medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2024-103-5-496-502juctwymedlit-4055Research ArticleМЕТОДЫ ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS OF HYGIENIC AND EXPERIMENTAL INVESTIGATIONSАналитический обзор отечественных и зарубежных методов селективного контроля веществ-маркёров нефтехимических и химических производств в водных средахAnalytical review of Russian and foreign methods for selective control of chemicals acting as markers of petrochemical and chemical productions in water mediahttps://orcid.org/0000-0002-2344-3037НурисламоваТатьяна ВалентиновнаNurislamova,Tatyana V.nurtat@fcrisk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9730-9092ПоповаНина АнатольевнаPopovaNina A.popova@fcrisk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7664-3270МальцеваОльга АндреевнаMaltsevaOlga A.malceva@fcrisk.ruФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияFederal Scientific Center for Medical and Preventive Technologies for Public Health Risk ManagementRussian Federation2024170620241035496502Copyright © Нурисламова Т.В., Попова Н.А., Мальцева О.А., 20242024Нурисламова Т.В., Попова Н.А., Мальцева О.А.Nurislamova, T.V., Popova N.A., Maltseva O.A.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/4055

Обеспечение санитарно-эпидемиологического благополучия населения Российской Федерации является одним из условий реализации конституционных прав граждан на охрану здоровья и благоприятную окружающую среду.

Цель исследования – аналитический обзор зарубежных и отечественных методов селективного контроля веществ-маркёров нефтехимических и химических производств в водных средах.

Предметом изучения явился анализ отечественных и зарубежных источников научно-методической литературы в области методов и методик определения массовых концентраций бензола, этилбензола и акрилонитрила в водных средах – маркёров нефтехимических и химических производств. Временные границы анализируемого периода – 71 год (с 1952 по 2023 г.).

В обзоре приведены методики определения бензола, этилбензола и акрилонитрила в водных средах (вода централизованного и нецентрализованного водоснабжения, водоисточников хозяйственно-бытового и рекреационного водопользования, морская вода в местах водопользования населения, вода плавательных бассейнов и аквапарков, вода поверхностных водоисточников, используемых для централизованного водоснабжения населения, хозяйственно-бытового водопользования и водоснабжения пищевых предприятий), основанные на использовании физико-химических методов анализа – спектрофотометрии, газовой хроматографии (ГХ), высокоэффективной жидкостной хроматографии с различными типами детекторов (ВЭЖХ), хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС).

Заключение

Заключение. Анализ методических документов показал несовершенство российской методической базы, охватывающей контроль бензола, этилбензола и акрилонитрила в водных средах. В связи с изменением нормативных показателей СанПиН 1.2.3685–21 в питьевой воде централизованного и нецентрализованного водоснабжения чувствительность ранее разработанных методик стала недостаточной, что требует разработки прецизионных аналитических методик хромато-масс-спектрометрического анализа токсичных бензола, этилбензола и акрилонитрила в водных средах с характеристиками, соответствующими международным стандартам.

Участие авторов

Участие авторов: Нурисламова Т.В. – концепция, научное консультирование, актуальность, заключение; Зайцева Н.В. – концепция, научное консультирование, актуальность; Попова Н.А. – материалы и методы, результаты; Мальцева О.А. – актуальность, результаты, обсуждение, заключение. Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила

Поступила: 16.02.2024 / Поступила после доработки: 27.02.2024 / Принята к печати: 09.04.2024 / Опубликована: 17.06.2024

Provision of sanitary-epidemiological welling for the population of the Russian Federation is a mandatory condition that ensures protection of the citizen’s right to health care and favourable environment guaranteed by the Constitution.

The aim of this study was to conduct analytical review of foreign and Russian methods for selective control of chemicals acting as markers of petrochemical and chemical productions in water media.

The review focused on analyzing Russian and foreign scientific and methodical studies describing methods and methodology for identifying mass concentrations of benzene, ethylbenzene, and acrylonitrile in water as markers of petrochemical and chemical productions. The analyzed period was 71 year (between 1952 and 2023).

