medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2025-104-11-1533-1538jsungamedlit-5305Research ArticleМЕТОДЫ ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS OF HYGIENIC AND EXPERIMENTAL INVESTIGATIONSОценка эффективности очистки сточных вод от загрязнителей для нецелевого скрининга методом жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометриейEvaluation of wastewater treatment efficiency for emerging contaminants for non-target screening by liquid chromatography with tandem mass spectrometryhttps://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, Russia

e-mail: AStreletsky@cspfmba.ru

AStreletsky@cspfmba.ruhttps://orcid.org/0009-0004-5290-3049ФилимоноваЕкатерина ИгоревнаFilimonovaEkaterina I.

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

e-mail: EFilimonova@cspfmba.ru

Chemist, Department of physico-chemical research and ecotoxicology, Center for Strategic Planning of the Federal medical and biological agency, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: EFilimonova@cspfmba.ru

EFilimonova@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 Federation2025201220251041115331538Copyright © Стрелецкий А.В., Филимонова Е.И., 20252025Стрелецкий А.В., Филимонова Е.И.Streletskiy A.V., Filimonova E.I.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/5305Введение

Введение. Современный экологический мониторинг требует эффективных методов выявления и идентификации новых потенциально опасных антропогенных загрязнителей, особенно не подлежащих стандартному контролю. Высокоэффективная жидкостная хроматография с тандемной масс-спектрометрией (ВЭЖХ-МС/МС) представляет собой перспективный инструмент для решения задач нецелевого скрининга микрозагрязнителей в водных объектах.

Материалы и методы

Материалы и методы. В работе применён подход нецелевого скрининга с использованием ВЭЖХ-МС/МС, который предполагает регистрацию масс-спектров основных компонентов в водных пробах (сточные воды до и после очистки, питьевая вода) и последующее сравнение экспериментальных спектров фрагментации с референтными базами данных (MassBank, NIST) с использованием алгоритмов спектрального сходства.

Результаты

Результаты. Метод нецелевого скрининга с использованием ВЭЖХ-МС/МС позволил выявить и предварительно идентифицировать в образцах сточных вод шесть органических соединений с различной степенью устойчивости к очистке. Наиболее устойчивыми оказались капролактам и 3-циклогексил-1,1-диметилмочевина с эффективностью удаления 40 и 31% соответственно, что указывает на их высокую стойкость к стандартным технологиям водоочистки. Эффективность очистки других найденных соединений, в том числе лаурилдиэтаноламида, достигала 93‒98%. Идентификация подтверждена сопоставлением экспериментальных спектров фрагментации с базами данных MassBank и NIST. Установлены вероятные источники образования и поступления этих загрязнителей, а также связанные с ними экологические риски.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Для окончательного подтверждения идентичности и точного количественного определения требуется дополнительный целевой анализ с аттестованными стандартами.

Заключение

Заключение. Доказана эффективность подхода нецелевого скрининга на основе жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией при выявлении и предварительной идентификации новых потенциально опасных антропогенных загрязнителей в различных водных пробах. Ключевым результатом данной работы стала идентификация двух устойчивых органических соединений в сточных водах ‒ капролактама и 1-циклогексил-диметилмочевины, эффективность удаления которых была наименьшей.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует заключения комитета по биомедицинской этике.

Участие авторов

Участие авторов: Стрелецкий А.В. – сбор и обработка материала, выполнение экспериментальной работы, статистическая обработка, написание текста, редактирование; Филимонова Е.И. – сбор и обработка материала, выполнение экспериментальной работы. 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 («Мониторинг», «Индикатор риска 25‒27»).

Поступила

Поступила: 15.08.2025 / Принята к печати: 03.11.2025 / Опубликована: 19.12.2025

Introduction

Introduction. Modern environmental monitoring requires effective methods for detecting and identifying new potentially hazardous anthropogenic contaminants, especially those not subject to standard control. High-performance liquid chromatography with tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS) is a promising tool for non-target screening of micropollutants in aquatic environments.

Materials and methods

Materials and methods. A non-target screening approach using HPLC-MS/MS was applied. This involved recording mass spectra of major components in water samples (wastewater before and after treatment, drinking water) followed by comparison of experimental fragmentation spectra with reference databases (MassBank, NIST) using spectral similarity algorithms.

Results

Results. The non-target screening method using HPLC-MS/MS enabled the detection and tentative identification of six organic compounds in wastewater samples with varying degrees of resistance to treatment. Caprolactam and 3-cyclohexyl-1,1-dimethylurea were found to be the most persistent, with removal efficiencies of 40% and 31%, respectively, indicating their high resistance to standard water treatment technologies. Other identified compounds, including lauryldiethanolamide, demonstrated removal efficiencies ranging from 93% to 98%. Identification was confirmed by matching experimental fragmentation spectra with MassBank and NIST databases. Probable sources of formation and discharge of these contaminants, along with associated environmental risks, were established.

