1. Irodalmi összefoglaló
1.8. A haloecetsavak jelentősége és analitikai elválasztási lehetőségei
A klóros fertőtlenítés hatékonyan semlegesíti az ivóvízben lévő fertőző mikrobiális szennyező anyagokat [25]. Azonban a fertőtlenítési folyamat során a klór reagálhat azokkal a szerves anyagokkal, amelyek természetes módon vannak jelen a tisztítatlan vízben, és számos szerves Cl-tartalmú melléktermék keletkezik. Ha bromidot is tartalmaz a természetes víz, Br-tartalmú szerves komponensek is keletkeznek. A természetes vizek nyom-mennyiségű oxobróm vegyületei, amelyek a bromidból keletkezhetnek, a közelmúltban különleges és kiemelt szerepet kaptak humán egészségügyi szempontból. Az esetlegesen jelenlevő vegyületek már ng/l koncentrációban is karcinogén hatásúak. A haloecetsavak a fertőtlenítési melléktermékek fontos csoportját képezik. Az utóbbi években egyre inkább felismerik a haloecetsavak emberi egészségre gyakorolt káros hatásait [26, 27, 28]. Ezek a vegyületek toxikusak az emberre, csecsemőfejlődésre, a növényekre, különösen az algákra.
Fordított összefüggés van a HAA-k képződése és a pH növekedése között [35]. A képződési folyamat kinetikájának köszönhetően a hőmérséklet növekedése a nyári hónapok során növekedést okozhat a vízben lévő fertőtlenítési melléktermékek (disinfection byproducts: DBP-k) szintjében. Ráadásul a nyári hónapokban megnövekszik a mikrobiális szaporulat. Az évszakos hatások legyőzése érdekében ilyenkor a klórt nagyobb koncentrációban adagolják a kezelés során, ami a DBP-k nagyobb mennyiségét eredményezi ebben a periódusban. Dojlido és társai tanulmányozták, hogy a HAA tartalmú vízminták kezelés utáni forralása okozza-e a HAA-k bomlását. Arra a következtetésre jutottak, hogy kevesebb, mint 10 perc forralás hatására csökkent a HAA-k mennyisége, a TCA (triklór-ecetsav) 72 %-kal, az MBA (monobróm-(triklór-ecetsav) 31 %-kal. Azonban később azt találták, hogy a forralás a HAA-kat a versengő trihalometánokká (THM) alakítja. Ez a felismerés lényeges az előzetes dúsítási folyamatok kiválasztásában.
A klór dózisának növekedése a HAA-k szintjének növekedését okozza, szemben a THM-ekkel. Továbbá a triklórozott szerves anyagok mennyisége nagyobb, mint a di- és monoklórozott részecskéké, ha növeljük a klór mennyiségét. A klórozott szerves anyagok mennyisége nagyobb, mint a brómozottaké. A vízkezelési rendszerben hipobrómossav képződik a bróm és a klór reakciójának köszönhetően. A hipobrómossav hozzávetőleg 25-ször gyorsabban reagál, mint a hipoklórossav és DBP-ket képez. A HOBr/HOCl arány fontos
szerepet játszik a THM-ek és HAA-k képződésében. A bromidion eltolja a DBP-k eloszlását a jobban brómozott formába.
Az utóbbi néhány évben az ionkromatográfia alternatív, ígéretes technikaként jelent meg haloecetsavak meghatározására a mikroextrakció [34] mellett. Az ionkromatográfiás elválasztásukhoz alkalmas az egyszerű működésű és költségkímélő vezetőképességi detektálás, míg a mikroextrakcióhoz ESI-MS detektálást használnak. A HAA-kat erősen savas és hidrofil karakterük alkalmassá teszi hatékony ioncserés elválasztásra. [40] (1.2. táblázat). A HAA-k pKa értékei 0,7-től 2,8-ig terjednek, ami azt jelenti, hogy ezek a savak csak protonált formában léteznek erősen savas feltételek mellett, aminek lényeges hatása van az extrakcióra és az előzetes dúsítási technikákra.