The review dwells on methodologies for identifying benzene, ethylbenzene, and acrylonitrile in water media (tap water, water from non-centralized water supply, water objects used for household needs and recreation, sea water in places used by people, water in swimming pools and aqua parks, water in surface sources used for centralized drinking water supply, household needs and at food manufacturing enterprises). The outlined methodologies rely on using physical and chemical analytical methods including spectrophotometry, gas chromatography (GC), high performance liquid chromatography (HPLC) with different detectors, gas chromatography – mass spectrometry (GC-MS).

Conclusion

Conclusion. Analysis of available methodical documents has revealed the Russian methodological base on control of toxic benzene, ethylbenzene and acrylonitrile in water to be far from the perfect. Given the introduced changes in regulatory indicators in the SanPiN 1.2.3685–21 in drinking water from centralized and non-centralized water supply systems, sensitivity of previously developed methodologies has become insufficient. This requires developing new precise analytical methodologies of gas chromatography – mass spectrometry to identify toxic benzene, ethylbenzene, and acrylonitrile in water media with characteristics conforming to international standards.

Contributions

Contributions: Nurislamova Т.V. – study concept, scientific advice on relevance; conclusions; Zaitseva N.V. – study concept, scientific advice on relevance; Popova N.А. – materials and methods, results; Maltseva О.А. – relevance, results, discussion, conclusions. All the authors have approved the final version of the manuscript and bear full responsibility for the integrity of all parts of the article.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: Februaary16, 2024 / Revised: February 27, 2024 / Accepted: April 9, 2024 / Published: June 17, 2024

