Something in the Water
Richard Jack, Jeff Rohrer i Andy Eaton
wraz ze zwiększonym wykorzystaniem niegazowych form chloru do dezynfekcji wody pitnej obawy dotyczące potencjalnego wpływu na zdrowie produktów ubocznych dezynfekcji (DBPs), takich jak chloran, wzbudziły wiele uwagi. Doprowadziło to do tego, że chloran zdobył miejsce na liście kandydatów na zanieczyszczenia 3 (CCL3) Agencji Ochrony Środowiska (EPA), a następnie wszedł do nieuregulowanego programu monitorowania zanieczyszczeń 3 (UCMR3) agencji.
najnowsze wyniki trwającego programu UCMR3 wskazują, że wiele przedsiębiorstw wodociągowych w USA przekracza poziom odniesienia dla zdrowia 210 µg/L dla chloranu, a niektóre nawet przekraczają wytyczne Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) w sprawie 700 µg/L. chociaż ostateczna decyzja o regulacji chloranu jest odległa o kilka lat, obecne wyniki sugerują, że chloran będzie silnym kandydatem do potencjalnych regulacji w USA i że wiele przedsiębiorstw może mieć problem z zgodnością.
Źródła chloranu
chlorany mogą powstawać w wodzie pitnej w wyniku stosowania dwutlenku chloru jako środka dezynfekującego. Podczas gdy wiele mediów wodnych woli teraz używać ozonu, istnieje kilka, które nadal używają mniej skutecznych metod, takich jak światło ultrafioletowe lub dwutlenek chloru. Te ostatnie mogą szybko rozkładać się na chloryt, chloran i chlorek, nawet w uzdatnionej wodzie. Poza praktykami dezynfekcji, źródła chloranu w wodzie pitnej mogą również obejmować środki wybielające stosowane w przemyśle celulozowym, papierniczym i tekstylnym, a także w przetwórstwie mąki. Według USA Food and Drug Administration (FDA), dwutlenek chloru jest uważany za substancję kontaktową z żywnością, podczas gdy systemy oparte na chlorku sodu są stosowane do zastosowań przeciwbakteryjnych w przetwórstwie drobiu, owoców i warzyw.1
Chloran może być również wprowadzony do środowiska poprzez jego zastosowanie jako nieselektywny herbicyd dla kilku upraw.2 Ponieważ jednak jest mało prawdopodobne, aby adsorbował się w glebie, ma wysoki potencjał spływu, który może mieć znaczący wpływ na drogi wodne.
toksyczność
spożywanie wysokich poziomów chloranu może uszkodzić błony komórkowe erytrocytów, upośledzając zdolność krwi do przenoszenia tlenu. Następnie następuje nieodwracalne tworzenie methemoglobiny przez utlenianie wolnej hemoglobiny we krwi. Poziom chloranu sodu już od 600 mg jonów chloranu na kg masy ciała może być śmiertelny.3 Wykazano również, że Chloran wywołuje u szczurów uszkodzenia chromosomowe układów roślinnych4 i nowotwory tarczycy.5 przy takich konsekwencjach należy dokładnie monitorować poziom chloranu.
rozpowszechnienie chloranu i regulacja
amerykańska Agencja Ochrony Środowiska ustanowiła program Unregulated Contaminant Monitoring Rule (UCMR) w celu zbierania danych dotyczących podejrzanych zanieczyszczeń w wodzie pitnej, które nie mają standardów zdrowotnych zgodnie z Ustawą o bezpiecznej wodzie pitnej (SDWA). Co pięć lat EPA opracowuje nowy wykaz zanieczyszczeń UCMR z danymi dla następnego cyklu UCMR (UCMR3), które mają być gromadzone przez cały 2016 r. UCMR3 będzie badać niższe poziomy substancji chemicznych niż w poprzednich cyklach z minimalnymi poziomami raportowania (NDP) w oparciu o zdolności analityczne, a nie wpływ biologiczny, które często są poniżej obecnych poziomów referencyjnych dla zdrowia (HRL).
