Något i vattnet

av Richard Jack, Jeff Rohrer och Andy Eaton

med den ökade användningen av icke-gasformiga former av klor för desinfektion av dricksvatten har oro över potentiella hälsoeffekter av exponering för desinfektionsbiprodukter (DBPs) som klorat genererat stor uppmärksamhet. Detta har resulterat i att klorat tjänar en plats på US Environmental Protection Agency (EPA) Contaminant Candidate List 3 (CCL3) och därefter tar sig in i byråns oreglerade Föroreningsövervakningsregel tre (UCMR3) program.

de senaste resultaten från det pågående ucmr3-programmet tyder på att många dricksvattenföretag över hela USA överstiger 210 kg/L hälsoreferensnivå för klorat, och vissa överstiger till och med Världshälsoorganisationens (WHO) riktlinje för 700 kg/L. även om det slutliga beslutet att reglera klorat är flera år bort, tyder de nuvarande resultaten på att klorat kommer att vara en stark kandidat för potentiell reglering i USA och att många verktyg kan ha en efterlevnadsproblem.

Kloratkällor

klorater kan uppstå i dricksvatten från användning av klordioxid som desinfektionsmedel. Medan många vattenföretag nu föredrar att använda Ozon, finns det flera som fortfarande använder mindre effektiva metoder som ultraviolett ljus eller klordioxid. Den senare kan snabbt sönderdelas till klorit, klorat och klorid, även i behandlat vatten. Utöver desinfektionsmetoder kan källor till klorat i dricksvatten också inkludera blekmedel som används i Massa -, pappers-och textilindustrin samt vid mjölbearbetning. Enligt USA. Food and Drug Administration (FDA), klordioxid anses vara ett livsmedelskontaktämne medan natriumkloritbaserade system används för antimikrobiella tillämpningar vid bearbetning av fjäderfä, frukt och grönsaker.1

klorat kan också införas i miljön genom dess användning som en icke-selektiv herbicid för flera grödor.2 eftersom det är osannolikt att det adsorberas till marken har det dock en hög avrinningspotential, vilket kan ha en betydande inverkan på vattenvägarna.

toxicitet

konsumtion av höga nivåer av klorat kan brista erytrocytcellmembran, vilket försämrar blodets förmåga att bära syre. Detta följs av den irreversibla bildningen av metemoglobin genom oxidation av fritt hemoglobin i blodet. Nivåer av natriumklorat så låga som 600 mg kloratjoner per kg kroppsvikt kan vara dödliga.3 klorat har också visat sig inducera kromosomskador på växtsystem4 och tumörer i sköldkörteln hos råttor.5 med sådana konsekvenser måste kloratnivåerna övervakas noggrant.

Kloratprevalens och reglering

U. S. EPA har etablerat programmet oreglerad Föroreningsövervakningsregel (UCMR) för att samla in data för misstänkta föroreningar i dricksvatten som inte har hälsobaserade standarder enligt Safe Drinking Water Act (SDWA). Vart femte år utvecklar EPA en ny lista över UCMR-föroreningar med data för nästa cykel av UCMR (UCMR3) som ska samlas in under 2016. UCMR3 kommer att studera lägre nivåer av kemikalier än i tidigare cykler med lägsta rapporteringsnivåer (MRL) baserat på analytisk förmåga snarare än biologisk påverkan, som ofta ligger under nuvarande hälsoreferensnivåer (HRL).

MRL för klorat som används för UCMR3 fastställs konservativt vid 20 Kg/L och HRL är 210 kg/L. EPA har satt en daglig referensdos på 0,03 mg per kg kroppsvikt (0,03 mg/kg/dag).

