauksilla kloraattipitoisuuksia on seurattava tarkasti.

kloraatin esiintyvyys ja sääntely

Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto on perustanut sääntelemättömän kontaminanttien Valvontasäännön (Ucmr), jonka tarkoituksena on kerätä tietoja juomavedessä esiintyvistä epäillyistä kontaminanteista, joilla ei ole Terveysperusteisia standardeja Safe Drinking Water Act (SDWA)-lain nojalla. EPA laatii joka viides vuosi uuden luettelon ucmr: n vierasaineista, joka sisältää tiedot ucmr: n seuraavaa sykliä (UCMR3) varten, jotka on kerättävä vuoden 2016 aikana. UCMR3: ssa tutkitaan alhaisempia kemikaalipitoisuuksia kuin aiemmissa sykleissä, ja Vähimmäisraportointitasot (MRL-arvot) perustuvat pikemminkin analyyttisiin ominaisuuksiin kuin biologisiin vaikutuksiin, jotka ovat usein alle nykyisten terveysviitearvojen.

UCMR3: ssa käytettävän kloraatin MRL-arvo on konservatiivisesti 20 µg/L ja HRL-arvo 210 µg/L. EPA on määrittänyt vuorokausiannokseksi 0, 03 mg painokiloa kohti (0, 03 mg/kg / vrk).

Kloraattitiedot UCMR3-ohjelmasta tähän mennessä (KS.Taulukko 1) sisältävät lähes 55 000 näytettä 4 749 julkisesta vesijärjestelmästä (PWS), joista monet ylittävät MRL-ja HRL-pitoisuudet. Itse asiassa 37 prosentissa PWS: stä ja lähes 15 prosentissa kokonaisnäytteistä on kloraattia yli viitepitoisuuden. Tämä on paljon suurempi prosenttiosuus kuin mikään muu vieras aine mitattu aiemmissa UCMRs, mikä viittaa siihen, että monet ihmiset voisivat olla juomaveden korkeampi kuin suositeltu kloraatti tasot.

korkeat kloraattipitoisuudet liittyvät vesistössä käytettävään desinfiointiainetyyppiin, sillä bulkkihypokloriittia tai hypokloriittia paikan päällä tuottavilla henkilöillä kloraattipitoisuudet ovat useammin koholla kuin tehokkaampaa (mutta kalliimpaa) kloorikaasua käyttävillä. Riippumatta siitä, mikä menetelmä valitaan, korkean kloraattipitoisuuden tuotanto tapahtuu riippumatta siitä, käytetäänkö laitoksissa vapaata klooria tai kloramiineja, ja se liittyy enemmän itse kloorin lähteeseen kuin desinfiointikäytäntöön.

Kloraattimääritys

kloraatti-ioneja ei ole tällä hetkellä mahdollista poistaa, kun ne ovat muodostuneet juomavedessä, joten kloraattijäämien havaitseminen on välttämätöntä ja käytössä on monia maailmanlaajuisia säätelymenetelmiä. EPA 300.0 – ja 300.1 -, ISO 15061-ja ASTM D6581-menetelmissä käytetään ionikromatografiaa (IC), jossa on tukahdutettu johtavuusdetektori.

EPA-menetelmä 300.0 on standardoitu IC-menetelmä reagenssin, maa -, pinta -, juoma-ja jätevesien epäorgaaniseen anionianalyysiin. Tämä menetelmä määrittää manuaalisesti valmistetun karbonaattieluentin, Thermo Scientific™ DIONEX™ AS9-sarakkeen ja suppenevan johtavuuden tunnistuksen käytön. Tällä saavutettiin menetelmän osoitusraja (MDL) 3 µg/L kloraattia reagenssivedessä (7,1 minuutin retentioaika).

myöhemmässä versiossa, EPA-menetelmässä 300.1, käytetään suurempikapasiteettista analyyttistä kolonnia6, jolloin saavutetaan niinkin alhainen MDL-arvo kuin 0,78 µg / L korkean ionilujuuden vesiolosuhteissa (HIW). Koska menetelmä kirjoitettiin yli 15 vuotta sitten, myös hydroksidi-eluenttien on osoitettu täyttävän sen vaatimukset. Molemmat eluentit voidaan valmistaa käsin tai tuottaa elektrolyyttisesti reagenssivapaalla ionikromatografialla (RFIC).

EPA-menetelmän 300.1 sarakkeen ja eluenttien parantaminen

saraketekniikan viimeaikaiset edistysaskeleet tarjoavat uusia ilmaisuvaihtoehtoja. Suuren kapasiteetin anioninvaihtopylväät tarkoittavat, että kolonniin voidaan ladata enemmän anionimassaa, mikä helpottaa jälkianionien, kuten kloraatin, havaitsemista yhteisten häiritsevien anionien, kuten kloridin, karbonaatin ja sulfaatin, läsnä ollessa. Esimerkiksi Thermo Scientific™ Dionex™ IonPac AS23-kolonni kehitettiin käyttämällä ainutlaatuista polymeeriteknologiaa 320 µeq/kolonni (4 x 250 mm kolonni) – kapasiteetin saavuttamiseksi.

Hydroksidieluentit ovat myös osoittautuneet tehokkaiksi dbps: n jäämien määrityksessä juomavedessä. Karbonaattieluentteja käytettäessä suppressiotuotteena käytetään hiilihappoa, joka on vähemmän johtavaa kuin karbonaatti, mutta vaikuttaa silti taustajohtavuuteen alentaen herkkyyttä. Toisaalta hydroksidin suppressiotuote on vesi, mikä alentaa taustajohtavuutta ja parantaa analyyttiherkkyyttä. Hydroksidiselektiivisen kolonnin (Thermo Scientific™ Dionex™ IonPac AS19) on osoitettu täyttävän tai ylittävän menetelmän 300.1 vaatimukset.