NDP dla chloranu stosowanego w UCMR3 ustala się zachowawczo na poziomie 20 µg/l, a HRL na poziomie 210 µg/L. EPA ustaliła dzienną dawkę referencyjną 0,03 mg na kilogram masy ciała (0,03 mg/kg/dobę).
dane dotyczące chloranu z dotychczasowego programu UCMR3 (patrz Tabela 1) obejmują prawie 55 000 próbek z 4749 publicznych systemów wodnych (PWS), z których wiele przekracza stężenia NDP i HRL. W rzeczywistości 37 procent PWS i prawie 15 procent wszystkich próbek ma chloran powyżej stężenia odniesienia. Jest to znacznie wyższy procent niż jakiekolwiek inne zanieczyszczenie mierzone w poprzednich UCMRs, co sugeruje, że wiele osób może pić wodę o wyższym niż zalecany poziomie chloranu.
wysoki poziom chloranu jest związany z rodzajem środka dezynfekującego używanego przez system wodny, przy czym osoby stosujące podchloryn luzem lub wytwarzanie podchlorynu na miejscu częściej doświadczają podwyższonego poziomu chloranu niż osoby stosujące bardziej skuteczny (ale droższy) Gaz chloru. Niezależnie od wybranej metody, produkcja wysokich poziomów chloranu zachodzi niezależnie od tego, czy w obiektach stosuje się wolny chlor, czy chloraminy i jest bardziej związana ze źródłem samego chloru niż praktyką dezynfekcji.
oznaczanie chloranu
obecnie nie jest możliwe usunięcie jonów chloranu po ich uformowaniu w wodzie pitnej, więc wykrywanie śladowych ilości chloranu jest konieczne i dostępnych jest wiele globalnych metod regulacyjnych. Wszystkie metody EPA 300.0 i 300.1, ISO 15061 i ASTM D6581 wykorzystują chromatografię jonową (IC) z detekcją przewodności tłumionej.
metoda EPA 300.0 jest uznawana za standardową metodę IC do analizy anionów nieorganicznych odczynników, ziemi, powierzchni, wód pitnych i ścieków. Metoda ta określa zastosowanie ręcznie przygotowanego eluentu węglanowego, kolumny Thermo Scientific™ Dionex™ AS9 i detekcji przewodności tłumionej. W ten sposób uzyskano granicę wykrywalności metody (MDL) wynoszącą 3 µg/l chloranu w wodzie odczynnikowej (7,1 minuty czasu retencji).
późniejsza rewizja, metoda EPA 300.1, wykorzystuje wyższą kolumnę analityczną6, osiągając MDLs tak niskie, jak 0,78 µg / l w Warunkach wody o wysokiej wytrzymałości jonowej (HIW). Ponieważ metoda została napisana ponad 15 lat temu, wykazano również, że eluenty wodorotlenku spełniają jej wymagania. Oba eluenty można wytwarzać ręcznie lub elektrolitycznie przy użyciu systemu chromatografii jonów wolnych od odczynników (RFIC).
Udoskonalenie metody EPA 300.1 kolumny i eluenty
ostatnie postępy w technologii kolumn oferują nowe opcje wykrywania. Kolumny anionowe o dużej pojemności oznaczają, że można załadować więcej masy anionowej na kolumnę, co pozwala na łatwiejsze wykrywanie anionów śladowych, takich jak chloran, w obecności zwykłych anionów zakłócających, takich jak chlorek, węglan i siarczan. Na przykład kolumna Thermo Scientific™ Dionex™ IONPAC AS23 została opracowana przy użyciu unikalnej technologii polimerowej, aby osiągnąć wydajność 320 µeq / kolumnę (kolumna 4 x 250 mm).
eluenty Wodorotlenkowe okazały się również skuteczne w oznaczaniu śladowych DBPs w wodzie pitnej. Przy stosowaniu eluentów węglanowych produktem tłumienia jest kwas węglowy, który jest mniej przewodzący niż węglan, ale nadal przyczynia się do przewodności tła, obniżając czułość. Z drugiej strony produktem supresji wodorotlenku jest woda, obniżająca przewodność tła i poprawiająca czułość analitu. Wykazano, że kolumna selektywna wodorotlenkiem (Thermo Scientific™ Dionex™ IonPac AS19) spełnia lub przekracza wymagania metody 300.1.