1.2. táblázat: A HAA-k és pKa értékeik
Haloecetsav Rövidítés Képlet pKa
monoklór-ecetsav MCA ClCH2COOH 2,86
bróm-klór-ecetsav BCA BrClCHCOOH 1,09
klór-dibróm-ecetsav MCDBA ClBr2CCOOH 1,39
monobróm-diklór-ecetsav MBDCA BrCl2CCOOH n.a.
Az US EPA a következő öt haloecetsav: MCA, DCA, MBA, DBA, és TCA mennyiségére 60 µgl-1 szintet engedélyez, azzal a kitétellel, hogy a DCA lehetőleg egyáltalán ne legyen jelen. Az öt szabályozás alatt álló haloecetsav meghatározására az EPA jelenleg két módszert hagyott jóvá, ezek a standard Method 6251B [29] és az 552,2 [30], amelyek oldószerextrakción, derivatizáción, gázkromatográfia-elektronbefogásos detektálásos (GC-ECD) analízisen alapulnak. Az EPA Method 552,3 [31], amelyet nemrégiben fejlesztettek ki a haloecetsavak meghatározására, teljesítményben felülmúlja az említett módszereket, különösen a nem szabályozott brómozott trihaloecetsavaknál, amelyeknél a detektálási határok 3–8-szor kisebbek. A szabályozásokhoz szükséges alacsony detektálási határok eléréséhez az elektroporlasztásos ionizációs tömegspektrometria (ESI-MS) jó kiegészítője a gázkromatográfiának. Ez a technika előnyös módszer, érzékeny és szelektív. Amennyiben
folyadék-kromatográfiával és előzetes dúsítással kapcsolják össze, az ESI-MS-sel kevesebb, mint 70 ngl-1 detektálási határokat lehet elérni [32]. Gyakran szükség van mintaelőkészítésre is. Az ionpár LC-ESI-MS-t, amelyet szilárd fázisú extrakció (SPE) lépés előz meg, használták vízmintákban a fent említett HAA-k meghatározására [33]. A szelektivitás fejlesztéséhez, amelyre a természetes mátrix interferáló ionjai miatt van szükség, perfluorozott alkil-karboxilátokat használtak. Ezek a reagensek stabil asszociációs komplexeket képeznek a mintákkal, amelyek detektálhatók ESI-MS-sel [34].
Mivel a HAA-k anionként léteznek az ivóvizekben, az IC nyilvánvaló választás az elválasztásukra és detektálásukra, eltekintve az előzetes dúsítási lépésektől, nem igényel további minta-előkezelést [35, 36]. Az utóbbi időben az elektroporlasztásos ionizációs tömegspektrometriát és az induktív csatolású plazma tömegspektrometriát (ICP-MS) sikeresen alkalmazzák a HAA-k detektálására az IC elválasztást követően. Egy sokkal összetettebb és sokkal érzékenyebb IC alapú módszert fejlesztett ki Lopez-Avila és társai [37]. A módszer kombinál egy többlépéses oldószer mikroextrakciós eljárást, egy on-line anion koncentráló oszlopot, amelyen a teljes extrakció mikroextrakcióból történik, és egy 60 perces, 12 szakaszos gradiens elúciós programot. Ez a módszer egy 25 cm-es microbore Dionex AS11 elválasztóoszlopot használ NaOH eluenssel és szuppresszálást egy 2 mm-es anion önregeneráló szuppresszor modul használatával (ASRS, Dionex). A detektálási határok 0,05 és 1,1 µg/l között voltak. Mint látható, néhány ionkromatográfiás módszert már alkalmaztak HAA-k elválasztására [35, 43]. Azonban meg kell jegyezni, hogy sok esetben hidroxid-szelektív oszlopot használtak [39, 44, 45] és a módszerek többségéhez gradiens elúció szükséges (koncentráció, áramlási sebesség, hőmérséklet vagy hőmérséklet kontroll).
