Экспресс-способ определения состава хлоридных противогололёдных материалов методом масс-спектрометрии

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

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

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

1. Барсуков 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/kxsfvs

2. 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/tevrhv

3. 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/ywjrlw

4. 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/cmuftc

5. 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/ypxhud

6. 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/ymqxtz

7. 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/zvjbsn

8. 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/ugdqvx

9. 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/hvhtob

10. Electrospray ion source. Another variation on the free-jet theme. J. Phys. Chem. 1984; 88(20).

11. 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.2013.03.048

12. Boock 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.2019.116217

13. Electrospray 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.107

14. Hao 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.150

15. Identification 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.1107

16. Hotta 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.31.7

17. Romson 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.2021.116619

18. Bruzzoniti 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/s00216-014-7798-4

19. Posit. The Open-Source Data Science Company. Available at: https://posit.co/

20. 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.5b00941

21. Stein 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)87009-8

22. OrgMassSpecR. Available at: https://orgmassspec.github.io/

23. 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.3591

24. Sapienza R., Ricks W., Sanders J. Corrosion inhibited runway deicing fluid. Patent US6540934; 2003.

25. Christensen R., Gelazis A. Composition and method for controlling corrosion in aqueous systems. Patent US4406811; 1983.

26. 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.