medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2022-101-5-556-561medlit-2276Research ArticleМЕТОДЫ ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS OF HYGIENIC AND EXPERIMENTAL INVESTIGATIONSАктуальные вопросы определения общего органического углерода в водеRelevant issues of determining total organic carbon in waterhttps://orcid.org/0000-0002-1269-3161НекрасоваЛариса ПетровнаNekrasovaLarisa P.

Канд. хим. наук, вед. науч. сотр. отд. физико-химических исследований и экотоксикологии, 119121, Москва, Россия.

e-mail: LNekrasova@cspmz.ru

MD, PhD, DSci., Leading Researcher of the Department of Physical and Chemical Research and Ecotoxicology, Centre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks of the Federal Medical and Biological Agency, Moscow, 119121, Russian Federation.

e-mail: LNekrasova@cspmz.ru

lnekrasova@cspmz.ruФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентстваРоссияCentre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks” of the Federal Medical and Biological AgencyRussian Federation2022070620221015556561Copyright © Некрасова Л.П., 20222022Некрасова Л.П.Nekrasova L.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/2276Введение

Введение. Общий органический углерод (ООУ) является обобщённым показателем, характеризующим загрязнение водных объектов органическими веществами. В соответствии с СанПиН 2.1.3864-21 для питьевой воды установлено нормативное значение содержания ООУ, равное 5 мг/дм3. В настоящее время для определения ООУ широко используются анализаторы общего углерода. Несмотря на свои несомненные достоинства, определение ООУ на анализаторах имеет ряд узких мест.

Цель исследования — анализ значений ООУ образцов воды различного происхождения, полученных при разных способах и условиях измерений.

Материалы и методы

Материалы и методы. Определение общего органического углерода выполняли на анализаторе общего углерода TOC-VCHP (Shimadzu, Япония) в соответствии с руководством по эксплуатации, используя разностный метод (TOC) и метод определения неудаляемого органического углерода (NPOC). Объекты исследования — вода природных источников и централизованной системы водоснабжения различных районов г. Москвы, стандартные растворы органических соединений.

Результаты

Результаты. Установлено, что на анализаторе TOC-VCHP при исследовании природной и питьевой воды наблюдается неполное раскрытие гуминовых и фульвовых соединений, которое не может быть установлено стандартными тестами, предусмотренными для анализаторов углерода. Отсутствие стандартизованных процедур дегазации газированной воды способно приводить к ошибкам определения ООУ в тысячи процентов.

Ограничение исследования

Ограничение исследования. Предел определяемых значений ООУ составлял 0,5 мг/дм3.

Заключение

Заключение. Для контроля правильности определения ООУ в питьевых, природных и сточных водах необходимы стандартные образцы гуминовых соединений, характерных для конкретной местности, с аттестованным значением ООУ. Требуется разработка и внедрение стандартной процедуры дегазации газированных проб при определении ООУ, поскольку бесконтрольность этого этапа анализа может приводить к неприемлемым ошибкам определения.

Благодарности

Благодарности. Автор выражает признательность специалистам по продукции Elementar В.С. Харитонову и М.В. Пещерскому за проведение измерений на анализаторе Vario TOC и консультации.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование поддержано государственным контрактом «Проведение аналитического обзора для определения приоритетных химических поллютантов в сточных водах мегаполиса и водных объектах, ими загрязнённых».

Поступила

Поступила: 15.04.2022 / Принята к печати: 21.04.2022 / Опубликована: 31.05.2022

Introduction

Introduction. Total organic carbon (TOC) is a generalized indicator characterizing the pollution of water bodies with organic substances. In accordance with SanPiN 2.1.3864-21 for drinking water, the standard value of TOC content is set equal to 5 mg/dm3. Currently, total carbon analyzers are widely used to determine TOC. Despite its undoubted advantages, the determination of TOC on analyzers has many bottlenecks.