NaOH vagy Na2CO3 eluens esetén az volt a tapasztalat, hogy a lényeges haloecetsav-párok felbontása számos esetben nem volt megfelelő. A szelektivitás szempontjából legjobb eredményeket ESI-MS [41, 46, 47] vagy ICP-MS [44] kapcsolással lehet csak elérni, mivel így a szervetlen ionok interferenciája elkerülhető, viszont ezek az eljárások nagyon költségesek. Az utóbbi időben kifejlesztettek egy nagy kapacitású anion-cserélőt, az IonPac AS24-et, kifejezetten haloecetsavak analízisére [47] azzal a céllal, hogy megszüntessék a felbontási problémákat. Ennek az oszlopnak a kémiája, ill. a funkciós csoportjai hasonlók az AS19-AS20 oszlopéhoz. MS/MS technikával kombinálva használták és nagy ionerősségű mátrixokhoz ajánlják mintakezelés nélkül. Ez egy lehetséges jövőbeni irányvonal, habár rutin analízisekhez jelenleg magas költségű, komplex eljárás, valamint az analízis időigényes.
Sarzanini és társai [38] NaOH vagy Na2CO3/NaHCO3 eluensekkel azt találták, hogy az MBA és Cl-, valamint a DCA és NO3− felbontása rossz volt az AS11 oszloppal. Az AS9 oszloppal a fenti minták felbontása némiképp javult. Később Liu és Mou [39] megpróbálták javítani a szuppresszált anioncserés módszer (Na2CO3/NaHCO3 gradiens) detektálási határait egy nagy kapacitású oszlop (AS9-HC) használatával és 500 µl minta direkt injektálásával.
Standard oldatokban a HAA-k detektálási határa 0,4-32 µg/l tartományban volt. Valódi minták analízisében a mátrix anionok problémákat okoznak számos HAA mennyiségi meghatározásában és a minták egy tisztító szakaszt igényelnek Ag töltetű On-Guard kolonna használatával, hogy csökkenjen a klorid, bromid és foszfát mennyisége a minta analízisének érdekében, amelyben meghatározható a nyommennyiségű DCA, BCA, DBA és TCA.
Az ionkromatográfia egyszerűsége HAA-k elválasztási lépéseként (nem igényel minta derivatizálást) kombinálva az ESI-MS detektálás szelektivitásával és érzékenységével, az IC-MS-t potenciálisan ideális alkalmazássá teszi az ivóvízben lévő nyommennyiségű HAA-k meghatározására [40]. Az IC-ESI-MS munkához kis áramlási sebességet kell használni olyan eluensekkel, amelyek csak illékony anyagot tartalmaznak. Ezért a hagyományos standard bore IC oszlopokat nem lehet használni. Roehl és társai [41] javasolnak egy módszert anioncsere kromatográfiát használva (Dionex AS 162 mm belső átmérőjű oszlop) 5-70 mM NaOH gradienssel 0,25 ml/min áramlási sebességnél eluens szuppresszálással. Az eluens szuppresszálás a hidroxid eluens tiszta vízzé való átalakulását eredményezi a tömegspektrométerbe való bevezetést megelőzően. Fontos megjegyezni, hogy a HAA-k nem illékony vegyületek. A szuppresszálás után az eluátum a HAA-k nagyon híg vizes oldatát tartalmazza. Ez az oldat nem teszi lehetővé az oldószer teljes elpárologtatását a elektroporlasztó fúvókánál és alacsony tömegspektrometriai választ eredményez. A probléma megoldásához egy második pumpa szükséges, amely illékony szerves oldószert, pl. metanolt juttat a rendszerbe egy T-illesztésen keresztül az MS előtt, hogy javítsa a minta elpárologtatását és ebből eredően az érzékenységet. A szerves oldószer elválasztás utáni bevezetéséről is igazolták Takino és társai [42], hogy javítja az érzékenységet. Az IC legújabb alkalmazásában HAA-k meghatározására Liu és társai ICP-MS-t használtak nagy érzékenységű és szelektivitású detektálórendszerként. A tanulmányban szuppresszált IC-t használtak hidrofíl anioncserélő oszloppal és NaOH gradienssel, on-line összekapcsolva az ICP-MS-sel. A detektort a klórozott HAA-k 35ClO- ionjainak és a brómozott vegyületek 79Br- -jainak szelektív monitorozására használták (a domináns ionok a plazmában alakultak ki). A detektálási határokat a klórozott savaknál 16 és 24 µg/l között és a brómozott savaknál 0,3 és
1 µg/l között állapították meg 150 µl injektálási térfogat mellett. Az ivóvízmintákra való alkalmazáshoz a klorid mennyiségét csökkenteni kell, amelyet On-Guard Ag töltetek használatával végeztek el az injektálást megelőzően.