Limitations

Limitations. Final confirmation of identity and accurate quantification requires additional targeted analysis using certified reference standards.

Conclusion

Conclusion. The presented non-target screening approach based on liquid chromatography with tandem mass spectrometry proved effective for detecting and tentatively identifying new potentially hazardous anthropogenic contaminants in various water samples. A key result of this work was the identification of two persistent organic compounds in wastewater – caprolactam and 3-cyclohexyl-1,1-dimethylurea – which exhibited the lowest removal efficiency.

Compliance with ethical standards. The study does not require the conclusion of the Biomedical Ethics Committee.

Contribution

Contribution: Streletskiy A.V. — the concept and design of the study, experimental work, collection and processing of material, statistical processing, writing a text; Filimonova E.I — experimental work, collection and processing of material. 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 (“Monitoring”, “Chemical Indicators 25-27”).

Received

Received: August 15, 2025 / Accepted: November 3, 2025 / Published: December 19, 2025

нецелевой скринингжидкостная хроматографиятандемная масс-спектрометриямикрозагрязнителисточные водыnon-target screeningliquid chromatographytandem mass spectrometrymicropollutantswastewaterReferencesBester K. Quantification with HPLC-MS/MS for environmental issues: quality assurance and quality assessment. Anal. Bioanal. Chem. 2008; 391(1): 15–20. https://doi.org/10.1007/s00216-008-1991-2Bester K. Quantification with HPLC-MS/MS for environmental issues: quality assurance and quality assessment. Anal. Bioanal. Chem. 2008; 391(1): 15–20. https://doi.org/10.1007/s00216-008-1991-2Гладилович В.Д., Подольская Е.П. Возможности применения метода ГХ-МС (обзор). Научное приборостроение. 2010; 20(4): 36–49. https://elibrary.ru/mzizktGladilovich V.D., Podolskaya E.P. Applications of the method GC-MS. Nauchnoe priborostroenie. 2010; 20(4): 36–49. https://elibrary.ru/mzizkt (in Russian)Stachniuk A., Fornal E. Liquid chromatography-mass spectrometry in the analysis of pesticide residues in food. Food Anal. Methods. 2016; 9(6): 1654–65. https://doi.org/10.1007/s12161-015-0342-0Stachniuk A., Fornal E. Liquid chromatography-mass spectrometry in the analysis of pesticide residues in food. Food Anal. Methods. 2016; 9(6): 1654–65. https://doi.org/10.1007/s12161-015-0342-0Амелин В.Г., Андоралов А.М. Высокоэффективная жидкостная хроматография-времяпролетная масс-спектрометрия в идентификации и определении 111 пестицидов в пищевых продуктах, кормах, воде и почве. Журнал аналитической химии. 2016; 71(1): 85. https://doi.org/10.7868/S0044450215120038 https://elibrary.ru/uvespbAmelin V.G., Andoralov A.M. High-performance liquid chromatography–time-of-flight mass spectrometry in the identification and determination of 111 pesticides in food, feed, water, and soil. J. Anal. Chem. 2016; 71(1): 82–93. https://doi.org/10.1134/S1061934815120035 https://elibrary.ru/wrgfjfParys W., Dołowy M., Pyka-Pająk A. Significance of chromatographic techniques in pharmaceutical analysis. Processes. 2022; 10(1): 172. https://doi.org/10.3390/pr10010172Parys W., Dołowy M., Pyka-Pająk A. Significance of chromatographic techniques in pharmaceutical analysis. Processes. 2022; 10(1): 172. https://doi.org/10.3390/pr10010172Shen Y., Wang L., Ding Y., Liu S., Li Y., Zhou Z., et al. Trends in the analysis and exploration of per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in environmental matrices: a review. Crit. Rev. Anal. Chem. 2024; 54(8): 3171–95. https://doi.org/10.1080/10408347.2023.2231535Shen Y., Wang L., Ding Y., Liu S., Li Y., Zhou Z., et al. Trends in the analysis and exploration of per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in environmental matrices: a review. Crit. Rev. Anal. Chem. 2024; 54(8): 3171–95. https://doi.org/10.1080/10408347.2023.2231535Русских Я.В., Чернова Е.Н., Воякина Е.Ю., Никифоров В.В., Жаковская З.А. Определение цианотоксинов в водной матрице методом высокоэффективной жидкостной хроматографии – масс-спектрометрии высокого разрешения. Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2012; (17): 061–6. https://elibrary.ru/pkzfepRusskikh Ya.V., Chernova E.N., Voyakina E.Yu., Nikiforov V.V., Zhakovskaya Z.A. Determination of cyanotoxins in an aqueous matrix by high-performance liquid chromatography – high-resolution mass spectrometry. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo instituta (Tekhnicheskogo Universiteta). 2012; (17): 061–6. https://elibrary.ru/pkzfep (in Russian)Савельева Е.И., Ленинский М.А., Васильева И.А. Современные аналитические методы контроля химической безопасности. Обзор. Химическая безопасность. 2020; 4(1): 8–30. https://doi.org/10.25514/CHS.2020.1.17001 https://elibrary.ru/ighebrSavelieva E.I., Leninskiy M.A., Vasilieva I.A. Modern analytical approaches for chemical safety control – a review. Khimicheskaya bezopasnost‘. 2020; 4(1): 8–30. https://doi.org/10.25514/CHS.2020.1.17001 https://elibrary.ru/ighebr (in Russian)Ramon D., Ibáñez M., Sancho J.V., Hernández F. Target and non-target screening strategies for organic contaminants, residues and illicit substances in food, environmental and human biological samples by UHPLC-QTOF-MS. Anal. Methods. 2012; 4(1): 196–209.Ramon D., Ibáñez M., Sancho J.V., Hernández F. Target and non-target screening strategies for organic contaminants, residues and illicit substances in food, environmental and human biological samples by UHPLC-QTOF-MS. Anal. Methods. 2012; 4(1): 196–209.Мильман Б.Л., Журкович И.К. Современная практика нецелевого химического анализа. Журнал аналитической химии. 2022; 77(5): 412–26. https://elibrary.ru/pnqspfMilman B.L., Zhurkovich I.K. Present-day practice of non-target chemical analysis. J. Anal. Chem. 2022; 77(5): 537–49. https://doi.org/10.1134/S1061934822050070 https://elibrary.ru/qlsugmNIST 23 Mass Spectral Library, NIST 2023/2020/2017 Database. Agilent Format Available. Available at: https://sisweb.com/software/ms/nist.htmNIST 23 Mass Spectral Library, NIST 2023/2020/2017 Database. Agilent Format Available. Available at: https://sisweb.com/software/ms/nist.htmmzCloud – Advanced Mass Spectral Database. Available at: https://mzcloud.org/mzCloud – Advanced Mass Spectral Database. Available at: https://mzcloud.org/MassBank consortium and its contributors. MassBank/MassBank-data: Release version 2025.05.1. Zenodo; 2025.MassBank consortium and its contributors. MassBank/MassBank-data: Release version 2025.05.1. Zenodo; 2025.Макаров А. Масс-спектрометрия на основе орбитальной ловушки ионов: достижения и перспективы. Аналитика. 2013; (5): 30–6. https://elibrary.ru/reavntMakarov A. Orbitrap mass spectrometry: achievements and outlook. Analitika. 2013; (5): 30–6. https://elibrary.ru/reavnt (in Russian)Lai Y.H., Wang Y.S. Advances in high-resolution mass spectrometry techniques for analysis of high mass-to-charge ions. Mass. Spectrom. Rev. 2023; 42(6): 2426–45. https://doi.org/10.1002/mas.21790Lai Y.H., Wang Y.S. Advances in high-resolution mass spectrometry techniques for analysis of high mass-to-charge ions. Mass. Spectrom. Rev. 2023; 42(6): 2426–45. https://doi.org/10.1002/mas.21790Hoang C., Uritboonthai W., Hoang L., Billings E.M., Aisporna A., Nia F.A., et al. Tandem mass spectrometry across platforms. Anal. Chem. 2024; 96(14): 5478–88. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c05576Hoang C., Uritboonthai W., Hoang L., Billings E.M., Aisporna A., Nia F.A., et al. Tandem mass spectrometry across platforms. Anal. Chem. 2024; 96(14): 5478–88. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c05576Rakusanova S., Cajka T. Tips and tricks for LC–MS-based metabolomics and lipidomics analysis. TrAC Trends Anal. Chem. 2024; 180: 117940. https://doi.org/10.1016/j.trac.2024.117940Rakusanova S., Cajka T. Tips and tricks for LC–MS-based metabolomics and lipidomics analysis. TrAC Trends Anal. Chem. 2024; 180: 117940. https://doi.org/10.1016/j.trac.2024.117940Kind T., Tsugawa H., Cajka T., Ma Y., Lai Z., Mehta S.S., et al. Identification of small molecules using accurate mass MS/MS search. Mass. Spectrom. Rev. 2018; 37(4): 513–32. https://doi.org/10.1002/mas.21535Kind T., Tsugawa H., Cajka T., Ma Y., Lai Z., Mehta S.S., et al. Identification of small molecules using accurate mass MS/MS search. Mass. Spectrom. Rev. 2018; 37(4): 513–32. https://doi.org/10.1002/mas.21535Шефтелъ В.