Kloratdata från ucmr3-programmet hittills (se Tabell 1) innehåller nästan 55 000 prover från 4 749 offentliga vattensystem (PWS), med många som överstiger MRL-och HRL-koncentrationerna. Faktum är att 37 procent av PWS och nästan 15 procent av de totala proverna har klorat över referenskoncentrationen. Detta är en mycket högre andel än någon annan förorening mätt i tidigare UCMRs, vilket tyder på att många människor kan dricka vatten med högre än rekommenderade kloratnivåer.

höga nivåer av klorat är kopplade till den typ av desinfektionsmedel som används av vattensystemet, med de som använder bulkhypoklorit eller på plats generation av hypoklorit upplever oftare förhöjda kloratnivåer än de som använder effektivare (men dyrare) klorgas. Oavsett vilken metod som väljs sker produktionen av höga nivåer av klorat oavsett om anläggningarna använder fritt klor eller kloraminer och är mer relaterad till källan till klor i sig än desinfektionspraxis.

Kloratbestämning

det är för närvarande inte möjligt att avlägsna kloratjoner när de har bildats i dricksvatten, så det är absolut nödvändigt att upptäcka spårmängder klorat och det finns många globala regleringsmetoder tillgängliga. EPA 300.0 och 300.1, ISO 15061 och ASTM D6581-metoderna använder alla jonkromatografi (IC) med undertryckt konduktivitetsdetektering.

EPA-metod 300.0 är erkänd som standard IC-metoden för oorganisk anjonanalys av reagens, mark, yta, dricks och avloppsvatten. Denna metod specificerar användningen av en manuellt framställd karbonat eluent, en Thermo Scientific sackaros Dionex sackaros AS9 kolonn och undertryckt konduktivitetsdetektering. Detta uppnådde en metoddetekteringsgräns (MDL) på 3 Kg/L klorat i reagensvatten (7,1 minuters retentionstid).

en efterföljande revidering, EPA-metod 300.1, använder en analytisk kolumn6 med högre kapacitet, vilket uppnår MDLs så lågt som 0,78 Kg/L under förhållanden med hög jonstyrka (HIW). Sedan metoden skrevs för över 15 år sedan har hydroxidlösningar också visats uppfylla dess krav. Båda eluenterna kan framställas manuellt eller elektrolytiskt genereras med hjälp av ett reagensfri jonkromatografi (RFIC) – system.

förbättring av EPA-metoden 300.1 kolumn och eluenter

de senaste framstegen inom kolumnteknik erbjuder nya detekteringsalternativ. Hög kapacitet anjonbyteskolonner betyder att mer anjonisk massa kan laddas på kolonnen, vilket möjliggör enklare detektering av spåranjoner såsom klorat i närvaro av vanliga störande anjoner som klorid, karbonat och sulfat. Thermo Scientific 23-kolonnen Dionex Ionpac As23 utvecklades till exempel med en unik polymerteknik för att uppnå en kapacitet på 320 x 250 mm kolumn (4 x 250 mm kolumn).

Hydroxideluenter har också visat sig vara effektiva vid bestämning av spår DBPs i dricksvatten. Vid användning av karbonat eluenter är undertryckningsprodukten kolsyra, som är mindre ledande än karbonat men ändå bidrar till bakgrundsledningsförmåga och sänker känsligheten. Å andra sidan är undertryckningsprodukten av hydroxid vatten, sänker bakgrundsledningsförmågan och förbättrar analytkänsligheten. Det har visat sig att en hydroxidselektiv kolonn (Thermo Scientific Jacobs Dionex Ionpac As19) uppfyller eller överstiger kraven i metod 300.1.

