Element-specific examination of volatile halogenated organics in wastewater extracts using GC-ICP-MS

Význam tématu

Monitoring těkavých halogenovaných organických látek ve vodách je klíčový pro ochranu lidského zdraví a kvalitu pitné i odpadní vody. Halogenované vedlejší produkty dezinfekce (DBP) mohou mít vyšší toxicitu než jejich chlorované varianty, proto je důležité rozvíjet analytické postupy, které spolehlivě detekují bromované a jodované DBP.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat schopnost kombinace plynové chromatografie s hmotnostní spektrometrií s indukčně vázaným plazmatem (GC-ICP-MS) pro specifickou a citlivou detekci halogenových prvků v organických molekulách extrahovaných z odpadních vod před a po ošetření monochloraminem.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky odpadních vod byly odebrány v různých lokalitách, rozděleny na neošetřené a ošetřené monochloraminem a extrahovány MTBE podle modifikovaného EPA 551.1.

• GC: Agilent 7890A, kolona HP-5 (320 µm × 0,25 µm), injektor s vyhřívanou transferovou linkou, pulsed splitless injekce, program pece 37 °C (6 min) → 10 °C/min do 260 °C (11 min).
• ICP-MS: Agilent 7700x v režimu „No gas“, RF výkon 700 W, měření iontů 79Br, 81Br a 127I s integracemi 0,15 s.

Hlavní výsledky a diskuse

Po ošetření monochloraminem se celkové koncentrace bromovaných a jodovaných DBP výrazně zvýšily. Některé organické halogenované sloučeniny byly odolné vůči transformaci, jiné naopak zcela zmizely a vznikly nové halogenované produkty. Chromatogramy ukázaly lepší rozlišení a kvantifikaci I- a Br-obsahu oproti konvenčním GC-ECD metodám.

Přínosy a praktické využití metody

• Element-specifická detekce halogenů zajišťuje vysokou selektivitu bez rušivých signálů ostatních látek.
• Vysoká citlivost umožňuje detekci nižších ng/mL koncentrací.
• Rychlá analýza komplexních směsí bez nutnosti rozsáhlé derivatizace.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalším krokem je kombinace GC-ICP-MS s vysokorozlišovacími hmotnostními spektrometry (GC-QToF) pro identifikaci neznámých DBP. Výzkum se také zaměří na optimalizaci úpravy vody tak, aby se minimalizovala tvorba toxických jodovaných a bromovaných vedlejších produktů.

Závěr

Studie prokázala, že GC-ICP-MS je výkonný nástroj pro cílenou analýzu halogenovaných organických DBP v odpadních vodách. Element-specifická detekce zvyšuje spolehlivost a rozšiřuje možnosti sledování vzniku neznámých DBP při různých dezinfekčních postupech.

Reference

• Richardson S.D. et al. Occurrence and Mammalian Cell Toxicity of Iodinated Disinfection Byproducts in Drinking Water. Environmental Science & Technology, 2008, 42(22): 8330–8338.
• Sharma V.K., Zboril R., McDonald T.J. Formation and toxicity of brominated disinfection byproducts during chlorination and chloramination of water. Journal of Environmental Science and Health, Part B, 2013, 49(3): 212–228.
• Hua G., Reckhow D.A. Effect of pre-ozonation on the formation and speciation of DBPs. Water Research, 2013, 47(13): 4322–4330.
• Jeong C.H. et al. Occurrence and Toxicity of Disinfection Byproducts in European Drinking Waters in Relation with the HIWATE Epidemiology Study. Environmental Science & Technology, 2012, 46(21): 12120–12128.
• United States EPA. National primary drinking water regulations: Stage 2 disinfectants and disinfection byproducts rule. Federal Register, 2006, 71(2): 387–493.
• Krasner S.W. et al. Occurrence of a New Generation of Disinfection Byproducts. Environmental Science & Technology, 2006, 40(23): 7175–7185.
• Smith E.M. et al. Comparison of Byproduct Formation in Waters Treated with Chlorine and Iodine: Relevance to Point-of-Use Treatment. Environmental Science & Technology, 2010, 44(22): 8446–8452.
• Woo Y.-T. et al. Use of Mechanism-Based Structure-Activity Relationships Analysis in Carcinogenic Potential Ranking for Drinking Water Disinfection By-Products. Environmental Health Perspectives Supplements, 2002, 110: 75.