Оценка эффективности очистки сточных вод от загрязнителей для нецелевого скрининга методом жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией

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

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

Финансирование. Исследование проведено в рамках темы госзадания («Мониторинг», «Индикатор риска 25‒27»).

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

1. Bester 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/s00216-008-1991-2

2. Гладилович В.Д., Подольская Е.П. Возможности применения метода ГХ-МС (обзор). Научное приборостроение. 2010; 20(4): 36–49. https://elibrary.ru/mzizkt

3. 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/s12161-015-0342-0

4. Амелин 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/uvespb

5. Parys W., Dołowy M., Pyka-Pająk A. Significance of chromatographic techniques in pharmaceutical analysis. Processes. 2022; 10(1): 172. https://doi.org/10.3390/pr10010172

6. Shen 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/10.1080/10408347.2023.2231535

7. Русских 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/pkzfep

8. 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/ighebr

9. 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.

10. Мильман Б.Л., Журкович И.К. Современная практика нецелевого химического анализа. Журнал аналитической химии. 2022; 77(5): 412–26. https://elibrary.ru/pnqspf

11. NIST 23 Mass Spectral Library, NIST 2023/2020/2017 Database. Agilent Format Available. Available at: https://sisweb.com/software/ms/nist.htm

12. mzCloud – Advanced Mass Spectral Database. Available at: https://mzcloud.org/

13. MassBank consortium and its contributors. MassBank/MassBank-data: Release version 2025.05.1. Zenodo; 2025.

14. Макаров А. Масс-спектрометрия на основе орбитальной ловушки ионов: достижения и перспективы. Аналитика. 2013; (5): 30–6. https://elibrary.ru/reavnt

15. 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.21790

16. Hoang 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.3c05576

17. Rakusanova 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.2024.117940

18. Kind 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.21535

19. Шефтелъ В.О. Токсикология капролактама – загрязнителя воды и пищи (обзор). Гигиена и санитария. 1990; 69(10): 33–4.

20. 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/s00216-020-02653-1

21. De 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/es052035a

22. Benfenati 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-X

23. Shi 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.2019.01.138

24. Rani 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/s10661-024-12414-7

25. Arvaniti 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/w15050936

26. Xu 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/ijerph19211459