Purpose of the study

Purpose of the study. Analysis of the TOC values of water samples of various origins, obtained using different methods and measurement conditions.

Materials and methods

Materials and methods. Determination of TOC was carried out with a total carbon analyzer TOC-VCHP (Shimadzu) in accordance with the operation manual of the difference measurement method (TOC) and non-blown organic carbon (NPOC). The objects of study were the water of natural sources, the centralized water supply system of various districts of Moscow, standard solutions of organic compounds.

Results

Results. It has been established that during the operation of the analyzer in the analysis of natural and drinking water, incomplete disclosure of humic and fulvic compounds is observed, which cannot be established by standard tests provided for carbon analyzers. The lack of standardized procedures for degassing sparkling water can lead to TOC errors of thousands of percent.

Limitation

Limitation. The limit of determined TOC values was 0.5 mg/dm3.

Conclusion

Conclusion. To control the correctness of the determination of TOC in drinking, natural and waste waters, standard samples of humic compounds are required that are characteristic of a particular area with a certified TOC value. It is required to develop and implement a standard procedure for degassing gaseous samples when determining TOC, since the lack of control of this stage of analysis can lead to unacceptable errors in the determination.

Conflict of interest

Conflict of interest. The author declares no conflict of interest.

Acknowledgment

Acknowledgment. The study was supported by the state contract “Conducting an analytical review to identify priority chemical pollutants in the wastewater of the metropolis and water bodies polluted by them.”The author expresses his gratitude to V.S. Kharitonov and M.V. Peshchersky for measurements on the Vario TOC analyzer and consultations.

