Qualità dell'acqua potabile secondo lo standard EPA 300.1

L'acqua potabile pulita è considerata un diritto umano dall'Organizzazione Mondiale della Sanità [1]. Sono necessarie politiche, standard e metodi analitici rigorosi per proteggere la qualità dell'acqua e la salute pubblica. In Europa, la Direttiva UE sull'acqua potabile regola la qualità dell'acqua, mentre negli Stati Uniti è responsabile il Safe Drinking Water Act (SDWA). L'SDWA ha autorizzato l'EPA statunitense a sviluppare standard minimi per l'acqua potabile e i relativi metodi analitici standardizzati. Dagli anni '80, il metodo 300.0 dell'EPA statunitense ha delineato i requisiti analitici per la determinazione dei principali anioni inorganici (Parte A) e dei sottoprodotti nocivi della disinfezione inorganica (DBP) nella Parte B [2–5], corrispondenti in gran parte rispettivamente alle norme EN ISO 10304-1 e 10304-4. I DBP inorganici come clorito e clorato si formano principalmente attraverso processi di clorazione, mentre il bromato si crea attraverso l'ozonizzazione del bromuro presente in natura [2, 5–7]. Quando i livelli massimi di contaminazione (MCL) dei DBP sono stati rivisti, lo è stato anche il metodo US EPA [5, 6]. Per raggiungere i limiti di rilevamento del metodo (MDL), sono necessari volumi di iniezione diversi per le Parti A e B a causa delle differenze di concentrazione relative [8]. ILa cromatografia ionica con rilevamento della conduttività soppressa utilizzando la colonna Metrosep A Supp 20 ad alta capacità soddisfa questi requisiti in un'analisi a singola corsa, aumentando l'efficienza del laboratorio, risparmiando denaro e mantenendo un'elevata qualità analitica.

Campioni di acqua potabile e di rubinetto provenienti da siti a Herisau, in Svizzera, e acque minerali commerciali sono stati analizzati secondo i requisiti del metodo US EPA 300.1 [8]. Inoltre, sono stati iniettati standard e campioni addizionati che mostravano l'intera gamma di analiti (ovvero fluoruro, clorito, bromato, cloruro, nitrito, bromuro, clorato, dicloroacetato (DCA), nitrato, fosfato e solfato) per la quantificazione e il controllo di qualità. Per l'analisi, le parti A e B del metodo US EPA 300.1 sono state combinate in un unico metodo utilizzando un volume di iniezione comune di 50 µL. Gli anioni principali, gli ossialogenuri e il surrogato dicloroacetato (DCA) sono stati separati in condizioni isocratiche su una colonna Metrosep A Supp 20 - 150/4.0 con un eluente carbonato.

Il DCA è la forma acetato dell'acido dicloroacetico (DCAA) e può essere presente nell'acqua potabile trattata, così come nelle acque sotterranee e nelle piscine, come prodotto di reazione del materiale organico durante il processo di clorazione [3, 8]. TLa linea guida provvisoria dell'OMS per il DCA nell'acqua potabile è di 0,05 mg/L, poiché rappresenta un potenziale rischio per la salute [1]. Pertanto, deve essere separato dagli altri ioni per garantire un'adeguata risoluzione e quantificazione. Nel metodo US EPA 300.1, il DCA è definito come surrogato e deve essere aggiunto ai campioni a una concentrazione di 1 mg/L.

I campioni d'acqua analizzati contenevano elevate concentrazioni (ovvero, nell'intervallo mg/L) di cloruro (9-11 mg/L), solfato (5-14 mg/L) e nitrato (4-9 mg/L) (Tabella 1, Tabella 2 e Figura 2). Bromuro e fluoruro sono stati rilevati in concentrazioni minori (<0,006 mg/L e <0,07 mg/L, rispettivamente), mentre i sottoprodotti tossici della disinfezione clorato, bromato e clorito, così come il nitrito, non sono stati rilevati (con una sola eccezione in cui è stato rilevato 0,003 mg/L di clorato, Tabella 2).

Inoltre, il surrogato DCA non è stato rilevato in nessuno dei campioni. Tuttavia, il DCA (10 mg/L) poteva essere ben separato con una risoluzione di 2,8 in una soluzione standard mista con una concentrazione 10 volte superiore di solfato (100 mg/L) (Figura 2).

