medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2025-104-11-1526-1532eempqmmedlit-5304Research ArticleМЕТОДЫ ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS OF HYGIENIC AND EXPERIMENTAL INVESTIGATIONSЭкспресс-способ определения состава хлоридных противогололёдных материалов методом масс-спектрометрииExpress method for determining the composition of chloride deicing materials by mass spectrometryhttps://orcid.org/0000-0003-4406-4287СбитневАнтон ВладиславовичSbitnevAnton V.

Науч. сотр. отд. физико-химических исследований и экотоксикологии ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва, Россия

e-mail: ASbitnev@cspfmba.ru

Researcher at the Department of Physic-Chemical Research and Ecotoxicology, Center for Strategic Planning of the Federal medical and biological agency, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: ASbitnev@cspfmba.ru

ASbitnev@cspfmba.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3350-5753ВодяноваМария АлександровнаVodianovaMariya A.

Канд. биол. наук, учёный секретарь, руководитель Учёной части ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва, Россия. E-mail: MVodyanova@cspfmba.ru

PhD (Biology), head, Academic department, Center for Strategic Planning of the Federal medical and biological agency, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: MVodyanova@cspfmba.ru

MVodyanova@cspfmba.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8194-1536СтрелецкийАлексей ВладимировичStreletskiyAlexey V.

Канд. хим. наук, ст. науч. сотр. отд. физико-химических исследований и экотоксикологии ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва, Россия

e-mail: AStreletsky@cspfmba.ru

PhD (Chemistry), senior researcher, Department of physico-chemical research and ecotoxicology, Center for Strategic Planning of the Federal medical and biological agency, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: AStreletsky@cspfmba.ru

AStreletsky@cspfmba.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7942-8004ЮдинСергей МихайловичYudinSergey M.

Доктор мед. наук, профессор, генеральный директор ФГБУ «ЦСП» ФМБА России

e-mail: Yudin@cspfmba.ru

DSc (Medicine), professor, director, Center for Strategic Planning of the Federal medical and biological agency, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: Yudin@cspfmba.ru

Yudin@cspfmba.ruФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентстваРоссияCenter for Strategic Planning of the Federal medical and biological agencyRussian Federation2025201220251041115261532Copyright © Сбитнев А.В., Водянова М.А., Стрелецкий А.В., Юдин С.М., 20252025Сбитнев А.В., Водянова М.А., Стрелецкий А.В., Юдин С.М.Sbitnev A.V., Vodianova M.A., Streletskiy A.V., Yudin S.M.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/5304Введение

Введение. Использование противогололёдных материалов (ПГМ) – один из значимых факторов химического загрязнения окружающей среды, поэтому важна оценка их воздействия на здоровье населения. В работе предложен оригинальный подход к определению химического состава ПГМ методом масс-спектрометрии с ионизацией электрораспылением (ИЭР-МС), который позволяет идентифицировать солевой состав и функциональные добавки ПГМ по характеристическим ионам.

Материалы и методы

Материалы и методы. В качестве стандартных образцов использовали водные солевые растворы – хлориды натрия, кальция и магния. В число исследуемых хлоридных коммерческих образцов ПГМ входили твёрдый и жидкий образцы на основе хлоридов натрия и кальция, а также жидкий образец на основе хлорида магния. В процессе пробоподготовки проводили жидкостную экстракцию путём смешения образца ПГМ (насыщенный водный солевой раствор) с ацетонитрилом. При анализе состава использовали масс-селективный детектор Agilent 6430 с квадрупольным масс-анализатором и источником электрораспылительной ионизации. Для идентификации неорганических солей применяли алгоритм сравнения масс-спектров образца и стандартов с количественной оценкой степени их сходства.

Результаты

Результаты. Показано, что на качественном уровне можно определять основные компоненты ПГМ – соли хлоридов натрия, кальция и магния. В рамках исследования представлен новый подход к определению этих компонентов в составе образцов хлоридных ПГМ. Одновременно на основе полученных данных проводится качественная оценка содержания в составе ПГМ органических соединений.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Оценка количественных характеристик компонентного состава ПГМ для разных неорганических соединений при определении степени сходства их масс-спектров может быть затруднена из-за наличия эффекта подавления ионами NaCl в случае их присутствия в составе ПГМ.