органические соединениябензолэтилбензолакрилонитрилобзор аналитических методикметодические указанияorganic compoundsbenzeneethylbenzeneacrylonitrilereview of analytical methodologiesmethodical guidelinesReferencesКлейн С.В., Вековшинина С.А. Приоритетные факторы риска питьевой воды систем централизованного питьевого водоснабжения, формирующие негативные тенденции в состоянии здоровья населения. Анализ риска здоровью. 2020; (3): 49–60. https://doi.org/10.21668/health.risk/2020.3.06 https://elibrary.ru/tkvfdnKlein S.V., Vekovshinina S.A. Priority risk factors related to drinking water from centralized water supply system that create negative trends in population health. Analiz riska zdorov’yu. 2020; (3): 48–59. https://doi.org/10.21668/health.risk/2020.3.06.eng https://elibrary.ru/sqzgclМехантьев И.И. Риск здоровью населения Воронежской области, обусловленный качеством питьевой воды. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2020; (4): 37–42. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2020-325-4-37-42 https://elibrary.ru/ttxyobMekhant’ev I.I. Health risks for the population of the Voronezh region related to drinking water quality. Zdorov’e naseleniya i sreda obitaniya – ZNiSO. 2020; (4): 37–42. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2020-325-4-37-42 https://elibrary.ru/ttxyob (in Russian)Suleimanov R.A., Bakirov A.B., Gimranova G.G., Valeev T.K. Hygienic assessment of health risks of the population living in the areas of intensive oil extraction. Amazonia Investiga. 2020; 9(26): 97–104. https://doi.org/10.34069/AI/2020.26.02.11 https://elibrary.ru/hsozulSuleimanov R.A., Bakirov A.B., Gimranova G.G., Valeev T.K. Hygienic assessment of health risks of the population living in the areas of intensive oil extraction. Amazonia Investiga. 2020; 9(26): 97–104. https://doi.org/10.34069/AI/2020.26.02.11 https://elibrary.ru/hsozulВалеев Т.К., Рахманин Ю.А., Сулейманов Р.А., Малышева А.Г., Бакиров А.Б., Рахматуллин Н.Р. и др. Опыт эколого-гигиенической оценки загрязнения водных объектов на территориях размещения предприятий нефтеперерабатывающих и нефтехимических комплексов. Гигиена и санитария. 2020; 99(9): 886–93. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-9-886-893 https://elibrary.ru/vrzzalValeev T.K., Rakhmanin Yu.A., Suleimanov R.A., Malysheva A.G., Bakirov A.B., Rakhmatullin N.R., et al. Experience on the environmental and hygienic assessment of water pollution in the territories referred to oil refining and petrochemical complexes. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2020; 99(9): 886–93. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-9-886-893 https://elibrary.ru/vrzzal (in Russian)Аксенов В.И., Аникин Ю.В., Галкин Ю.А., Ничкова И.И., Ушакова Л.И., Царев Н.С. Применение флокулянтов в системах водного хозяйства. Екатеринбург; 2008. https://elibrary.ru/wjrfohAksenov V.I., Anikin Yu.V., Galkin Yu.A., Nichkova I.I., Ushakova L.I., Tsarev N.S. Application of Flocculants in Water Management Systems [Primenenie flokulyantov v sistemakh vodnogo khozyaistva]. Ekaterinburg; 2008. https://elibrary.ru/wjrfoh (in Russian)Смолягин А.И., Михайлова И.В., Ермолина Е.В., Красиков С.И., Боев В.М. Экспериментальное исследование влияния бензола и хрома на иммунную систему организма. Иммунология. 2013; 34(1): 57–60. https://elibrary.ru/pvghffSmolyagin A.I., Mikhailova I.V., Ermolina E.V., Krasikov S.I., Boev V.M. Experimental investigation of the influence of benzene and chromium on the immune system of an organism. Immunologiya. 2013; 34(1): 57–60. https://elibrary.ru/pvghff (in Russian)Михайлова И.В., Смолягин А.И., Красиков С.И., Караулов А.В. Влияние бензола на иммунную систему и некоторые механизмы его действия. Иммунология. 2014; 35(1): 51–5. https://elibrary.ru/ryxxbbMikhailova I.V., Smolyagin A.I., Krasikov S.I., Karaulov A.V. Impact of benzene on the immune system and some of the mechanisms of its action. Immunologiya. 2014; 35(1): 51–5. https://elibrary.ru/ryxxbb (in Russian)The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). Ethyl benzene; 2019. Available at: https://cdc.gov/niosh/npg/npgd0264.htmlThe National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). Ethyl benzene; 2019. Available at: https://cdc.gov/niosh/npg/npgd0264.htmlATSDR: Agency for Toxic Substances & Diseases Registry; 2020. Available at: https://www.atsdr.cdc.gov/ATSDR: Agency for Toxic Substances & Diseases Registry; 2020. Available at: https://www.atsdr.cdc.gov/IARC Monographs on the Identification of Carcinogenic Hazards to Humans: Volumes 1–127. Lyon; 2020.IARC Monographs on the Identification of Carcinogenic Hazards to Humans: Volumes 1–127. Lyon; 2020.Something’s in the Water: A Look at How Creativity and Innovation Can Prevent Future Water Crises; 2019. Available at: https://digitalcommons.buffalostate.edu/creativeprojects/304/Something’s in the Water: A Look at How Creativity and Innovation Can Prevent Future Water Crises; 2019. Available at: https://digitalcommons.buffalostate.edu/creativeprojects/304/EPA United States Environmental Protection Agency. Toxic and Priority Pollutants Under the Clean Water Act; 2015. Available at: https://epa.gov/eg/toxic-and-priority-pollutants-under-clean-water-actEPA United States Environmental Protection Agency. Toxic and Priority Pollutants Under the Clean Water Act; 2015. Available at: https://epa.gov/eg/toxic-and-priority-pollutants-under-clean-water-actМалышева А.