Reagenssittomissa Ionikromatografiajärjestelmissä

EPA-menetelmissä 300.0 ja 300.1 on perinteisesti käytetty käsin valmistettua eluenttia; analyyttisen herkkyyden ja uusittavuuden on kuitenkin osoitettu paranevan RFIC-järjestelmän avulla. Tämä poistaa tarpeen valmistaa ja poistaa eluentti manuaalisesti yhdistämällä elektrolyyttisen eluentin generointi itsestään regeneroituvaan vaimennukseen. Tuottamalla elektrolyyttisesti laadukkaita eluentteja deionisoidusta vedestä RFIC-järjestelmät ovat osoittaneet paremman suorituskyvyn jäljitysdbp: n havaitsemiseksi. Äskettäin IonPac AS23-kolonnia on käytetty kloraatin, bromaatin ja kloriitin jäämäpitoisuuksien määrittämiseen juomavedessä7, mikä osoittaa, miten elektrolyyttisesti tuotetut hydroksidieluentit helpottavat erottumista ja havaitsemisrajaa (KS.Kuva. 1). Lisäksi virran tarkka ohjaus mahdollistaa Toistettavat pitoisuudet ja kaltevuudet uusittavuuden parantamiseksi. Deionisoidusta vedestä verkossa syntyvät hydroksidi-eluentit automatisoivat työlästä työtä parantaen sekä helppokäyttöisyyttä että toistettavuutta analyytikoiden ja laboratorioiden välillä.

johtopäätös

viimeisten 20 vuoden aikana kloraatteja ja muita DBP: itä on seurattu ja säännelty tarkasti niiden tunnetun myrkyllisyyden vuoksi. Niiden esiintyvyyden ja muodostumisen arvioimiseksi on kehitettävä vankkoja ja herkkiä analyysimenetelmiä, jotta seuranta olisi helppoa ja suoraviivaista. Tällä tavoin voidaan luoda luottamus esiintyvyyteen, jotta voidaan tehdä järkeviä lainsäädännöllisiä päätöksiä. Koska juomaveden ionivahvuus voi vaihdella, alhaisilla µg/L-tasoilla valvonnasta voi tulla haastavaa. Ionikromatografia on osoitettu monipuoliseksi tekniikaksi kloraatin ja muiden DBP: iden vaatimustenmukaisuuden valvontaan juomavedessä. Käyttämällä tukahdutettua johtavuuden havaitsemista IC on osoittautunut tehokkaaksi menetelmäksi kloraatin havaitsemiseksi, ja EPA on validoinut ja hyväksynyt sen vaatimustenmukaisuuden valvontaa varten.

tekijöistä

Richard F. Jack on Thermo Fisher Scientific Inc: n ympäristö-ja teollisen vertikaalimarkkinoinnin johtaja. Hän työskentelee sääntelyvirastojen kanssa ympäri maailmaa kehittääkseen analyyttisten menetelmien noudattamisen seurantaa. Richard on mukana kirjoittamassa EPA 557: ää ja on myös laatinut useita ASTM-menetelmiä.

Andy Eaton on Eurofins Eaton Analyticsin tekninen johtaja ja varatoimitusjohtaja. Hänen laboratorionsa on suorittanut UCMR-seurantaa yli 400 laitokselle eri puolilla maata ja USEPA: lle vuodesta 2001. Andylla on lukuisia julkaisuja ja esityksiä UCMR-ja DBP-seurannasta.

Jeff Rohrer on Thermo Fisher Scientificin dionex-tuotteiden sovelluskehityksen johtaja. Hän neuvoo ja tarkastelee muiden Thermo Fisher Scientificin kromatografialaboratorioiden työtä. Hän on kirjoittanut 70 vertaisarvioitua julkaisua.

1. United States Food and Drug Administration, ”Chlorate Environmental Assessment”, 2011.

2. Pesticide Management Education Program,” a Pesticide Information Project: Sodium Chlorate”, EXTOXNET, 1995.

3. Sheahan, B. J. ym., ”Kokeellinen natriumkloraattimyrkytys koirilla., ”Res. Vet. Sci., vol. 12, nro 4, (2005) 387-9.

4. Feretti, D., et al., ”Evaluation of chlorite and chlorate genotoxicity using plant bioassays and in vitro DNA damage tests., ”Water Res., vol. 42, nro 15, s. (2008) 4075-82.

5. ”Natriumkloraatin (CAS-nro 7775-09-9) toksikologiset ja karsinogeneesitutkimukset f344/n rotilla ja b6c3f1 hiirillä (juomavesitutkimukset)., ”Natl. Toksikolia. Ohjelmateknikko. Edustaja.,(2005) 517: 1-255.

6. United States Environmental Protection Agency, METHOD 300.1 Determination of Inorganic Anions in Drinking Water by Ion Cromatography-Revision 1.0, 1997.

7. DeBorba, B. ja J. Rohrer, ”Determination of Trace Concentrations of Chlorite, Bromate, and Chlorate in Bottled Natural Mineral Waters”, Thermo Fisher Scientific Application Note 184, 2015.

More WaterWorld Current Issue Articles
More WaterWorld Archives Issue Articles