Reagensfria Jonkromatografisystem

EPA-metoder 300.0 och 300.1 har traditionellt använt en manuellt beredd eluent; emellertid har analytisk känslighet och reproducerbarhet visats förbättra med ett RFIC-system. Detta eliminerar behovet av att manuellt förbereda och degas eluenten genom att kombinera elektrolytisk eluentgenerering med självregenererande undertryckning. Genom att elektrolytiskt producera högkvalitativa eluenter från avjoniserat vatten har RFIC-system visat förbättrad prestanda för spårdbp-detektering. Nyligen har ionpac AS23-kolonnen använts för att bestämma spårkoncentrationer av klorat, bromat och klorit i dricksvatten7, vilket visar hur elektrolytiskt genererade hydroxidlösningar underlättar förbättrad separation och detektionsgräns (se Fig. 1). Dessutom möjliggör exakt kontroll av strömmen repeterbara koncentrationer och gradienter för förbättrad Reproducerbarhet. Hydroxidlösningar som genereras online från avjoniserat vatten automatiserar en mödosam uppgift, vilket förbättrar både användarvänlighet och reproducerbarhet mellan analytiker och laboratorier.

slutsats

under de senaste 20 åren har klorater och andra DBPs noggrant övervakats och reglerats på grund av deras kända toxicitet. För att bedöma deras förekomst och bildning måste robusta och känsliga analysmetoder utvecklas så att övervakningen är enkel och okomplicerad. På detta sätt kan förtroende för prevalens fastställas så att förnuftiga regleringsbestämningar kan göras. Eftersom den joniska styrkan i dricksvatten kan variera, kan övervakning vid låga nivåer av aug / L bli utmanande. Jonkromatografi har visats som en mångsidig teknik för efterlevnadsövervakning av klorat och andra DBPs i dricksvatten. Genom användning av undertryckt konduktivitetsdetektering har IC bevisats som en effektiv teknik för kloratdetektering och har validerats och godkänts av EPA för övervakning av överensstämmelse.

Om författarna

Richard F. Jack är chef för miljö-och industriell vertikal marknadsföring på Thermo Fisher Scientific Inc. Han arbetar med tillsynsmyndigheter runt om i världen för att utveckla analysmetoder efterlevnad övervakning. Richard är medförfattare för EPA 557 och har också utarbetat flera ASTM-metoder.

Andy Eaton är teknisk direktör och vice vd för Eurofins Eaton Analytical Inc. Hans laboratorium har utfört UCMR-övervakning för mer än 400 verktyg över hela landet och för USEPA sedan 2001. Andy har många publikationer och presentationer om UCMR och DBP övervakning.

Jeff Rohrer är chef för applikationsutveckling för Dionex-produkter på Thermo Fisher Scientific. Han ger råd och granskar arbetet med andra kromatografilaboratorier på Thermo Fisher Scientific. Han har skrivit 70 peer-reviewed publikationer.

1. Förenta staternas Food and Drug Administration, ”klorat miljöbedömning,” 2011.

2. Pesticide Management Education Program, ”ett informationsprojekt för bekämpningsmedel: natriumklorat,” EXTOXNET, 1995.

3. Sheahan, B. J., et al., ”Experimentell natriumkloratförgiftning hos hundar., ”Res.Veterinär. Sci., vol. 12, nr 4, (2005) 387-9.

4. Feretti, D., et al., ”Utvärdering av klorit-och kloratgenotoxicitet med användning av växtbioassays och in vitro DNA-skador., ”Vatten Res., vol. 42, nr 15, s. (2008) 4075-82.

5. ”Toxikologi-och karcinogenesstudier av natriumklorat (Cas-nr 7775-09-9) på f344/n-råttor och b6c3f1-möss (dricksvattenstudier)., ”Natl. Toxicol. Program Tech. Ser.,(2005) 517: 1-255.

6. Förenta staternas miljöskyddsbyrå, metod 300.1 bestämning av oorganiska anjoner i dricksvatten genom Jonkromatografi – Revision 1.0, 1997.

7. DeBorba, B. Och J. Rohrer, ”bestämning av spårkoncentrationer av klorit, bromat och klorat i naturligt mineralvatten på flaska”, Thermo Fisher Scientific Application Note 184, 2015.

Mer WaterWorld aktuellt nummer artiklar
fler WaterWorld Arkiv nummer artiklar