Определение хлорсодержащих соединений в дезинфицирующих средствах с использованием ионообменной хроматографии

Цели. Разработать методику определения гипохлорит-, хлорид-, хлорит-, хлорати перхлорат-ионов при их совместном присутствии в дезинфицирующих средствах. Определить пределы обнаружения и пределы количественного определения ионов ClO−, Cl−, ClO₂−, ClO₃−, ClO₄−. Провести расчеты валидационных параметров разработанной методики, а также оценить ее пригодность для анализа дезинфицирующих средств.

Методы. Ионообменная хроматография с системой кондуктометрического детектирования в изократическом режиме элюирования.

Результаты. Новая методика хроматографического определения хлорсодержащих ионов позволяет количественно оценить содержание гипохлорит-, хлорид-, хлорит-, хлорат- и перхлорат-ионов при их одновременном нахождении в модельном растворе и в дезинфицирующих средствах. Изократический режим элюирования 7.5 мМ NaOH при скорости движения потока 0.4 мл/мин позволяет с высокой чувствительностью определять ионы, содержащие атом хлора. Разработанная методика не требует использования дорогостоящего оборудования, необходимого для сверхчувствительного анализа исследуемых соединений.

Выводы. Впервые предложена методика определения гипохлорит-, хлорид-, хлорит-, хлорат- и перхлорат-ионов при совместном присутствии. Ожидается, что разработанная методика позволит проводить рутинный контроль содержания этих компонентов в дезинфицирующих средствах при их практическом использовании, что приведет к повышению эффективности применения дезинфектантов на их основе и снижению возможных токсикологических рисков.

1. McCarthy W.P., O’Callaghan T.F., Danahar M., Gleeson D., O’Connor C., Fenelon M.A., et al. Chlorate and Other Oxychlorine Contaminants Within the Dairy Supply Chain. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2018;17(6):1561–1575. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12393

2. Dannehl D., Schuch I., Gao Y., Cordiner S., Schmidt U. Effects of hypochlorite as a disinfectant for hydroponic systems on accumulations of chlorate and phytochemical compounds in tomatoes. Eur. Food Res. Technol. 2016;242(3):345–353. https://doi.org/10.1007/s00217-015-2544-5

3. Stanford B.D., Pisarenko A.N., Snyder S.A., Gordon G. Perchlorate, bromate, and chlorate in hypochlorite solutions: Guidelines for utilities. J. Am. Water Works Assoc. 2011;103(6):71–83. https://doi.org/10.1002/j.1551-8833.2011.tb11474.x

4. Wang Z.X., Jin X., Gao Y.F., Kong F.Y., Wang W.J., Wang W. Fluorometric and colorimetric determination of hypochlorite using carbon nanodots doped with boron and nitrogen. Microchim. Acta. 2019;186(6):Article number 328. https://doi.org/10.1007/s00604-019-3443-4

5. Lu L., Zhang J., Yang X. Simple and selective colorimetric detection of hypochlorite based on anti-aggregation of gold nanoparticles. Sensors Actuators B: Chem. 2013;184:189–195. https://doi.org/10.1016/j.snb.2013.04.073

6. Girenko D.V., Gyrenko A.A., Nikolenko N.V. Potentiometric Determination of Chlorate Impurities in Hypochlorite Solutions. Int. J. Anal. Chem. 2019;2019. https://doi.org/10.1155/2019/2360420

7. Xie L., Zheng R., Hu H., Li L. Determination of hypochlorite and bisulfite in water by bifunctional colorimetric sensor based on octupolar conjugated merocyanine dyes. Microchem. J. 2022;172(PA):106931. https://doi.org/10.1016/j.microc.2021.106931

8. Hammar L., Wranglén G. Cathodic and anodic efficiency losses in chlorate electrolysis. Electrochim. Acta. 1964;9(1):1–16. https://doi.org/10.1016/0013-4686(64)80001-3

9. Levanov A.V., Isaikina O.Y. Mechanism and Kinetic Model of Chlorate and Perchlorate Formation during Ozonation of Aqueous Chloride Solutions. Ind. Eng. Chem. Res. 2020;59(32):14278–14287. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c02770

10. Alfredo K., Stanford B., Roberson J.A., Eaton A. Chlorate challenges for water systems. J. Am. Water Works Assoc. 2015;107(4):E187–196. https://doi.org/10.5942/jawwa.2015.107.0036

11. Li X.A., Zhou D.M., Xu J.J., Chen H.Y. Determination of chloride, chlorate and perchlorate by PDMS microchip electrophoresis with indirect amperometric detection. Talanta. 2008;75(1):157–162. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2007.10.054

12. Biesaga M., Kwiatkowska M., Trojanowicz M. Separation of chlorine-containing anions by ion chromatography and capillary electrophoresis. J. Chromatogr. A. 1997;777(2):375–381. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(97)00338-5

13. Sanz Rodriguez E., Lam S., Smith G.G., Haddad P.R., Paull B. Ultra-trace determination of oxyhalides in ozonated aquacultural marine waters by direct injection ion chromatography coupled with triple-quadrupole mass spectrometry. Heliyon. 2021;7(4):e06885. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e06885

