Quelque chose dans l’eau
Par Richard Jack, Jeff Rohrer et Andy Eaton
Avec l’utilisation accrue de formes non gazeuses de chlore pour la désinfection de l’eau potable, les préoccupations concernant les impacts potentiels sur la santé de l’exposition à des sous-produits de désinfection (PDB) comme le chlorate ont suscité beaucoup d’attention. Cela a permis au chlorate de gagner une place sur la Liste des contaminants candidats 3 (CCL3) de l’Agence de protection de l’Environnement des États-Unis (EPA) et, par la suite, de faire son chemin dans le programme de Surveillance des contaminants non réglementés de la Règle Trois (UCMR3) de l’Agence.
Les résultats les plus récents du programme UCMR3 en cours indiquent que de nombreux services publics d’eau potable aux États-Unis dépassent le niveau de référence sanitaire de 210 µg / L pour le chlorate, et certains dépassent même la recommandation de 700 µg / L de l’Organisation mondiale de la Santé (OMS). Bien que la décision finale de réglementer le chlorate soit dans plusieurs années, les résultats actuels suggèrent que le chlorate sera un bon candidat pour une réglementation potentielle aux États-Unis et que de nombreux services publics pourraient avoir un problème de conformité.
Sources de chlorate
L’utilisation de dioxyde de chlore comme désinfectant peut entraîner l’apparition de chlorates dans l’eau potable. Alors que de nombreux services publics d’eau préfèrent maintenant utiliser l’ozone, il y en a plusieurs qui utilisent encore des méthodes moins efficaces telles que la lumière ultraviolette ou le dioxyde de chlore. Ce dernier peut se décomposer rapidement en chlorite, chlorate et chlorure, même dans l’eau traitée. Au-delà des pratiques de désinfection, les sources de chlorate dans l’eau potable peuvent également inclure des agents de blanchiment utilisés dans les industries des pâtes, du papier et du textile ainsi que dans la transformation de la farine. Selon les États-Unis. Food and Drug Administration (FDA), le dioxyde de chlore est considéré comme une substance en contact avec les aliments, tandis que les systèmes à base de chlorite de sodium sont utilisés pour des applications antimicrobiennes dans la transformation de la volaille, des fruits et des légumes.1
Le chlorate peut également être introduit dans l’environnement par son utilisation comme herbicide non sélectif pour plusieurs cultures.2 Cependant, comme il est peu probable qu’il s’adsorbe au sol, il a un potentiel de ruissellement élevé, ce qui pourrait avoir un impact significatif sur les cours d’eau.
Toxicité
La consommation de niveaux élevés de chlorate peut rompre les membranes des cellules érythrocytaires, altérant la capacité du sang à transporter l’oxygène. Ceci est suivi par la formation irréversible de méthémoglobine par oxydation de l’hémoglobine libre dans le sang. Des niveaux de chlorate de sodium aussi bas que 600 mg d’ions chlorate par kg de poids corporel peuvent être mortels.3 Il a également été démontré que le chlorate provoque des lésions chromosomiques des systèmes végétaux 4 et des néoplasmes de la glande thyroïde chez le rat.5 Avec de telles conséquences, les niveaux de chlorate doivent être surveillés avec précision.
Prévalence et réglementation du chlorate
L’EPA des États-Unis a établi le programme de Surveillance des contaminants non réglementés (UCMR) pour recueillir des données sur les contaminants présumés dans l’eau potable qui ne sont pas conformes aux normes de santé en vertu de la Safe Drinking Water Act (SDWA). Tous les cinq ans, l’EPA établit une nouvelle liste des contaminants de l’UCMR avec des données pour le prochain cycle de l’UCMR (UCMR3) qui seront collectées tout au long de 2016. UCMR3 étudiera des niveaux de produits chimiques inférieurs à ceux des cycles précédents avec des niveaux de déclaration minimaux (LMR) basés sur les capacités analytiques plutôt que sur l’impact biologique, qui sont souvent inférieurs aux niveaux de référence sanitaires actuels (LMR).
La LMR pour le chlorate utilisé pour l’UCMR3 est établie de manière prudente à 20 µg/L et la LMR est de 210 µg/L. L’EPA a fixé une dose de référence quotidienne de 0,03 mg par kilogramme de poids corporel (0,03 mg/kg/jour).