Заключение

Заключение. Результаты проведённого исследования показали, что метод ИЭР-МС может рассматриваться в качестве одного из современных способов экспресс-анализа химического состава хлоридных ПГМ, имеет перспективу внедрения в практику лабораторных и мониторинговых исследований, ориентированных на своевременное выявление потенциальных рисков, связанных с негативным воздействием ПГМ на объекты окружающей среды и здоровье населения.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует предоставления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов

Участие авторов: Сбитнев А.В. – проведение экспериментальной части исследований, сбор и обработка данных, обсуждение и редактирование текста; Водянова М.А. – идея, концепция и дизайн исследований, обсуждение и редактирование текста; Стрелецкий А.В. – идея, концепция и дизайн исследований, проведение экспериментальной части исследований, сбор и обработка данных, написание текста; Юдин С.М. – идея, концепция и дизайн исследований. Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех её частей.

Конфликт интересов

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

Финансирование

Финансирование. Исследование проведено в рамках темы госзадания: шифр «Индикатор риска 2527», рег. № 38800083-25-03.

Поступила

Поступила: 06.03.2025 / Поступила после доработки: 16.06.2025 / Принята к печати: 03.11.2025 / Опубликована: 19.12.2025

Introduction

Introduction. The use of deicing materials (DMs) in cities is a significant factor in chemical pollution of the environment, which makes it a priority to assess their impact on public health. In this paper, we propose an original approach to studying the chemical composition of DMs using the electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) method, which makes it possible to identify the salt composition and functional additives of DMs by characteristic ions.

Materials and methods

Materials and methods. As standard samples there were used aqueous saline solutions of the inorganic salts including sodium chloride, calcium chloride, and magnesium chloride. The set of investigated commercial chloride samples of PGM included solid and liquid samples based on sodium and calcium chlorides, as well as a liquid sample based on magnesium chloride. During sample preparation, liquid-liquid extraction was performed by mixing the DMs sample (a saturated aqueous saline solution) with acetonitrile. For composition analysis, an Agilent 6430 mass-selective detector with a quadrupole mass analyzer and an electrospray ionization source was used. To identify inorganic salts, an algorithm for comparing the mass spectra of the sample and standards with a quantitative assessment of their similarity was applied.       

Results

Results. At the qualitative analysis it has been shown to be possible to determine the main components of DMs presented in the form of salts of sodium, calcium and magnesium chloride. The study presents a new approach to the determination of these components in the composition of chloride DM samples. At the same time, a qualitative assessment of the content of organic compounds in the composition of DMs is carried out on the base on the data obtained.

Limitations

Limitations. Evaluation of the quantitative characteristics of the DMs component composition for different inorganic compounds when determining the degree of similarity of their mass spectra may be difficult due to the effect of suppression by NaCl ions in the case of their presence in the DMs composition.

Conclusion

Conclusion. The study’s results suggest that the ESI-MS method can be regarded as one of the modern techniques for the rapid analysis of the chemical composition of DMs chloride. This method holds promise for implementation in both laboratory and monitoring studies aimed at identifying potential risks associated with the adverse effects of DMs on environmental objects and public health in a timely manner.

Compliance with ethical standards. The conclusion of the biomedical ethics committee or other documents is not required.

Contribution

Contribution: Sbitnev A.V. — conducting the experimental part of the study, collecting and processing data; discussion and editing of the text; Vodianova M.A. — the idea, concept and design of the study; discussion and editing of the text; Streletskiy A.V. — the idea, concept and design of the study; conducting the experimental part of the study, collecting and processing data; writing the text; Yudin S.M. — the idea, concept and design of the study. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

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

Funding

Funding. The work was completed within the framework of the state task:. reg. No 388-00099-23-02, No 123040500002-3.