Systemy chromatografii jonów wolnych od odczynników
metody EPA 300.0 i 300.1 tradycyjnie wykorzystywały ręcznie przygotowany eluent; wykazano jednak, że czułość analityczna i odtwarzalność uległy poprawie dzięki systemowi RFIC. Eliminuje to potrzebę ręcznego przygotowania i odgazowania eluentu poprzez połączenie wytwarzania eluentu elektrolitycznego z samo regeneracyjnym tłumieniem. Elektrolitycznie wytwarzając wysokiej jakości eluenty z wody dejonizowanej, systemy RFIC wykazały lepszą wydajność wykrywania śladowych DBP. Ostatnio służyła kolumna IONPAC AS23 do oznaczania śladowych stężeń chloranu, bromatu i chlorytu w wodzie pitnej7, pokazując, w jaki sposób elektrolitycznie wytworzone eluenty wodorotlenku ułatwiają lepsze oddzielanie i granicę wykrywalności(patrz Rys. 1). Dodatkowo, precyzyjna kontrola prądu Umożliwia powtarzalne stężenia i gradienty dla lepszej odtwarzalności. Eluenty wodorotlenkowe generowane on-line z wody dejonizowanej automatyzują pracochłonne zadanie, poprawiając zarówno łatwość użycia, jak i odtwarzalność między analitykami a laboratoriami.
wnioski
w ciągu ostatnich 20 lat chlorany i inne DBP były ściśle monitorowane i regulowane ze względu na ich znaną toksyczność. Aby ocenić ich występowanie i powstawanie, konieczne jest opracowanie solidnych i wrażliwych metod analitycznych, tak aby monitorowanie było łatwe i proste. W ten sposób można ustanowić zaufanie do rozpowszechnienia, tak aby można było dokonać rozsądnych ustaleń regulacyjnych. Ponieważ siła jonowa wody pitnej może się różnić, monitorowanie przy niskim poziomie µg / L może stać się trudne. Chromatografia jonowa została wykazana jako wszechstronna technika monitorowania zgodności chloranu i innych DBPs w wodzie pitnej. Dzięki zastosowaniu detekcji przewodności tłumionej IC został udowodniony jako skuteczna technika wykrywania chloranów i został zatwierdzony i zatwierdzony przez EPA do monitorowania zgodności.
o autorach
Ryszard F. Jack jest dyrektorem marketingu pionowego środowiska i przemysłu w Thermo Fisher Scientific Inc. Współpracuje z agencjami regulacyjnymi na całym świecie w celu opracowania metod analitycznych monitorowania zgodności. Richard jest współautorem EPA 557 i opracował również kilka metod ASTM.
Andy Eaton jest dyrektorem technicznym i wiceprezesem Eurofins Eaton Analytical Inc. Jego laboratorium od 2001 roku prowadzi monitoring UCMR dla ponad 400 obiektów użyteczności publicznej w całym kraju i dla USEPA. Andy ma wiele publikacji i prezentacji na temat monitorowania UCMR i DBP.
Jeff Rohrer jest dyrektorem ds. rozwoju aplikacji dla produktów Dionex w Thermo Fisher Scientific. Doradza i recenzuje pracę innych laboratoriów chromatograficznych w Thermo Fisher Scientific. Jest autorem 70 recenzowanych publikacji.
1. United States Food and Drug Administration, „Chlorate Environmental Assessment”, 2011.
2. Program edukacyjny w zakresie zarządzania pestycydami,” a Pesticide Information Project: Sodium Chlorate”, EXTOXNET, 1995.
3. Sheahan, B. J., et al., „Eksperymentalne zatrucie chloranem sodu u psów., „Res.Vet. Sci., vol. 12, no. 4, (2005) 387-9.
4. Feretti, D., et al., „Evaluation of chlorite and chlorate genotoxicity using plant bio assays and in vitro DNA damage tests., „Water Res., vol. 42, no. 15, pp. (2008) 4075-82.
5. „Badania toksykologiczne i rakotwórcze chloranu sodu (Cas Nr 7775-09-9) u szczurów F344/n i myszy b6c3f1 (badania wody pitnej)., „Natl. Toxicol. Technika Programowa. 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, „oznaczanie śladowych stężeń Chlorytu, Bromatu i chloranu w butelkowanych naturalnych wodach mineralnych”, Thermo Fisher Scientific Application Note 184, 2015.
Więcej artykułów z aktualnego wydania WaterWorld
Więcej artykułów z archiwum Waterworld