Screening and Quantitation of Micro-pollutants from Sewage Water in the Process of Bank Filtration Using UHPLC-HRAM

Význam tématu

Banková filtrace je klíčová technologie pro získávání pitné vody z povrchových zdrojů zatížených mikropoputky z odpadních vod. Díky přirozeným procesům degradace v různých redoxních zónách podzemí dochází k odstraňování řady organických kontaminantů a snížení rizika pro zásobování pitnou vodou.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit účinnost bankové filtrace pro screening a kvantifikaci mikropoputků na transektu mezi jezerem Tegeler See a odběrovou studnou v Berlíně. Studie kombinovala nepřímý screening, cílenou kvantifikaci a hledání transformačních produktů.

Použitá metodika a instrumentace

• Online SPE: systém EQuan MAX Plus Turbo
• UHPLC: prekoncentrační kolona C18 2,1×20 mm, 12 µm; analytická kolona C18 2,1×50 mm, 1,8 µm
• Mobilní fáze: voda/methanol s 0,1 % kyselinou mravenčí; gradient 2–95 % metanolu za 6,7 min, cyklus 15 min
• MS: Q Exactive Focus Orbitrap; režim Full Scan ESI+/- (R=70000; m/z 100–1000); vDIA (R=70000; CE=30; m/z okna); kvantifikace s přepínáním polarity (R=35000; m/z 103–900) a interními standardy
• Datová analýza: TraceFinder pro kvali a kvanti, Compound Discoverer pro identifikaci degradačních produktů včetně izotopické shody a FISh fragmentačního vyhledávání

Hlavní výsledky a diskuse

• Nepřímý screening odhalil 260 podezřelých látek, z nichž 94 bylo potvrzeno a 58 kvantifikováno
• V odběrové studni detekováno 31 látek, 11 překročilo 0,1 µg/L
• Degradace rozdělena do tří skupin podle redoxní zóny: aerobní oxidace dusičnanem (~300 mV), redukce manganu (~200 mV), redukce železem (~100 mV)
• Nepodezřelý screening přinesl několik nových kontaminantů
• Transformační produkty: např. gabapentin-laktam (dehydratace), fenazonový acetylát identifikovány pomocí izotopického profilu a FISh

Přínosy a praktické využití metody

• Komplexní monitoring kvality vstupní i výstupní podzemní vody
• Rychlá integrace rutinních analýz s hodnocením rizik
• Vysoká citlivost a selektivita pro široké spektrum mikropoputků
• Možnost optimalizace filtračních systémů v reálném čase

Budoucí trendy a možnosti využití

• Propojení HRMS s datovými režimy a strojovým učením pro širší nestrukturovaný screening
• Rozvoj databází transformačních produktů a automatizované potvrdzovací rutiny
• Online monitorování bankové filtrace v reálném čase
• Integrace multi-omics přístupů pro komplexní hodnocení znečištění

Závěr

Banková filtrace významně přispívá k recyklaci povrchové vody ovlivněné komunálními a průmyslovými odpadními vodami. Přestože většinu mikropoputků degradují aerobně či anaerobně, řada látek zůstává perzistentní a vyžaduje další úpravy. Navržená LC-HRMS workflow umožňuje efektivní screening, kvantifikaci i identifikaci degradačních produktů v jediném postupu.

Reference

1. Grünheid et al. Water Res. 2005, 9, 3219–3228
2. Wode et al. J Chromatogr A 2012, 1270, 118–126
3. Wode et al. Water Res. 2014, 69, 274–283
4. Massmann et al. Hydrol Processes 2008, 22, 788–801