Iets in het Water

door Richard Jack, Jeff Rohrer en Andy Eaton

met het toegenomen gebruik van niet-gasvormige vormen van chloor voor de desinfectie van drinkwater, heeft bezorgdheid over mogelijke gezondheidseffecten van blootstelling aan desinfectiebijproducten (DBPs) zoals chloraat veel aandacht gekregen. Dit heeft geresulteerd in chloraat verdienen een plaats op de U. S. Environmental Protection Agency ’s (EPA’ s) Contaminant Candidate List 3 (CCL3) en vervolgens het maken van zijn weg in het Agentschap ‘ s ongereguleerde Contaminant Monitoring Rule Three (UCMR3) programma.

de meest recente resultaten van het lopende UCMR3-programma geven aan dat veel drinkwaterbedrijven in de VS het gezondheidsreferentieniveau van 210 µg/L voor chloraat overschrijden, en sommige zelfs de WHO-richtlijn van 700 µg/l overschrijden.hoewel de uiteindelijke beslissing om chloraat te reguleren nog enkele jaren verwijderd is, wijzen de huidige resultaten erop dat chloraat een sterke kandidaat zal zijn voor potentiële regulering in de VS en dat veel nutsbedrijven een complianceprobleem zouden kunnen hebben.

bronnen van chloraat

chloraten kunnen in drinkwater ontstaan door het gebruik van chloordioxide als ontsmettingsmiddel. Terwijl veel waterbedrijven nu de voorkeur geven aan ozon, zijn er een aantal die nog steeds minder effectieve methoden gebruiken, zoals ultraviolet licht of chloordioxide. Dit laatste kan snel ontleden in chloriet, chloraat en chloride, zelfs in behandeld water. Naast ontsmettingspraktijken kunnen bronnen van chloraat in drinkwater ook bleekmiddelen omvatten die worden gebruikt in de pulp -, papier-en textielindustrie en in de meelverwerking. Volgens de VS Food and Drug Administration( FDA), wordt chloordioxide beschouwd als een stof in contact met voedsel, terwijl natrium-chloriet gebaseerde systemen worden gebruikt voor antimicrobiële toepassingen in pluimvee, fruit en groente verwerking.1

chloraat kan ook in het milieu worden gebracht door het gebruik ervan als niet-selectief herbicide voor verschillende gewassen.2 omdat het echter onwaarschijnlijk is dat het aan de bodem adsorbeert, heeft het een hoog afvloeiingspotentieel, wat een aanzienlijke impact kan hebben op waterwegen.

toxiciteit

consumptie van hoge chloraten kan de erytrocytcelmembranen scheuren, waardoor het vermogen van het bloed om zuurstof te vervoeren wordt aangetast. Dit wordt gevolgd door de irreversibele vorming van methemoglobine door oxidatie van vrije hemoglobine in het bloed. Natriumchloraatgehalte zo laag als 600 mg chloraationen per kg lichaamsgewicht kan dodelijk zijn.Van chloraat is ook aangetoond dat het chromosomale schade veroorzaakt aan plantsystemen4 en schildklierneoplasmen bij ratten.5 met dergelijke gevolgen moet het chloraatgehalte nauwkeurig worden gecontroleerd.

Chloraatprevalentie en regelgeving

het Amerikaanse EPA heeft het Unregulated Contaminant Monitoring Rule (UCMR) programma opgezet om gegevens te verzamelen voor vermoede contaminanten in drinkwater die niet voldoen aan gezondheidsnormen onder de Safe Drinking Water Act (SDWA). Om de vijf jaar ontwikkelt de EPA een nieuwe lijst van ucmr contaminanten met gegevens voor de volgende cyclus van de UCMR (UCMR3) te verzamelen in 2016. UCMR3 zal lagere niveaus van chemische stoffen bestuderen dan in eerdere cycli met minimale rapportageniveaus (MRLs) gebaseerd op analytische capaciteiten in plaats van biologische impact, die vaak onder de huidige gezondheidsreferentieniveaus (hrls) liggen.

de MRL voor chloraat gebruikt voor UCMR3 is conservatief vastgesteld op 20 µg/L en de HRL is 210 µg/l.de EPA heeft een dagelijkse referentiedosis van 0,03 mg per kilogram lichaamsgewicht (0,03 mg/kg/dag) vastgesteld.