О. Токсикология капролактама – загрязнителя воды и пищи (обзор). Гигиена и санитария. 1990; 69(10): 33–4.Sheftel V.O. Toxicology of caprolactam – water and food pollutant (review). Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 1990; 69(10): 33–4. (in Russian)Seiwert B., Klöckner P., Wagner S., Reemtsma T. Source-related smart suspect screening in the aqueous environment: search for tire-derived persistent and mobile trace organic contaminants in surface waters. Anal. Bioanal. Chem. 2020; 412(20): 4909–19. https://doi.org/10.1007/s00216-020-02653-1Seiwert B., Klöckner P., Wagner S., Reemtsma T. Source-related smart suspect screening in the aqueous environment: search for tire-derived persistent and mobile trace organic contaminants in surface waters. Anal. Bioanal. Chem. 2020; 412(20): 4909–19. https://doi.org/10.1007/s00216-020-02653-1De Hoogh C.J., Wagenvoort A.J., Jonker F., Van Leerdam J.A., Hogenboom A.C. HPLC-DAD and Q-TOF MS techniques identify cause of Daphnia biomonitor alarms in the River Meuse. Environ. Sci. Technol. 2006; 40(8): 2678–85. https://doi.org/10.1021/es052035aDe Hoogh C.J., Wagenvoort A.J., Jonker F., Van Leerdam J.A., Hogenboom A.C. HPLC-DAD and Q-TOF MS techniques identify cause of Daphnia biomonitor alarms in the River Meuse. Environ. Sci. Technol. 2006; 40(8): 2678–85. https://doi.org/10.1021/es052035aBenfenati E., Porazzi E., Bagnati R., Forner F., Pardo Martinez M., Mariani G., et al. Organic tracers identification as a convenient strategy in industrial landfills monitoring. Chemosphere. 2003; 51(8): 677–83. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(03)00050-XBenfenati E., Porazzi E., Bagnati R., Forner F., Pardo Martinez M., Mariani G., et al. Organic tracers identification as a convenient strategy in industrial landfills monitoring. Chemosphere. 2003; 51(8): 677–83. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(03)00050-XShi Z.Q., Liu Y.S., Xiong Q., Cai W.W., Ying G.G. Occurrence, toxicity and transformation of six typical benzotriazoles in the environment: A review. Sci. Total. Environ. 2019; 661: 407–21. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.01.138Shi Z.Q., Liu Y.S., Xiong Q., Cai W.W., Ying G.G. Occurrence, toxicity and transformation of six typical benzotriazoles in the environment: A review. Sci. Total. Environ. 2019; 661: 407–21. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.01.138Rani R., Kumar D. Recent advances in degradation of N,N-diethyl-3-toluamide (DEET)-an emerging environmental contaminant: a review. Environ. Monit. Assess. 2024; 196(3): 238. https://doi.org/10.1007/s10661-024-12414-7Rani R., Kumar D. Recent advances in degradation of N,N-diethyl-3-toluamide (DEET)-an emerging environmental contaminant: a review. Environ. Monit. Assess. 2024; 196(3): 238. https://doi.org/10.1007/s10661-024-12414-7Arvaniti O., Georgios G., Nika M.C., Gyparakis S., Manios T., Thomaidis N.S., et al. Study on the occurrence of artificial sweeteners, parabens, and other emerging contaminants in hospital wastewater using LC-QToF-MS target screening approach. Water. 2023; 15(5): 936. https://doi.org/10.3390/w15050936Arvaniti O., Georgios G., Nika M.C., Gyparakis S., Manios T., Thomaidis N.S., et al. Study on the occurrence of artificial sweeteners, parabens, and other emerging contaminants in hospital wastewater using LC-QToF-MS target screening approach. Water. 2023; 15(5): 936. https://doi.org/10.3390/w15050936Xu J., Hao Y., Yang Z., Li W., Xie W., Huang Y., et al. Rubber antioxidants and their transformation products: environmental occurrence and potential impact. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022; 19(21):14595. https://doi.org/10.3390/ijerph19211459Xu J., Hao Y., Yang Z., Li W., Xie W., Huang Y., et al. Rubber antioxidants and their transformation products: environmental occurrence and potential impact. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022; 19(21):14595. https://doi.org/10.3390/ijerph192114595

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