Received

Received: March 6, 2025 / Revised: June 16, 2025 / Accepted: , 2025 / Published: December 19, 2025

противогололёдные материалыхлориды металловхимический анализмасс-спектркластерные ионымодельная смесьфункциональные добавкиdeicing materialsmetal chlorideschemical analysismass spectrumcluster ionsmodel mixturefunctional additivesReferencesБарсуков П.А., Русалимова О.А. Влияние противогололёдных реагентов на свойства почв придорожных газонов г. Новосибирска. Почвы и окружающая среда. 2024; 7(2): 265. https://doi.org/10.31251/pos.v7i2.265 https://elibrary.ru/kxsfvsBarsukov P.A., Rusalimova O.A. The effect of deicing reagents on soil properties of the roadside lawns in Novosibirsk. Pochvy i okruzhayushchaya sreda. 2024; 7(2): 265. https://doi.org/10.31251/pos.v7i2.265 https://elibrary.ru/kxsfvs (in Russian)Воронина Л.П. Кеслер К.Э., Балагур Л.А., Донерьян Л.Г., Ушакова О.В., Карпенко Ю.Д. и др. Оценка влияния противогололёдных материалов на характеристику сточных вод централизованной системы водоотведения. Гигиена и санитария. 2019; 98(12): 1355–62. https://elibrary.ru/tevrhvVoronina L.P., Kesler K.E., Balagur L.A., Donerian L.G., Ushakova O.V., Karpenko Yu.D., et al. Assessment of the impact of anti-icing materials on the characteristics of sewage water disposal centralized system. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2019; 98(12): 1355–62. https://elibrary.ru/tevrhv (in Russian)Примин О., Тен А. Экологическая оценка использования противогололедных реагентов в зимний период в г. Москве. Экология и промышленность России. 2018; 22(4): 11–5. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2018-4-11-15 https://elibrary.ru/ywjrlwPrimin O., Ten A. Evaluation of the use of deicing product in winter period in Moscow. Ekologiya i promyshlennost’ Rossii. 2018; 22(4): 11–5. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2018-4-11-15 https://elibrary.ru/ywjrlw (in Russian)Воронина Л.П., Трибис Л.И., Поногайбо К.Э., Амельянчик О.А., Антропова Н.С. Характеристика снежной массы для индикации нагрузки применения противогололёдных реагентов. Гигиена и санитария. 2020; 99(12): 1330–38. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-12-1330-1338 https://elibrary.ru/cmuftcVoronina L.P., Tribis L.I., Ponogaybo K.E., Amelyanchik O.A., Antropova N.S. Snow mass characteristics for the indication of the ice-melting products application load. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2020; 99(12): 1330–38. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-12-1330-1338 https://elibrary.ru/cmuftc (in Russian)Малышева А.Г., Шелепова О.В., Водянова М.А., Донерьян Л.Г., Ушакова О.В., Юдин С.М. Эколого-гигиенические проблемы применения противогололёдных реагентов в условиях крупного мегаполиса (на примере территории города Москвы). Гигиена и санитария. 2018; 97(11): 1032–37. https://elibrary.ru/ypxhudMalysheva A.G., Shelepova O.V., Vodyanova M.A., Donerian L.G., Ushakova O.V., Yudin S.M. Ecological and hygienic problems of the application of anti-icing agents in a large metropolis (for example, the territory of Moscow). Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2018; 97(11): 1032–37. https://elibrary.ru/ypxhud (in Russian)Розов С.Ю., Паткина И.А., Розов Ю.Н., Шестаченко А.Ю. Использование солей муравьиной кислоты для улучшения свойств противогололедных материалов. European Journal of Analytical and Applied Chemistry. 2017; (1): 21–30. https://elibrary.ru/ymqxtzRozov S.Y., Patkina I.А., Rozov Y.N., Shestachenko A.Y. Application of formic acid salts to improve the properties of de-icing materials. European Journal of Analytical and Applied Chemistry. 2017; (1): 21–30. https://elibrary.ru/ymqxtz (in Russian)Лебедев Н. А., Угрюмов О.В., Шамсин Д.Р., Шавалиев И.Ф., Варнавская О.А., Брусько В.