Les données sur le chlorate du programme UCMR3 à ce jour (voir le tableau 1) comprennent près de 55 000 échantillons provenant de 4 749 réseaux publics d’eau (PWS), dont beaucoup dépassent les concentrations de LMR et de HRL. En fait, 37 % des SP et près de 15 % de l’ensemble des échantillons contiennent du chlorate au-dessus de la concentration de référence. Il s’agit d’un pourcentage beaucoup plus élevé que tout autre contaminant mesuré dans les RMCU précédents, ce qui suggère que de nombreuses personnes pourraient boire de l’eau avec des niveaux de chlorate plus élevés que ceux recommandés.
Les niveaux élevés de chlorate sont liés au type de désinfectant utilisé par le réseau d’eau, ceux qui utilisent de l’hypochlorite en vrac ou la production sur place d’hypochlorite ayant des niveaux de chlorate plus fréquemment élevés que ceux qui utilisent du chlore gazeux plus efficace (mais plus coûteux). Quelle que soit la méthode choisie, la production de niveaux élevés de chlorate se produit, que les installations utilisent du chlore libre ou des chloramines, et est plus liée à la source du chlore lui-même qu’à la pratique de désinfection.
Détermination du chlorate
Il n’est actuellement pas possible d’éliminer les ions chlorate une fois qu’ils se sont formés dans l’eau potable, il est donc impératif de détecter des traces de chlorate et il existe de nombreuses méthodes de réglementation mondiales disponibles. Les méthodes EPA 300.0 et 300.1, ISO 15061 et ASTM D6581 utilisent toutes la chromatographie ionique (CI) avec détection de conductivité supprimée.
La méthode EPA 300.0 est reconnue comme la méthode IC standard pour l’analyse des anions inorganiques des réactifs, des eaux souterraines, de surface, des eaux potables et des eaux usées. Cette méthode spécifie l’utilisation d’un éluant de carbonate préparé manuellement, d’une colonne Thermo Scientific™ Dionex™ AS9 et d’une détection de conductivité supprimée. Cela a permis d’atteindre une limite de détection de la méthode (LDM) de 3 µg /L de chlorate dans l’eau du réactif (temps de rétention de 7,1 minutes).
Une révision ultérieure, la méthode EPA 300.1, utilise une colonne analytique de plus grande capacité6, atteignant des LDM aussi faibles que 0,78 µg/L dans des conditions d’eau à haute force ionique (HIW). Depuis que la méthode a été écrite il y a plus de 15 ans, il a également été démontré que les éluants d’hydroxyde répondaient à ses exigences. Les deux éluants peuvent être préparés manuellement ou générés électrolytiquement à l’aide d’un système de chromatographie ionique sans réactif (RFIC).
Amélioration de la colonne et des éluants de la méthode EPA 300.1
Les progrès récents de la technologie des colonnes offrent de nouvelles options de détection. Les colonnes échangeuses d’anions à grande capacité signifient que plus de masse anionique peut être chargée sur la colonne, ce qui permet une détection plus facile des anions à l’état de traces tels que le chlorate en présence d’anions interférents communs tels que le chlorure, le carbonate et le sulfate. La colonne Thermo Scientific™ Dionex™ IonPac AS23, par exemple, a été développée en utilisant une technologie polymère unique pour atteindre une capacité de 320 µeq / colonne (colonne 4 x 250 mm).
Les éluants d’hydroxyde se sont également révélés efficaces dans la détermination des traces de DBPs dans l’eau potable. Lors de l’utilisation d’éluants de carbonate, le produit de suppression est l’acide carbonique, qui est moins conducteur que le carbonate mais contribue toujours à la conductance de fond, ce qui réduit la sensibilité. D’autre part, le produit de suppression de l’hydroxyde est l’eau, ce qui réduit la conductance de fond et améliore la sensibilité de l’analyte. Il a été démontré qu’une colonne sélective en hydroxyde (Thermo Scientific™ Dionex™ IonPac AS19) satisfait ou dépasse les exigences de la méthode 300.1.
