Discovery of emerging disinfection by-products in water using gas chromatography coupled with Orbitrap-based mass spectrometry

Význam tématu

Dezinfekce pitné vody je nezbytná pro ochranu spotřebitelů před patogenními mikroorganismy. Chemické dezinfekční látky však reagují s přírodními organickými složkami ve vodě a vytvářejí nežádoucí disinfekční vedlejší produkty (DBP). Mezi nimi jsou jodované DBP obzvláště rizikové vzhledem k možné vyšší toxicitě oproti chlorovaným či bromovaným analogům.

Cíle a přehled studie

Studie popisuje vývoj a aplikaci metody pro objevování a identifikaci vznikajících iodo-DBP ve vzorcích chlorované a chloraminované vody pomocí plynové chromatografie spojené s orbitrapovým hmotnostním spektrometrem Q Exactive GC.

Použitá metodika a instrumentace

Laboratorní modelové reakce chlorace a chloraminace byly provedeny na Milli-Q vodě obohacené o referenční přírodní organické látky (NOM), bromidy (500 ppb) a jodidy (50 ppb). Po dezinfekci byly DBP extrahovány na XAD pryskyřici a eluovány ethylacetátem.

• Plynová chromatografie: TRACE 1310 GC s kolónou TG-5MS (60 m × 0,25 mm × 0,25 μm), splitless injekce 1 μL, přenosová trubice 280 °C.
• Hmotnostní spektrometrie: Q Exactive GC Orbitrap, EI (70 eV, 230 °C) a CI (methan, 185 °C), plný sken m/z 50–650, rozlišení 60 000 FWHM, lockmass m/z 207,03235.
• Software: TraceFinder s automatickou dekonvolucí, vyhledáváním v NIST knihovně a High Resolution Filtering (±2 ppm).

Hlavní výsledky a diskuse

Workflow s dekonvolucí a HRF filtrem umožnil detekci a identifikaci osmi hlavních iodo-DBP:

• Iodomethan
• Chloroiodomethan
• Iodoacetaldehyd
• Diiodomethan
• Ethyl-iodoacetát
• Ethyl β-iodopropionát
• Chlorodiiodomethan
• Bromodiiodomethan

Chloraminace vedla k 8–66násobnému nárůstu koncentrací iodo-DBP ve srovnání s chlorací (u diiodomethanu až 145×). Vysoká hmotnostní přesnost (<1 ppm) a kombinace EI/CI ionizace zajistily spolehlivou asignaci elementárního složení i potvrzení molekulárního iontu.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a důvěryhodná detekce stopových a dosud neznámých jodovaných DBP.
• Vysoká selektivita a citlivost díky orbitrapovému rozlišení a mass-filteringu.
• Možnost kvantitativního srovnání profilů DBP v závislosti na typu dezinfekce.

Budoucí trendy a možnosti využití

Metodiku lze rozšířit na další třídy DBP a vodné matrice, kombinovat s LC-HRMS pro polární látky, optimalizovat automatizaci workflow a budovat specializované vysokopřesné databáze jodovaných DBP.

Závěr

Integrace Q Exactive GC s GC separací a softwarem TraceFinder poskytuje robustní a citlivé řešení pro objevování a přesné identifikace jodovaných DBP ve vodě, podporující lepší monitoring kvality pitné vody.

Reference

• Richardson SD, Fasano F, Ellington JJ et al. Occurrence and mammalian cell toxicity of iodinated disinfection byproducts in drinking water. Environ. Sci. Technol. 2008;42:8330–8338.
• Richardson SD, Plewa MJ, Wagner ED, Schoeny R, Demarini DM. Occurrence, genotoxicity, and carcinogenicity of regulated and emerging disinfection by-products in drinking water: a review and roadmap of research. Mutat. Res. 2007;636:178–242.
• Postigo C, Cojocariu CI, Richardson SD, Silcock P, Barcelo D. Characterization of iodinated disinfection by-products in chlorinated and chloraminated waters using Orbitrap-based gas chromatography-mass spectrometry. Anal. Bioanal. Chem. 2016. doi:10.1007/s00216-016-9435-x.
• Kwiecien NW et al. Accurate mass for improved metabolite identification via high-resolution GC/MS. Metabolomics. 2015.
• Krasner SW, Weinberg HS, Richardson SD et al. Occurrence of a new generation of disinfection byproducts. Environ. Sci. Technol. 2006;40:7175–7185.