14. Ma L., Wen S., Yuan J., Zhang D., Lu Y., Zhang Y., et al. Detection of chlorite, chlorate and perchlorate in ozonated saline. Exp. Ther. Med. 2020;20(3):2569–2576. https://doi.org/10.3892/etm.2020.9005

15. Rao B., Estrada N., McGee S., Mangold J., Gu B., Jackson W.A. Perchlorate production by photodecomposition of aqueous chlorine solutions. Environ. Sci. Technol. 2012;46(21):11635–11643. https://doi.org/10.1021/es3015277

16. Dietrich A.M., Ledder T.D., Gallagher D.L., Grabeel M.N., Hoehn R.C. Determination of Chlorite and Chlorate in Chlorinated and Chloraminated Drinking Water by Flow Injection Analysis and Ion Chromatography. Anal. Chem. 1992;64(5):496–502. https://doi.org/10.1021/ac00029a009

17. Yuan Y., Wang D., Long W., Deng F., Yu S., Tian J., et al. Ratiometric fluorescent detection of hypochlorite in aqueous solution and living cells using an ionic probe with aggregation-induced emission feature. Sensors Actuators B: Chem. 2021;330:129324. https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.129324

18. Zaporozhets O.A., Pogrebnyak O.S., Vizir N.N. Spectrophotometric determination of hypochlorite by N,N-diethylaniline. J. Water Chem. Technol. 2011;33(1):31–36. https://doi.org/10.3103/s1063455x11010061

19. Asakai T. Perchlorate ion standard solution: multipath titrimetric approach using three different stoichiometric reactions—Towards the establishment of SI traceable chemical standards. Metrologia. 2020;57(3):035005. https://doi.org/10.1088/1681-7575/ab79bf

20. Watanabe T., Idehara T., Yoshimura Y., Nakazawa H. Simultaneous determination of chlorine dioxide and hypochlorite in water by high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 1998;796(2):397–400. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(97)01009-1

21. Mavroudakis L., Mavrakis E., Kouvarakis A., Pergantis S.A. Determination of chlorate, perchlorate and bromate anions in water samples by microbore reversed-phase liquid chromatography coupled to sonic-spray ionization mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2017;31(11):911–918. https://doi.org/10.1002/rcm.7866

22. Themelis D.G., Delmer W.W., Gordon G. Determination of low concentrations of chlorite and chlorate ions by using a flow-injection system. Analytica Chimica Acta. 1989;225:437–441. https://doi.org/10.1016/s0003-2670(00)84634-6

23. Stahl R. Ion chromatographic determination of chloride, chlorate, and perchlorate in sulfuric acid solutions. Chromatographia. 1993;37(5–6):300–302. https://doi.org/10.1007/bf02278638

24. Gilchrist E.S., Healy D.A., Morris V.N., Glennon J.D. A review of oxyhalide disinfection by-products determination in water by ion chromatography and ion chromatography-mass spectrometry. Anal. Chim. Acta. 2016;942:12–22. https://doi.org/10.1016/j.aca.2016.09.006

25. Bebeshko G.I., Karpov Y.A. Current methods of determination of chlorine in inorganic substances (Overview). Inorg. Mater. 2012;48(15):1341–1348. https://doi.org/10.1134/s002016851214004x

26. Young T.R., Cheng S., Li W., Dodd M.C. Rapid, high-sensitivity analysis of oxyhalides by non-suppressed ion chromatography-electrospray ionization-mass spectrometry: Application to ClO4-, ClO3-, ClO2-, and BrO3- quantification during sunlight/chlorine advanced oxidation. Environ. Sci.: Water Res. Technol. 2020;6:2580–2596. https://doi.org/10.1039/D0EW00429D

27. Gallidabino M.D., Irlam R.C., Salt M.C., O’Donnell M., Beardah M.S., Barron L.P. Targeted and non-targeted forensic profiling of black powder substitutes and gunshot residue using gradient ion chromatography – high resolution mass spectrometry (IC-HRMS). Anal. Chim. Acta. 2019;1072:1–14. https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.04.048

28. Pisarenko A.N., Stanford B.D., Quiñones O., Pacey G.E., Gordon G., Snyder S.A. Rapid analysis of perchlorate, chlorate and bromate ions in concentrated sodium hypochlorite solutions. Anal. Chim. Acta. 2010;659(1–2):216–223. https://doi.org/10.1016/j.aca.2009.11.061

29. Okada T., Asawa T., Sugiyama Y., Iwai T., Kirihara M., Kimura Y. Sodium hypochlorite pentahydrate (NaOCl·5H2O) crystals; An effective re-oxidant for TEMPO oxidation. Tetrahedron. 2016;72(22):2818–2827. https://doi.org/10.1016/j.tet.2016.03.064

30. Reviewer Guidance. Validation of Chromatographic Methods. Washington: Center for Drug Evaluation and Research (CDER); 1994. Vol. 2. 33 p.