Systèmes de chromatographie ionique sans réactif
Les méthodes EPA 300.0 et 300.1 utilisent traditionnellement un éluant préparé manuellement; cependant, il a été démontré que la sensibilité analytique et la reproductibilité s’amélioraient avec un système RFIC. Cela élimine le besoin de préparer et de dégazer manuellement l’éluant en combinant la génération d’éluant électrolytique avec une suppression auto-régénérante. En produisant électrolytiquement des éluants de haute qualité à partir d’eau désionisée, les systèmes RFIC ont démontré des performances améliorées pour la détection de traces de DBP. Récemment, la colonne IonPac AS23 a été utilisée pour déterminer les concentrations à l’état de traces de chlorate, de bromate et de chlorite dans l’eau potable7, montrant comment les éluants d’hydroxyde générés par électrolyse facilitent une séparation améliorée et une limite de détection (voir Fig. 1). De plus, un contrôle précis du courant permet des concentrations et des gradients répétables pour une reproductibilité accrue. Les éluents d’hydroxyde générés en ligne à partir d’eau désionisée automatisent une tâche laborieuse, améliorant à la fois la facilité d’utilisation et la reproductibilité entre les analystes et les laboratoires.
Conclusion
Au cours des 20 dernières années, les chlorates et autres DBP ont été étroitement surveillés et réglementés en raison de leur toxicité connue. Afin d’évaluer leur prévalence et leur formation, des méthodes analytiques robustes et sensibles doivent évoluer afin que le suivi soit facile et direct. De cette façon, la confiance dans la prévalence peut être établie afin que des déterminations réglementaires judicieuses puissent être effectuées. Étant donné que la force ionique de l’eau potable peut varier, la surveillance à de faibles niveaux de µg / L peut devenir difficile. La chromatographie ionique a été démontrée comme une technique polyvalente pour la surveillance de la conformité du chlorate et d’autres DBPS dans l’eau potable. Grâce à l’utilisation de la détection de conductivité supprimée, l’IC s’est avérée être une technique efficace pour la détection du chlorate et a été validée et approuvée par l’EPA pour la surveillance de la conformité.
À propos des auteurs
Richard F. Jack est directeur du marketing vertical environnemental et industriel chez Thermo Fisher Scientific Inc. Il travaille avec des organismes de réglementation du monde entier pour développer des méthodes analytiques de surveillance de la conformité. Richard est co-auteur de l’EPA 557 et a également rédigé plusieurs méthodes ASTM.
Andy Eaton est directeur technique et vice-président d’Eurofins Eaton Analytical Inc. Son laboratoire effectue la surveillance UCMR pour plus de 400 services publics à travers le pays et pour l’USEPA depuis 2001. Andy a de nombreuses publications et présentations sur la surveillance UCMR et DBP.
Jeff Rohrer est directeur du développement d’applications pour les produits Dionex chez Thermo Fisher Scientific. Il conseille et examine les travaux d’autres laboratoires de chromatographie de Thermo Fisher Scientific. Il est l’auteur de 70 publications évaluées par des pairs.
1. Food and Drug Administration des États-Unis, « Chlorate Environmental Assessment », 2011.
2. Programme d’éducation sur la Gestion des pesticides, » Un projet d’information sur les pesticides : Chlorate de sodium « , EXTOXNET, 1995.
3. Sheahan, B.J., et coll., « Empoisonnement expérimental au chlorate de sodium chez les chiens., « Res. Vet. Sci., vol. 12, n° 4, (2005) 387-9.
4. Feretti, D., et coll., « Evaluation of chlorite and chlorate genotoxicity using plant bioassays and in vitro DNA damage tests., » Eau Rés., vol. 42, n° 15, p. (2008) 4075-82.
5. « Toxicology and carcinogenesis studies of sodium chlorate (Cas No. 7775-09-9) in F344/N rats and B6C3F1 mice (drinking water studies)., » Natl. Toxicol. Technologie du programme. Rep. Ser.,(2005) 517: 1-255.
6. United States Environmental Protection Agency, METHOD 300.1 Determination of Inorganic Anions Inorganic in Water by Drinking Chromatography – Revision 1.0, 1997.
7. DeBorba, B. et J. Rohrer, « Determination of Trace Concentrations of Chlorite, Bromate, and Chlorate in Bottled Natural Mineral Waters », Thermo Fisher Scientific Application Note 184, 2015.
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