Г., Топорова И.Н. Газохроматографическое определение толуола и этилбензола в воде. Гигиена и санитария. 1998; 77(5): 73–5. https://elibrary.ru/vzzxufMalysheva A.G., Toporova I.N. Gas chromatographic determination of toluene and ethylbenzene in water. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 1998; 77(5): 73–5. https://elibrary.ru/vzzxuf (in Russian)Сотников Е.Е., Загайнов В.Ф., Михайлова Р.И., Милочкин Д.А., Рыжова И.Н., Корнилов И.О. Парофазный анализ летучих органических соединений в питьевой воде методом газовой хроматографии. Гигиена и санитария. 2014; 93(2): 92–6. https://elibrary.ru/sbkjlzSotnikov E.E., Zagainov V.F., Mikhailova R.I., Milochkin D.A., Ryzhova I.N., Kornilov I.O. Headspace analysis of volatile organic compounds (VOC) in drinking water by the method of gas chromatography. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2014; 93(2): 92–6. https://elibrary.ru/sbkjlz (in Russian)Витенберг А.Ф., Иоффе Б.В. Статический парофазный газохроматографический анализ. Физико-химические основы и области применения. Российский химический журнал. 2003; 47(1): 7–22.Vitenberg A.F., Ioffe B.V. Static headspace gas chromatographic analysis. Fiziko-khimicheskie osnovy i oblasti primeneniya. Rossiiskii khimicheskii zhurnal. 2003; 47(1): 7–22. (in Russian)Гладилович В.Д., Подольская Е.П. Возможности применения метода ГХ-МС (обзор). Научное приборостроение. 2010; 20(4): 36–49. https://elibrary.ru/mzizktGladilovich V.D., Podol’skaya E.P. Applications of the method GC-MS. Nauchnoe priborostroenie. 2010; 20(4): 36–49. https://elibrary.ru/mzizkt (in Russian)Сотников Е.Е., Московкин А.С. Изучение свойств и строения органических веществ. Журнал аналитической химии. 2005; 60(2): 171–3. https://elibrary.ru/hrysytSotnikov E.E., Moskovkin A.S. Determination of chloropicrin in drinking water using static headspace gas-chromatographic analysis. Zhurnal analiticheskoi khimii. 2005; 60(2): 171–3. https://elibrary.ru/hrysyt (in Russian)Baltussen E., Cramers C.A., Sandra P.J. Sorptive sample preparation – a review. Anal. Bioanal. Chem. 2002; 373(1–2): 3–22. https://doi.org/10.1007/s00216-002-1266-2Baltussen E., Cramers C.A., Sandra P.J. Sorptive sample preparation – a review. Anal. Bioanal. Chem. 2002; 373(1–2): 3–22. https://doi.org/10.1007/s00216-002-1266-2Namieśnik J., Wardencki W. Solventless sample preparation techniques in environmental analysis. HRC J. High Resolut. Chromatogr. 2000; 23(4): 297–303. https://clck.ru/3BD8d5Namieśnik J., Wardencki W. Solventless sample preparation techniques in environmental analysis. HRC J. High Resolut. Chromatogr. 2000; 23(4): 297–303. https://clck.ru/3BD8d5Kubinec R., Adamuscin J., Jurdáková H., Foltin M., Ostrovský I., Kraus A., et al. Gas chromatographic determination of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes using flame ionization detector in water samples with direct aqueous injection up to 250 microl. J. Chromatogr. A. 2005; 1084(1–2): 90–4. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2004.12.035Kubinec R., Adamuscin J., Jurdáková H., Foltin M., Ostrovský I., Kraus A., et al. Gas chromatographic determination of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes using flame ionization detector in water samples with direct aqueous injection up to 250 microl. J. Chromatogr. A. 2005; 1084(1–2): 90–4. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2004.12.035Ma X., Huang M., Li Z., Wu J. Hollow fiber supported liquid-phase microextraction using ionic liquid as extractant for preconcentration of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes from water sample with gas chromatography-hydrogen flame ionization detection. J. Hazard. Mater. 2011; 194: 24–9. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.07.066Ma X., Huang M., Li Z., Wu J. Hollow fiber supported liquid-phase microextraction using ionic liquid as extractant for preconcentration of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes from water sample with gas chromatography-hydrogen flame ionization detection. J. Hazard. Mater. 2011; 194: 24–9. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.07.066Sarafraz-Yazdi A., Amiri A., Rounaghi G., Hosseini H.E. A novel solid-phase microextraction using coated fiber based sol-gel technique using poly(ethylene glycol) grafted multi-walled carbon nanotubes for determination of benzene, toluene, ethylbenzene and o-xylene in water samples with gas chromatography-flame ionization detector. J. Chromatogr. A. 2011; 1218(34): 5757–64. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2011.06.099Sarafraz-Yazdi A., Amiri A., Rounaghi G., Hosseini H.E. A novel solid-phase microextraction using coated fiber based sol-gel technique using poly(ethylene glycol) grafted multi-walled carbon nanotubes for determination of benzene, toluene, ethylbenzene and o-xylene in water samples with gas chromatography-flame ionization detector. J. Chromatogr. A. 2011; 1218(34): 5757–64. