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

Význam tématu

Monitorování a identifikace těkavých halogenovaných organických látek v odpadních vodách je zásadní pro hodnocení rizik a zajištění bezpečné recyklace vody. Iodované a bromované produkty dezinfekce (DBP) se považují za toxičtější než chlorované analogy a jejich výskyt v pitné vodě podléhá rostoucím regulatorním požadavkům.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo analyzovat přítomnost, vznik a transformaci bromovaných a iodovaných organických sloučenin v odpadních vodách před a po ošetření monochloraminem. Pro tyto účely byl použit systém Agilent 7890A GC spojený s ICP-MS Agilent 7700x a uplatněna tzv. kalibrace nezávislá na sloučenině (CIC) s 1-bromo-4-iodobenzenem jako standardem.

Použitá metodika a instrumentace

Odběr vzorků:

• Trilogicky odebrané vzorky městských odpadních vod, rozdělené na část před nástřikem monochloraminu a část po 4h reakci při koncentraci 0,08 mM.
• Extrakce těkavých látek pomocí MTBE podle modifikované metody EPA 551.1.

Instrumentace:

• GC: Agilent 7890A s kolónou J&W HP-5 (30 m × 0,32 mm, 0,25 µm).
• Teplotní program: 6 min při 37 °C, poté 10 °C/min až na 260 °C, hold 11 min.
• ICP-MS: Agilent 7700x v režimu bez kolizního plynu, časově řízená analýza izotopů 79Br, 81Br a 127I, RF výkon 700 W.

Hlavní výsledky a diskuse

Ve všech třech vzorcích se po chloraminaci významně zvýšila koncentrace bromovaných a iodovaných DBP. Některé halogenované organické látky existovaly již v surových odpadních vodách a částečně odolaly ošetření, zatímco jiné vznikly jako nové produkty. Použití suché plazmy o nízkém výkonu minimalizovalo interferenční signály (Ar-addukty, XeH). CIC přístup umožnil kvantifikovat celkový obsah halogenů v neznámých sloučeninách.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda poskytuje elementární selektivitu pro brom a jód, vysokou citlivost a potlačení chemických interferencí. Umožňuje rychlou a spolehlivou kvantifikaci známých i neznámých halogenovaných DBP v komplexních matricích odpadních vod a nabízí robustní nástroj pro QA/QC v environmentální analýze.

Budoucí trendy a možnosti využití

Doporučuje se doplnit rozlišení struktur pomocí GC-Q-TOF pro identifikaci konkrétních DBP a optimalizovat technologie úpravy vody s cílem minimalizovat vznik bromovaných a iodovaných vedlejších produktů dezinfekce. Dále lze rozšířit kalibrační postupy pro širší škálu halogenovaných standardů.

Závěr

GC-ICP-MS kombinace s použitím kalibrací nezávislých na analytech se ukázala jako efektivní nástroj pro sledování a kvantifikaci volatilních bromovaných a iodovaných organických DBP v odpadních vodách. Tento přístup umožňuje elementární detekci s vysokou reprodukovatelností a minimalizací interferencí.

Reference

1. Richardson S.D. et al. Occurrence and Mammalian Cell Toxicity of Iodinated Disinfection Byproducts in Drinking Water. Environ Sci Technol. 2008;42:8330–8338.
2. Sharma V.K., Zboril R., McDonald T.J. Formation and toxicity of brominated disinfection byproducts during chlorination and chloramination of water: A review. J Environ Sci Health B. 2013;49:212–228.
3. Hua G., Reckhow D.A. Effect of pre-ozonation on the formation and speciation of DBPs. Water Res. 2013;47:4322–4330.
4. Jeong C.H. et al. Occurrence and Toxicity of Disinfection Byproducts in European Drinking Waters in Relation with the HIWATE Epidemiology Study. Environ Sci Technol. 2012;46:12120–12128.
5. United States EPA. National primary drinking water regulations: Stage 2 disinfectants and disinfection byproducts rule. Fed Regist. 2006;71:387–493.
6. Krasner S.W. et al. Occurrence of a New Generation of Disinfection Byproducts. Environ Sci Technol. 2006;40:7175–7185.
7. Smith E.M. et al. Comparison of Byproduct Formation in Waters Treated with Chlorine and Iodine: Relevance to Point-of-Use Treatment. Environ Sci Technol. 2010;44:8446–8452.
8. Woo Y.T. et al. Use of Mechanism-Based Structure-Activity Relationships Analysis in Carcinogenic Potential Ranking for Drinking Water Disinfection By-Products. Environ Health Perspect Suppl. 2002;110:75–79.