Chloraatgegevens van het UCMR3-programma tot nu toe (zie Tabel 1) omvatten bijna 55.000 monsters van 4.749 openbare watersystemen (PWS), waarvan vele de MRL-en HRL-concentraties overschrijden. In feite, hebben 37 percent van PWS en bijna 15 percent van totale steekproeven chloraat boven de referentieconcentratie. Dit is een veel hoger percentage dan een andere contaminant gemeten in eerdere UCMRs, wat suggereert dat veel mensen water met hoger dan aanbevolen chloraatniveaus zouden kunnen drinken.

hoge gehalten aan chloraat zijn gekoppeld aan het type desinfecterend middel dat door het watersysteem wordt gebruikt, waarbij bedrijven die hypochloriet in bulk gebruiken of hypochloriet produceren op locatie vaker een verhoogd chloraatgehalte ervaren dan bedrijven die effectiever (maar duurder) chloorgas gebruiken. Ongeacht welke methode wordt gekozen, de productie van hoge niveaus van chloraat vindt plaats of de faciliteiten vrij chloor of chloramines gebruiken, en is meer gerelateerd aan de bron van het chloor zelf dan de desinfectie praktijk.

Chloraatbepaling

het is momenteel niet mogelijk om chloraationen te verwijderen nadat deze zich in drinkwater hebben gevormd, zodat het opsporen van sporenhoeveelheden chloraat noodzakelijk is en er veel wereldwijde reguleringsmethoden beschikbaar zijn. De EPA 300.0 en 300.1, ISO 15061 en ASTM D6581 methoden gebruiken allemaal ionchromatografie (IC) met detectie van onderdrukte geleidbaarheid.

EPA-methode 300.0 wordt erkend als de standaard IC-methode voor anorganische anionanalyse van reagens, grond -, oppervlakte -, drink-en afvalwater. Deze methode specificeert het gebruik van een handmatig bereide carbonaateluent, een Thermo Scientific™ Dionex™ AS9 kolom en onderdrukte geleidbaarheidsdetectie. Dit bereikte een methodedetectiegrens (MDL) van 3 µg/l chloraat in reagenswater (7,1 minuten retentietijd).

een volgende herziening, EPA-methode 300.1, maakt gebruik van een analytische kolom met een hogere capaciteit 6, waarbij MDL ‘ s tot 0,78 µg/L worden bereikt onder water met een hoge Ionische sterkte (HIW). Sinds de methode meer dan 15 jaar geleden werd geschreven, is ook aangetoond dat hydroxide-eluenten aan de eisen voldoen. Beide eluenten kunnen handmatig worden bereid of elektrolytisch worden gegenereerd met behulp van een reagensvrij ionenchromatografie (RFIC) – systeem.

verbetering van EPA-methode 300.1 kolom en eluenten

recente ontwikkelingen in kolomtechnologie bieden nieuwe detectieopties. De kolommen met hoge capaciteit anion-uitwisseling betekenen meer anionische massa kan op de kolom worden geladen, die voor gemakkelijkere opsporing van spooranionen zoals chloraat in aanwezigheid van gemeenschappelijke interfererende anionen zoals chloride, carbonaat en sulfaat toestaan. De Thermo Scientific ™ Dionex ™ IonPac AS23 kolom, bijvoorbeeld, werd ontwikkeld met behulp van een unieke polymeertechnologie om een capaciteit van 320 µeq/kolom (4 x 250 mm kolom) te bereiken.

Hydroxide-eluenten zijn ook effectief gebleken bij de bepaling van sporen DBPs in drinkwater. Bij het gebruik van carbonaat-eluenten is het onderdrukkingsproduct koolzuur, dat minder geleidend is dan carbonaat, maar nog steeds bijdraagt aan achtergrondgeleiding, waardoor de gevoeligheid wordt verlaagd. Aan de andere kant is het onderdrukkingsproduct van hydroxide water, verlaagt de achtergrondgeleiding en verbetert de analytegevoeligheid. Er is aangetoond dat een hydroxide-selectieve kolom (Thermo Scientific™ Dionex™ IonPac AS19) voldoet aan de eisen van methode 300.1 of deze overschrijdt.