Le normative US EPA 300.1, parti A e B, prevedono alcuni requisiti che devono essere soddisfatti:

• I recuperi dopo l'aggiunta di standard devono essere compresi tra l'85% e il 115% per concentrazioni elevate (mg/L) e tra il 75% e il 125% per concentrazioni più basse (massimo 10 volte il «livello minimo di segnalazione», che corrisponde allo standard di calibrazione inferiore, intervallo inferiore di µg/L).

Come si può osservare nelle Tabelle 1 e 2, i recuperi degli analiti aggiunti erano compresi tra l'80 e il 104%, con l'eccezione del fosfato nell'acqua minerale commerciale (70%), presumibilmente a causa della presenza di ioni metallici che chelano il fosfato e ne riducono il recupero.

• Il fattore gaussiano di picco (PGF) del picco surrogato DCA deve essere compreso tra 0,80 e 1,15. Il recupero dello spiking DCA deve essere compreso tra il 90% e il 115%.

In tutte le misurazioni, il PFG per DCA è risultato compreso tra 0,85 e 1,02. I recuperi per DCA sono stati compresi tra il 90% e il 91%.

• Almeno il 10% dei campioni deve essere analizzato due volte. Pertanto, la differenza percentuale relativa (RSD) tra le repliche di misurazione deve essere inferiore al 10% per le concentrazioni elevate e inferiore al 20% per le concentrazioni più basse.

Le deviazioni standard relative (RSD) per i campioni di acqua e di acqua addizionata (n = 4) per gli anioni principali (fluoruro, cloruro, nitrato, fosfato, solfato e DCA) erano inferiori allo 0,5% (Tabella 1 e Tabella 2, ad eccezione del fosfato nel campione di acqua minerale, <2%). Per gli ossialogenuri (clorito, bromato, clorato), il nitrito e il bromuro, presenti in basse concentrazioni (ovvero, nell'intervallo di pochi µg/L), le RSD erano comprese tra <0,1 e 9%).

•  Le parti A e B della norma US EPA 300.1 non menzionano esplicitamente le risoluzioni minime. Tuttavia, anche in matrici altamente concentrate, è necessario garantire un'adeguata separazione.

La compatibilità della matrice e gli elevati livelli di carbonato possono creare notevoli difficoltà e influenzare la qualità dell'analisi. Quando la capacità della colonna viene superata, possono verificarsi allargamenti dei picchi o spostamenti nei tempi di ritenzione. Nell'ambito di questo lavoro, è stata dimostrata la separazione in diverse acque potabili e commerciali, nonché in matrici artificiali con elevate concentrazioni di cloruro (fino a 250 mg/L), nitrato (fino a 50 mg/L), solfato (fino a 250 mg/L) e carbonato (fino a 300 mg/L).

1. [World Health Organization. Guidelines for Drinking-Water Quality: First Addendum to the Third Edition, Volume 1 : Recommendations; Geneva: WHO, 2006.
2. Boorman, G. A. Drinking Water Disinfection Byproducts: Review and Approach to Toxicity Evaluation. Environ. Health Perspect. 1999, 107 (suppl 1), 207–217.
3. Evans, S.; Campbell, C.; Naidenko, O. V. Analysis of Cumulative Cancer Risk Associated with Disinfection Byproducts in United States Drinking Water. Int. J. Environ. Res. Public. Health 2020, 17 (6), 2149.
4. Some Drinking-Water Disinfectants and Contaminants, Including Arsenic IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans Volume 84; International Agency for Research on Cancer, Ed.; IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans; IARC: Lyon, 2004.
5. Jackson, P. E. Ion Chromatography in Environmental Analysis. In Encyclopedia of Analytical Chemistry; Meyers, R. A., Ed.; John Wiley & Sons, Ltd: Chichester, UK, 2000; p a0835.
6. EPA National Primary Drinking Water Regulations: Disinfectants and Disinfection Byproducts. Fed. Regist. 1998, 63 (241), 69389–69476.
7. Singer, P. C. Control of Disinfection By‐Products in Drinking Water. J. Environ. Eng. 1994, 120 (4), 727–744.
8. EPA Method 300.1 - Determination of Inorganic Anions in Drinking Water by Ion Chromatography. In Methods for the Determination of Organic and Inorganic Compounds in Drinking Water; United States Environmental Protection Agency: USA, 2000; p 300.1-1–300.1-42.