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2011.06.099Przyjazny A., Kokosa J.M. Analytical characteristics of the determination of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes in water by headspace solvent microextraction. J. Chromatogr. A. 2002; 977(2): 143–53. https://doi.org/10.1016/s0021-9673(02)01422-xPrzyjazny A., Kokosa J.M. Analytical characteristics of the determination of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes in water by headspace solvent microextraction. J. Chromatogr. A. 2002; 977(2): 143–53. https://doi.org/10.1016/s0021-9673(02)01422-xEuropean Environment Agency (EEA). Available at: https://eea.europa.eu/ruEuropean Environment Agency (EEA). Available at: https://eea.europa.eu/ruLee M.R., Chang C.M., Dou J. Determination of benzene, toluene, ethylbenzene, xylenes in water at sub-ng l-1 levels by solid-phase microextraction coupled to cryo-trap gas chromatography-mass spectrometry. Chemosphere. 2007; 69(9): 1381–7. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2007.05.004Lee M.R., Chang C.M., Dou J. Determination of benzene, toluene, ethylbenzene, xylenes in water at sub-ng l-1 levels by solid-phase microextraction coupled to cryo-trap gas chromatography-mass spectrometry. Chemosphere. 2007; 69(9): 1381–7. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2007.05.004Fernández E., Vidal L., Canals A. Zeolite/iron oxide composite as sorbent for magnetic solid-phase extraction of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes from water samples prior to gas chromatography-mass spectrometry. J. Chromatogr. A. 2016; 1458: 18–24. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2016.06.049Fernández E., Vidal L., Canals A. Zeolite/iron oxide composite as sorbent for magnetic solid-phase extraction of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes from water samples prior to gas chromatography-mass spectrometry. J. Chromatogr. A. 2016; 1458: 18–24. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2016.06.049Nojavan S., Yazdanpanah M. Micro-solid phase extraction of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes from aqueous solutions using water-insoluble β-cyclodextrin polymer as sorbent. J. Chromatogr. A. 2017; 1525: 51–9. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2017.10.027Nojavan S., Yazdanpanah M. Micro-solid phase extraction of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes from aqueous solutions using water-insoluble β-cyclodextrin polymer as sorbent. J. Chromatogr. A. 2017; 1525: 51–9. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2017.10.027Pascale R., Bianco G., Calace S., Masi S., Mancini I.M., Mazzone G., et al. Method development and optimization for the determination of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes in water at trace levels by static headspace extraction coupled to gas chromatography-barrier ionization discharge detection. J. Chromatogr. A. 2018; 1548: 10–8. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2018.03.018Pascale R., Bianco G., Calace S., Masi S., Mancini I.M., Mazzone G., et al. Method development and optimization for the determination of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes in water at trace levels by static headspace extraction coupled to gas chromatography-barrier ionization discharge detection. J. Chromatogr. A. 2018; 1548: 10–8. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2018.03.018Naing N.N., Li S.F.Y., Lee H.K. Application of porous membrane-protected chitosan microspheres to determine benzene, toluene, ethylbenzene, xylenes and styrene in water. J. Chromatogr. A. 2016; 1448: 42–8. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2016.04.062Naing N.N., Li S.F.Y., Lee H.K. Application of porous membrane-protected chitosan microspheres to determine benzene, toluene, ethylbenzene, xylenes and styrene in water. J. Chromatogr. A. 2016; 1448: 42–8. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2016.04.062Hashemi M., Jahanshahi N., Habibi A. Application of ultrasound-assisted emulsification microextraction for determination of benzene, toluene, ethylbenzene and o-xylene in water samples by gas chromatography. Desalinatio. 2012; 288: 93–7. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.12.017Hashemi M., Jahanshahi N., Habibi A. Application of ultrasound-assisted emulsification microextraction for determination of benzene, toluene, ethylbenzene and o-xylene in water samples by gas chromatography. Desalinatio. 2012; 288: 93–7. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.12.017U.S. EPA. Method 8316 (SW-846): Acrylamide, Acrylonitrile and Acrolein by High Performance Liquid Chromatography (HPLC); 1994. Available at: https://nemi.gov/methods/method_summary/10001/U.S. EPA. Method 8316 (SW-846): Acrylamide, Acrylonitrile and Acrolein by High Performance Liquid Chromatography (HPLC); 1994. Available at: https://nemi.gov/methods/method_summary/10001/

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