Reagensvrije Ionchromatografiesystemen

EPA-methoden 300.0 en 300.1 gebruiken traditioneel een handmatig bereid eluent; er is echter aangetoond dat analytische gevoeligheid en reproduceerbaarheid verbeteren met een RFIC-systeem. Dit elimineert de noodzaak om het eluent handmatig voor te bereiden en te ontgassen door elektrolytische eluentgeneratie te combineren met zelfregenererende onderdrukking. Door elektrolytisch hoogwaardige eluenten te produceren uit gedeïoniseerd water, hebben RFIC-systemen betere prestaties aangetoond voor trace DBP-detectie. Onlangs is de IonPac as23-kolom gebruikt om sporenconcentraties van chloraat, bromaat en chloriet in drinkwater te bepaalden7, waaruit blijkt hoe elektrolytisch gegenereerde hydroxide-eluenten een betere scheiding en detectiegrens vergemakkelijken (zie Fig. 1). Bovendien maakt een nauwkeurige regeling van de stroom herhaalbare concentraties en gradiënten mogelijk voor een verbeterde reproduceerbaarheid. Hydroxide-eluenten die online worden gegenereerd uit gedeïoniseerd water automatiseren een moeizame taak, waardoor zowel het gebruiksgemak als de reproduceerbaarheid tussen analisten en laboratoria worden verbeterd.

conclusie

in de afgelopen 20 jaar zijn chloraten en andere DBPs nauwlettend gevolgd en gereguleerd vanwege hun bekende toxiciteit. Om de prevalentie en vorming ervan te kunnen beoordelen, moeten robuuste en gevoelige analysemethoden worden ontwikkeld, zodat monitoring eenvoudig en eenvoudig is. Op deze manier kan het vertrouwen in de prevalentie worden gevestigd, zodat verstandige regelgeving kan worden vastgesteld. Omdat de Ionische sterkte van drinkwater kan variëren, kan monitoring bij lage µg/L-waarden een uitdaging worden. Ionchromatografie is aangetoond als een veelzijdige techniek voor compliance monitoring van chloraat en andere DBPs in drinkwater. Door het gebruik van onderdrukte geleidbaarheid detectie, IC is bewezen als een effectieve techniek voor chloraat detectie en is gevalideerd en goedgekeurd door de EPA voor compliance monitoring.

over de auteurs

Richard F. Jack is de directeur van milieu en industriële verticale marketing bij Thermo Fisher Scientific Inc. Hij werkt samen met regelgevende instanties over de hele wereld om analytische methoden compliance monitoring te ontwikkelen. Richard is een coauteur voor EPA 557 en heeft ook verschillende ASTM-methoden opgesteld.Andy Eaton is technisch directeur en vicepresident van Eurofins Eaton Analytical Inc. Zijn laboratorium voert UCMR-monitoring uit voor meer dan 400 nutsbedrijven in het hele land en voor USEPA sinds 2001. Andy heeft tal van publicaties en presentaties over UCMR en DBP monitoring.Jeff Rohrer is de directeur van applicaties ontwikkeling voor Dionex producten bij Thermo Fisher Scientific. Hij adviseert en beoordeelt het werk van andere chromatografielabs bij Thermo Fisher Scientific. Hij schreef 70 peer-reviewed publicaties.

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., et al., “Experimentele natriumchloraat vergiftiging bij honden.”Res. Vet. Sci., vol. 12, nr. 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, No.15, pp. (2008) 4075-82.

5. “Toxicology and carcinogenesis studies of sodium chlorate (Cas No. 7775-09-9) in f344/N rats and b6c3f1 muizen (drinking water studies).”Natl. Toxicol. Programmatechniek. Rep. Ser.,(2005) 517: 1-255.

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

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

meer WaterWorld huidige uitgave artikelen
Meer WaterWorld Archieven uitgave artikelen