Received

Received: April 1, 2022 / Accepted: April 12, 2022 / Published: May 31, 2022

общий органический углероднеудаляемый органический углероданализатор общего углеродапитьевая водаtotal organic carbonnon-removable organic carbontotal carbon analyzerdrinking waterReferencesДедков Ю.М. Современные проблемы аналитической химии сточных вод. Российский химический журнал. 2002; 46(4): 11-7Dedkov Yu.M. Modern problems of analytical chemistry of waste waters. Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal. 2002; 46(4): 11–7. (in Russian)Visco G., Campanella L., Nobili V. Organic carbons and TOC in waters: an overview of the international norm for its measurements. Microchem. J. 2005; 79(1-2): 185-91. https://doi.org/10.1016/j.microc.2004.10.018Visco G., Campanella L., Nobili V. Organic carbons and TOC in waters: an overview of the international norm for its measurements. Microchem. J. 2005; 79(1–2): 185–91. https://doi.org/10.1016/j.microc.2004.10.018Золотов Ю.А. Новая парадигма аналитического контроля. Экология и промышленность России. 2006; (3): 38-40.Zolotov Yu.A. A new paradigm of analytical checkup: from componentwise analysis to estimation of integrated parameters. Ekologiya i promyshlennost’ Rossii. 2006; (3): 38–40. (in Russian)Кузьмина Е.А., Кузнецов Е.О., Смалгина Н.В., Слышкина Т.В., Акрамов Р.Л., Брусницына Л.А. и др. Органический углерод: вопросы гигиенического регламентирования и гармонизации. Гигиена и санитария. 2013; 92(6): 60-4.Kuzmina E.A., Kuznetsov E.O., Smalgina N.V., Slyshkina T.V., Akramov R.L., Brusnitsyna L.A., et al. The organic carbon – issues of hygienic regulation and harmonization. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2013; 92(6): 60–4. (in Russian)Петрова Т.Н., Гусева М.А. Динамика содержания и распределения органического вещества в воде Ладожского озера в течение многолетнего периода. В кн.: Органическое вещество и биогенные элементы во внутренних водоемах и морских водах. Сборник трудов VI Всероссийского симпозиума с международным участием. Барнаул; 2017: 181-7.Petrova T.N., Guseva M.A. Dynamics of the content and distribution of organic matter in the water of Lake Ladoga over a long period. In: Organic Matter and Biogenic Elements in Inland Reservoirs and Marine Waters. Proceedings of the VI All-Russian Symposium with International Participation [Organicheskoe veshchestvo i biogennye elementy vo vnutrennikh vodoemakh i morskikh vodakh. Sbornik trudov VI Vserossiyskogo simpoziuma s mezhdunarodnym uchastiem]. Barnaul; 2017: 181–7. (in Russian)Некрасова Л.П. Мониторинг загрязнения природной воды методом флуоресцентной спектроскопии. Гигиена и санитария. 2022; 101(5): в печатиNekrasova L.P. Monitoring of natural water pollution by fluorescence spectroscopy. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2022; 101(5): 578–582. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2022-101-5-578-582 (in Russian)Харрисон Т. Измерение общего органического углерода в современных фармацевтических системах водоподготовки. Аналитика. 2016; (6): 88-92.Harrison T. Measurement of the total organic carbon in modern pharmaceutical water systems. Analitika. 2016; (6): 88–92. (in Russian)Захарова А., Кравченко А., Гринштейн И. Контроль чистоты технологического оборудования методом определения общего органического углерода. Аналитика. 2014; (6): 74-80.Zakharova A., Kravchenko A., Grinshteyn I. Purity control of process equipment by determination total organic carbon. Analitika. 2014; (6): 74–80. (in Russian)Вершинин Н.О., Чайковская О.Н., Каретникова Е., Соколова И.В. Деградация гербицида 2,4-Д и 2,4-дихлорфенола в воде при действии ультрафиолетового излучения эксиламп. Вода: химия и экология. 2013; (4): 84-91.Vershinin N.O., Chaykovskaya O.N., Karetnikova E., Sokolova I.V. Water degradation of 2,4-d and 2,4-dichlorophenol herbicides under UV emission from excimer sources. Voda: khimiya i ekologiya. 2013; (4): 84–91. (in Russian)Некрасова Л.П., Малышева А.Г., Абрамов Е.Г. Трансформация фенола и двухатомных фенолов в поверхностной воде под действием природных физико-химических факторов. Гигиена и санитария. 2019; 98(11): 1206-11. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-11Nekrasova L.P., Malysheva A.G., Abramov E.G. Transformation of phenol and diatomic phenols in surface water under the impact of natural physical and chemical factors. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2019; 98(11): 1206–11. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-11 (in Russian)Wallace B., Purcell M., Furlong J. Total organic carbon analysis as a precursor to disinfection byproducts in potable water: oxidation technique considerations. J. Environ. Monit. 