Прошлое, настоящее и будущее аналитических лабораторий
Контроль питьевой воды в крупных мегаполисах осуществляется на всем пути движения воды от источников до водозаборов станций водоподготовки, на этапах очистки воды, перед подачей в городскую распределительную сеть и в узловых точках сети. Несмотря на это, все чаще появляются сообщения об обнаружении в питьевой воде новых загрязнителей. Это является отражением общей тенденции развития хозяйственной деятельности, заключающейся во все более широком применении искусственных синтетических органических веществ. В связи с этим для аналитических лабораторий повышается актуальность эффективного решения двуединой задачи: проведение рутинных анализов и научно-исследовательская деятельность, в том числе по разработке новых высокочувствительных и селективных методик.
История развития аналитического контроля в России XIX века, и большая часть исследований этого периода была связана с минеральными водами. Критерии безопасности воды для здоровья менялись с расширением медицинских, биологических и химических знаний. Контролю качества питьевой воды стали уделять внимание в основном с начала XX века, в период перехода к централизованному водоснабжению в крупных городах. Качество воды в те времена оценивалось, в первую очередь, органолептическим способом, а также с точки зрения бактериологической безопасности.
Первые в России нормы качества воды были разработаны в 1916 году действовавшим в то время медицинским советом. Самые первые в мире нормы были разработаны в США в 1914 году. Однако в дальнейшем революционные события в нашей стране отодвинули вопросы качества воды на второй план, и только в 30-е гг. XX столетия наша страна вернулась к проблеме контроля качества водоснабжения. В 1937 году в СССР был утвержден временный стандарт качества питьевой воды, подаваемой в городскую сеть: это были вторые в мире и первые в Европе стандарты питьевой воды. Этот стандарт нормировал мутность, цветность, запах и концентрацию остаточного хлора.
В 1945 году был утвержден государственный стандарт на питьевую воду ГОСТ (01:08:00) 287445 «Вода питьевая: нормы качества».
В 1946 году были изданы первые, четко прописанные методики анализа воды органолептическими, фотометрическими методами в ГОСТе 335146 «Вода хозяйственная питьевая: методы определения физических свойств».
В последующие годы усовершенствовалась технология водоподготовки, повышались требования к качеству питьевой воды. Стандарт 1945 года неоднократно перерабатывался и дополнялся в 1954, 1973, 1982, 1996 и в 2001 гг. В 1973 году было введено нормирование содержания в питьевой воде остаточного алюминия. С 1997 года нормируется значение перманганатной окисляемости, содержание паразитарных агентов, колифагов, клостридий.
Одновременно с повышением требований к качеству питьевой воды и созданием инструментальных методов аналитического контроля развивалась и методическая база контроля качества воды. В 80-е годы были утверждены государственные стандарты на методы определения алюминия, мышьяка, свинца, фторидов, селена, стронция. С 90-х годов Россия все шире начала учитывать мировой опыт в области водоснабжения и, соответственно, в области аналитического контроля питьевой воды. Для европейских стран требования к качеству питьевой воды определены в Директиве совета ЕС, которая была принята в 1980 году. В ее основу положена триада гигиенических требований к качеству питьевой воды, сформулированных еще в середине прошлого века на основе того, что питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом отношении, безвредна по химическому составу и должна обладать благоприятными органолептическими свойствами. На этих же принципах основаны руководства по контролю качества питьевой воды, разработанные Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), опубликованные в 1984, 1994 и 2004 гг., в которых говорится, что один из способов обеспечения безопасности питьевой воды заключается в постоянном контроле содержания вредных примесей.
В России основным нормативным документом для систем централизованного водоснабжения является СанПиН 2.1.4.1074-01 с дополнениями, который устанавливает ПДК для 44 физико-химических показателей качества воды, подлежащих обязательному контролю, а также для 6 биологических и 715 дополнительных показателей, большинство из которых - различные органические вещества.
На сегодняшний день базовый контроль качества воды во всем мире основывается на рассмотрении биологических, химических и радиационных аспектов загрязнения. Подход к проведению мониторинга везде примерно одинаковый, но учитывает ситуационные особенности. Аналитические лаборатории разных стран используют схожие современные физик-химические методы анализа. Так, для определения различных групп органических соединений широко востребована хромато-масс-спектрометрия, для металлов атомно-эмиссионная спектрометрия и масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой.
В России активное внедрение инструментальных методов определения металлов и органических веществ началось примерно с конца 90-х годов прошлого столетия.
Казалось бы, при наличии обширной системы контроля поставлен надежный заслон проникновению вредных веществ в распределительную сеть. Однако все чаще мы видим сообщения о фактах обнаружения в питьевой и даже в бутилированной воде новых загрязнителей. При этом речь идет не о каких-то аварийных случаях залповых выбросов вредных веществ, а о постоянном присутствии распространенных химических токсикантов в следовых количествах.