В. Антигололедная композиция и способ ее получения. Патент РФ № 2570081; 2015. https://elibrary.ru/zvjbsnLebedev N.A., Ugrjumov O.V., Shamsin D.R., Shavaliev I.F., Varnavskaja O.A., Brusko V.V. Anti-icing composition and method for preparation thereof. Patent RF No. RU2570081; 2015. https://elibrary.ru/zvjbsn (in Russian)Глушко А.Н., Лосева Е.А., Кислякова Л.С., Бессарабов А.М., Жданович О.А., Санду Р.А. Участие прикладной химической науки в мероприятиях по зимнему содержанию автодорог как важнейшей части транспортной инфраструктуры страны и жизнеобеспечения г. Москвы. Российский химический журнал. 2014; 58(1): 31–9. https://elibrary.ru/ugdqvxGlushko A.N., Loseva E.A., Kislyakova L.S., Bessarabov A.M., Zhdanovich O.A., Sandu R.A. Contribution of applied chemistry to maintaining Russian highway infrastructure in winter. Rossiiskii khimicheskii zhurnal. 2014; 58(1): 31–9. https://elibrary.ru/ugdqvx (in Russian)Александров М.Л., Галль Л.H., Краснов Н.В., Николаев В.И., Павленко В.А. Шкуров В.А. Из истории российской масс-спектрометрии. Экстракция ионов из растворов при атмосферном давлении – метод масс-спектрометрического анализа биоорганических веществ. Масс-спектрометрия. 2005; 2(1): 6–10. https://elibrary.ru/hvhtobAlexandrov M.L., Gall L.N., Krasnov N.V., Nikolaev V.I., Pavlenko V.A., Shkurov V.A. From history of Russian mass spectrometry. Extraction of ions from solutions under atmospheric pressure – a method for mass spectrometric analysis of bioorganic compounds. Mass-spektrometriya. 2005; 2(1): 6–10. https://elibrary.ru/hvhtob (in Russian)Electrospray ion source. Another variation on the free-jet theme. J. Phys. Chem. 1984; 88(20).Electrospray ion source. Another variation on the free-jet theme. J. Phys. Chem. 1984; 88(20).Furey A., Moriarty M., Bane V., Kinsella B., Lehane M. Ion suppression; a critical review on causes, evaluation, prevention and applications. Talanta. 2013; 115: 104–22. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2013.03.048Furey A., Moriarty M., Bane V., Kinsella B., Lehane M. Ion suppression; a critical review on causes, evaluation, prevention and applications. Talanta. 2013; 115: 104–22. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2013.03.048Boock J.J., Yost R.A. Behavior of transition metal salts during the electrospray ionization process Int. J. Mass Spectrom. 2019; 446: 116217. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2019.116217Boock J.J., Yost R.A. Behavior of transition metal salts during the electrospray ionization process Int. J. Mass Spectrom. 2019; 446: 116217. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2019.116217Electrospray ionization tandem mass spectrometric study of salt cluster ions. Part 1 – Investigations of alkali metal chloride and sodium salt cluster ions – Hao – 2001. J. Mass Spectrom. 2001; 36(1): 79–96. https://doi.org/10.1002/jms.107Electrospray ionization tandem mass spectrometric study of salt cluster ions. Part 1 – Investigations of alkali metal chloride and sodium salt cluster ions – Hao – 2001. J. Mass Spectrom. 2001; 36(1): 79–96. https://doi.org/10.1002/jms.107Hao C., March R.E. Electrospray ionization tandem mass spectrometric study of salt cluster ions: part 2 – salts of polyatomic acid groups and of multivalent metals. J. Mass. Spectrom. 2001; 36(5): 509–21. https://doi.org/10.1002/jms.150Hao C., March R.E. Electrospray ionization tandem mass spectrometric study of salt cluster ions: part 2 – salts of polyatomic acid groups and of multivalent metals. J. Mass. Spectrom. 2001; 36(5): 509–21. https://doi.org/10.1002/jms.150Identification of hydrolysis products of FeCl3 · 6H2O by ESI‐MS – Hellman – 2006. J. Mass Spectrom. 2006; 41(11): 1421–9. https://doi.org/10.1002/jms.1107Identification of hydrolysis products of FeCl3 · 6H2O by ESI-MS – Hellman – 2006. J. Mass Spectrom. 