2002; 4(1): 35-42. https://doi.org/10.1039/B106049JWallace B., Purcell M., Furlong J. Total organic carbon analysis as a precursor to disinfection byproducts in potable water: oxidation technique considerations. J. Environ. Monit. 2002; 4(1): 35–42. https://doi.org/10.1039/B106049JХлыстов И.А., Щукина Д.А., Кузьмина Е.А., Плотко Э.Г., Брусницына Л.А. Подходы к нормированию органического углерода и необходимость его обязательного контроля в питьевой воде. Здоровье населения и среда обитания. 2020; (9): 61-6. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2020-330-9-61-66Khlystov I.A., Shchukina D.A., Kuz’mina E.A., Plotko E.G., Brusnitsyna L.A. Approaches to regulating organic carbon and the necessity of its obligatory monitoring in drinking water. Zdorov’e naseleniya i sreda obitaniya. 2020; (9): 61–6. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2020-330-9-61-66 (in Russian)Ягов Г.В. К вопросу об анализе общего органического углерода в пробах воды. Вода: химия и экология. 2013; (12): 117-22.Yagov G.V. Analysis of total organic carbon in water samples. Voda: khimiya i ekologiya. 2013; (12): 117–22. (in Russian)Цупрева В. Анализаторы общего органического углерода компании Shimadzu для исследования проб различной природы. Аналитика. 2013; (2): 82-7.Tsupreva V. Shimadzu total organic carbon analyzers for the different nature samples research. Analitika. 2013; (2): 82–7. (in Russian)Горовая А.И., Орлов Д.С., Щербенко О.В. Гуминовые вещества. Строение, функции, механизм действия, протекторные свойства, экологическая роль. Киев: Наукова думка; 1995.Gorovaya A.I., Orlov D.S., Shcherbenko O.V. Humic Substances. Structure, Functions, Mechanism of Action, Protective Properties, Ecological Role [Guminovye veshchestva. Stroenie, funktsii, mekhanizm deystviya, protektornye svoystva, ekologicheskaya rol’]. Kiev: Nauka dumka; 1995. (in Russian)Линкевич Е.В., Юдина Н.В., Савельева А.В. Формирование гуминовых коллоидов в зависимости от рН среды водных растворов. Журнал физической химии. 2020; 94(4): 568-73. https://doi.org/10.31857/S0044453720040093Linkevich E.V., Yudina N.V., Saveleva A.V. Formation of humic colloids aqueous solution at different pH values. Zhurnal fizicheskoy khimii. 2020; 94(4): 742–7. https://doi.org/10.1134/S0036024420040093Byun J.D., Kim T.D., Lee S.K., Kim H.O., Kim J.L.Comparison of oxidation methods in analyzing total organic carbon. J. Korean Soc. Environ. Anal. 2009; 12(3): 172-6.Byun J.D., Kim T.D., Lee S.K., Kim H.O., Kim J.L. Comparison of oxidation methods in analyzing total organic carbon. J. Korean Soc. Environ. Anal. 2009; 12(3): 172–6.Jung H.J., Lee B.M., Lee K.H., Shin H.S., Hur J. Influences of environmental conditions and refractory organic matters on organic carbon oxidation rates measured by a high temperature combustion and a UV-sulfate methods. J. Korean Soc. Water Environ. 2016; 32(1): 98-107. https://doi.org/10.15681/KSWE.2016.32.1.98Jung H.J., Lee B.M., Lee K.H., Shin H.S., Hur J. Influences of environmental conditions and refractory organic matters on organic carbon oxidation rates measured by a high temperature combustion and a UV-sulfate methods. J. Korean Soc. Water Environ. 2016; 32(1): 98–107. https://doi.org/10.15681/KSWE.2016.32.1.98Yoon G., Park S.M., Yang H., Tsang D.C.W., Alessi D.S., Baek K. Selection criteria for oxidation method in total organic carbon measurement. Chemosphere. 2018; 199: 453-8. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.02.074Yoon G., Park S.M., Yang H., Tsang D.C.W., Alessi D.S., Baek K. Selection criteria for oxidation method in total organic carbon measurement. Chemosphere. 2018; 199: 453–8. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.02.074Wallace B., Purcell M., Furlong J. Total organic carbon analysis as a precursor to disinfection byproducts in potable water: Oxidation technique considerations. J. Environ. Monit. 2002; 4(1): 35-42. https://doi.org/10/1039/b106049jWallace B., Purcell M., Furlong J. Total organic carbon analysis as a precursor to disinfection byproducts in potable water: Oxidation technique considerations. J. Environ. Monit. 2002; 4(1): 35–42. https://doi.org/10/1039/b106049jОвсяный Е.И., Коновалов С.К., Митропольский А.Ю., Котольянц Е.А. Органический углерод и карбонатность современных донных отложений Керченского пролива. Геохимия. 2015; (12): 1120-31. https://doi.org/10.7868/S0016752515120079Ovsyanyy E.I., Konovalov S.K., Mitropolskiy A.Yu., Kotolyants E.A. Organic carbon and carbonates in the recent bottom sediments of the Kerch strait. Geokhimiya. 2015; (12): 1123–33. https://doi.org/10.7868/S0016752515120079

The authors declare that there are no conflicts of interest present.