В современном мире тревогу вызывают случаи обнаружения в водоисточниках и питьевой воде достаточно широкого ассортимента лекарственных и косметических средств. Например, приводятся данные о содержании ибупрофена, напроксена, триклозана - всего до 17 фармпрепаратов - в реке Святого Лаврентия в Канаде. Хотя сегодня концентрации этих токсических веществ достаточно малы, чтобы представлять явную угрозу биоте, может проявиться эффект накопления, последствия которого практически не изучены.
Последние исследования показывают, что целый ряд веществ, которые относятся к нетоксичным или малотоксичным, например, такие, как широко распространенный кофеин, претерпевая биотрансформацию, образует более токсичные производные. Отмечено, что те же напроксен и ибупрофен проявляют токсическое действие в концентрациях в несколько раз ниже, чем те, в которых они присутствуют в коммунальных стоках.
За рубежом анализ воды на содержание фармпрепаратов уже проводится не только на исследовательском уровне. В нашей стране передовые аналитические лаборатории также осваивают имеющиеся и разрабатывают новые методики определения ряда лекарственных и косметических средств, например, широко распространенных солнцезащитных фильтров. Определение микроколичеств подобных веществ в воде требует использования весьма дорогостоящего высокотехнологического оборудования, однако затраты на подобные исследования вполне оправданы, поскольку трудно спрогнозировать, когда может произойти переход от дозированного приема антибиотиков, антидепрессантов, гормональных препаратов по назначению врача к их бесконтрольному накоплению в окружающей среде и возникновению риска для здоровья населения.
В целом тенденция развития хозяйственной деятельности состоит во все более широком применении искусственно синтезируемых веществ, и антропогенное загрязнение окружающей среды становится все более ощутимым. Огромное количество искусственных синтетических органических веществ, используемых в разных отраслях промышленности в виде составных компонентов и добавок, попадая в окружающую среду, остаются в ней на длительное время. Эти вещества могут попадать в воду в процессе синтеза, производства продукции, при использовании изделий, в завершении жизненного цикла после попадания на свалку и т.д.
В Руководстве ВОЗ по обеспечению качества питьевой воды установлены рекомендуемые значения ПДК для 76 органических веществ. Многие соединения, например, в США подлежат обязательному контролю. Следует обратить внимание на содержание в питьевой воде хлоруксусных кислот, дихлорацетонитрила, дибромацетонитрила, нитрила триуксусной кислоты, бисфенола. Помимо перечня ВОЗ, мировое сообщество сегодня озабочено загрязнением водной среды такими веществами, как фталаты, оловоорганические соединения, алкилфенолэтоксилаты, широко применяемые в химическом производстве.
Современные разработки новых методов анализа воды по бактериологическим показателям позволяют значительно сократить продолжительность анализа и повысить его надежность. Эти разработки основаны, прежде всего, на выявлении специфических ферментов, маркеров конкретных групп микроорганизмов. Однако национальные стандарты все еще не предусматривают использование подобных методов в широких масштабах. В области диагностики паразитарных агентов - цист лямблий и ооцист криптоспоридий - современный метод иммунномагнитного разделения и мечения флюоресцирующими антителами хоть и нашел отражение в отечественных нормативных документах, но не имеет надежного обеспечения. Это происходит из-за того, что действующие документы по санитарной паразитологии допускают одновременное применение как устаревших методик анализа, так и современных, не указывая на различия в их чувствительности и достоверности и не стимулируя внедрение в лабораторную практику более совершенных методик.
Большие надежды в вопросе обеспечения качества воды возлагают на модернизацию водоочистки. Мембранные технологии, по мнению экспертов, являются одной из важных сфер развития нанотехнологий в области водоочистки и водоподготовки. В то же время внедрение нанотехнологий невозможно без налаживания системы аналитического контроля качества воды с использованием самых современных методов аналитической химии.
Для традиционно используемых технологий, к которым относятся коагуляция, сорбция, флотация, установлены гигиенические требования к безопасности материалов, реагентов и оборудования, используемых для во% доочистки и водоподготовки (СанПиН 2652, изменение 3 к СанПиН 1074).
Анализ подобных объектов в России проводится в подавляющем большинстве только на содержание основного компонента, а содержание примесей контролируется крайне ограниченно. Например, для контроля миграции вредных веществ из материалов, применяемых в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения, установлены нормативы по 112 показателям, многие из которых не контролируются в большинстве лабораторий, да и методики анализа существуют далеко не для всех из этих показателей.
Выбор способа обработки воды всегда определяется ее исходным составом, а оценить эффективность очистки можно только по результатам исследования и сравнения результатов для исходной и обработанной воды. Именно поэтому данные комплексного анализа воды имеют огромное значение и при водоподготовке в целом, и при использовании нанотехнологий в особенности. В этой связи аналитические лаборатории непременно должны эффективно работать в двух направлениях: как проводить рутинные анализы, так и вести научно-исследовательскую деятельность, в том числе по разработке новых высокочувствительных и селективных методик.
Александр Чамаев, генеральный директор ЗАО «РОСА» (г. Москва)
Журнал «Вода Magazine», №3 (91), 2015 г.