2006; 41(11): 1421–9. https://doi.org/10.1002/jms.1107Hotta H., Tsunoda K. Electrospray ionization mass spectrometry for the quantification of inorganic cations and anions. Anal. Sci. 2015; 31(1): 7–14. https://doi.org/10.2116/analsci.31.7Hotta H., Tsunoda K. Electrospray ionization mass spectrometry for the quantification of inorganic cations and anions. Anal. Sci. 2015; 31(1): 7–14. https://doi.org/10.2116/analsci.31.7Romson J., Emmer Å. Mass calibration options for accurate electrospray ionization mass spectrometry. Int. J. Mass Spectrom. 2021; 467: 116619. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2021.116619Romson J., Emmer Å. Mass calibration options for accurate electrospray ionization mass spectrometry. Int. J. Mass Spectrom. 2021; 467: 116619. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2021.116619Bruzzoniti M.C., Checchini L., De Carlo R.M., Orlandini S., Rivoira L., Del Bubba M. QuEChERS sample preparation for the determination of pesticides and other organic residues in environmental matrices: a critical review. Anal. Bioanal. Chem. 2014; 406(17): 4089–116. https://doi.org/10.1007/s00216-014-7798-4Bruzzoniti M.C., Checchini L., De Carlo R.M., Orlandini S., Rivoira L., Del Bubba M. QuEChERS sample preparation for the determination of pesticides and other organic residues in environmental matrices: a critical review. Anal. Bioanal. Chem. 2014; 406(17): 4089–116. https://doi.org/10.1007/s00216-014-7798-4Posit. The Open-Source Data Science Company. Available at: https://posit.co/Posit. The Open-Source Data Science Company. Available at: https://posit.co/Loos M. Gerber C., Corona F., Hollender J., Singer H. Accelerated Isotope Fine Structure Calculation Using Pruned Transition Trees. Analytical Chemistry. 2015; 11(87): 5738744. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b00941Loos M. Gerber C., Corona F., Hollender J., Singer H. Accelerated Isotope Fine Structure Calculation Using Pruned Transition Trees. Analytical Chemistry. 2015; 11(87): 5738744. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b00941Stein S.E., Scott D.R. Optimization and testing of mass spectral library search algorithms for compound identification. J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 1994; 5(9): 859–66. https://doi.org/10.1016/1044-0305(94)87009-8Stein S.E., Scott D.R. Optimization and testing of mass spectral library search algorithms for compound identification. J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 1994; 5(9): 859–66. https://doi.org/10.1016/1044-0305(94)87009-8OrgMassSpecR. Available at: https://orgmassspec.github.io/OrgMassSpecR. Available at: https://orgmassspec.github.io/Samokhin A., Sotnezova K., Lashin V., Revelsky I. Evaluation of mass spectral library search algorithms implemented in commercial software. J. Mass. Spectrom. 2015; 50(6): 820–5. https://doi.org/10.1002/jms.3591Samokhin A., Sotnezova K., Lashin V., Revelsky I. Evaluation of mass spectral library search algorithms implemented in commercial software. J. Mass. Spectrom. 2015; 50(6): 820–5. https://doi.org/10.1002/jms.3591Sapienza R., Ricks W., Sanders J. Corrosion inhibited runway deicing fluid. Patent US6540934; 2003.Sapienza R., Ricks W., Sanders J. Corrosion inhibited runway deicing fluid. Patent US6540934; 2003.Christensen R., Gelazis A. Composition and method for controlling corrosion in aqueous systems. Patent US4406811; 1983.Christensen R., Gelazis A. Composition and method for controlling corrosion in aqueous systems. Patent US4406811; 1983.Маэ Ж.П., Льевен С. Ингибиторы коррозии и сочетания ингибиторов с синергетическим эффектом для защиты легких металлов в жидких теплоносителях и охлаждающих жидкостях двигателей. Патент RU 2227175 C2; 2004.Mae Zh.P., Leven S. Corrosion inhibitors and combinations of inhibitors with a synergistic effect for the protection of light metals in liquid heat transfer fluids and engine coolants. Patent RU 2227175 C2; 2004. (in Russian)

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