An Examination of the Presence, Formation, and Transformation of Volatile Halogenated Organic Species in Wastewater Extracts Using GC-ICP-MS

Význam tématu

Chloraminace a další oxidační úpravy vody mohou vést k vzniku halogenovaných vedlejších produktů dezinfekce (DBP), které jsou toxičtější než jejich chlorované analogy. S rostoucím tlakem na zdroje pitné vody se stále častěji uvažuje o recyklaci odpadních vod nebo desalinizaci mořské vody, kde jsou hladiny bromidů a jodidů vyšší. Rychlá a selektivní detekce bromovaných a jodovaných organických sloučenin je proto klíčová pro ochranu zdraví a optimalizaci úpravy vody.

Cíle a přehled studie

Studie si klade za cíl vyvinout a aplikovat analytickou metodu využívající spojení plynové chromatografie s hmotnostně spektrometrickou analýzou hmot ICP-MS (GC-ICP-MS) pro identifikaci a kvantifikaci těkavých halogenovaných organických látek v odpadních vodách před a po ošetření monochloraminem.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky odpadních vod byly rozděleny na dvě části: jedna zůstala neošetřená, druhá byla inkubována s 0,08 mM vodného roztoku monochloraminu po dobu 4 hodin. Extrakce proběhla s využitím MTBE podle modifikované metody EPA 551.1. Analýza byla provedena na systému Agilent 7890A GC spojeném s Agilent 7700x ICP-MS. Kalibrace bromu a jódu byla zajištěna sloučenino-nezávislými kalibračními křivkami (CIC) vycházejícími z reakční odezvy 1-bromo-4-iodobenzenu. GC metrika:

• Kolona HP-5, 30 m × 0,32 mm, 0,25 µm
• Injekce pulsed splitless (1 µL)
• Program pece: 6 min při 37 °C, nárůst 10 °C/min do 260 °C

ICP-MS podmínky:

• Režim TRA na izotopech 79, 81Br a 127I
• RF výkon 700 W, suchá plasma bez nárazového plynu
• Diluce argonem 0,39 L/min

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda detekovala v kalibraci význačný vrchol jodu při 20,6 min a bromu při obdobných retenčních časech. Pozadí signálu bylo nízké, což ukazuje na minimální interferenční přispění. Po chloraminaci ve všech třech sledovaných vzorcích došlo k dramatickému nárůstu většiny detekovaných halogenovaných sloučenin. Pouze u dvou neidentifikovaných látek (Br-2, I-3) byla pozorována poklesná tendence. Přesnost stanovení potvrdily kontinuální kalibrační verifikace do 10 %.

Přínosy a praktické využití metody

• Selektivní elementová detekce bromu a jódu ve směsích komplexních organohalogenů
• Vysoká citlivost a nízká míra interferencí díky suché plazmě
• Možnost rychlého screeningu neznámých DBP bez potřeby jednotlivých standardů
• Kvantifikace celkového obsahu těkavých bromovaných a jodovaných organických látek

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření identifikace neznámých DBP za pomoci GC-Q-TOF MS a hmotnostních spekter
• Integrace této analytiky do monitoringu pitné vody a procesů úpravy
• Vývoj technologií minimalizujících tvorbu toxických jodovaných a bromovaných DBP
• Využití CIC přístupu pro další nekonvenční prvky v environmentální analytice

Závěr

Popsaná GC-ICP-MS metoda umožňuje spolehlivou detekci a orientační kvantifikaci těkavých halogenovaných organických látek v odpadních vodách. Její výhodou je elementová vyhraněnost, vysoká citlivost a schopnost screenovat širokou škálu neznámých sloučenin bez nutnosti jednotlivých standardů.

Reference

1. S.D. Richardson; Occurrence and Mammalian Cell Toxicity of Iodinated Disinfection Byproducts; Environ. Sci. Technol. 2008.
2. V.K. Sharma, R. Zboril, T.J. McDonald; Formation and toxicity of brominated disinfection byproducts during chlorination and chloramination of water; J. Environ. Sci. Health B. 2013.
3. G. Hua, D.A. Reckhow; Effect of pre-ozonation on the formation and speciation of DBPs; Water Res. 2013.
4. C.H. Jeong et al.; Occurrence and Toxicity of Disinfection Byproducts in European Drinking Waters; Environ. Sci. Technol. 2012.
5. US EPA; National primary drinking water regulations: Stage 2 disinfectants and disinfection byproducts rule; Fed. Regist. 2006.
6. S.W. Krasner et al.; Occurrence of a New Generation of Disinfection Byproducts; Environ. Sci. Technol. 2006.
7. E.M. Smith et al.; Comparison of Byproduct Formation in Waters Treated with Chlorine and Iodine; Environ. Sci. Technol. 2010.
8. Y.T. Woo et al.; Mechanism-Based Structure-Activity Relationships Analysis in Carcinogenic Potential Ranking for Drinking Water Disinfection By-Products; Environ. Health Perspect. 2002.