Nvember 1999 Organische micrverntreinigingen in Rijn en Maas Opdrachtgever Vereniging van Rivierwaterbedrijven - RIWA Auteurs dr. ir. Th. H. M. Nij (Kiwa) E. Emke (Kiwa)
INHOUDSOPGAVE SAMENVATTING 5 1 INLEIDING... 6 2 BETEKENIS EN INTERPRETATIE VAN DE HPLC/UV-FINGERPRINT 8 2.1 bandbreedte van de HPLC-UV fingerprint 8 2.2 berdeling van de HPLC/UV-fingerprint. 9 3 UITVOERING EN METHODE 11 3.1 HPLC/UV-analyse 11 3.2 mnsters Rijn- en Maaswater 11 3.3 verwerking van de gegevens..... 12 4 KWALITEIT VAN RIJN EN MAAS... 13 4.1 glbale kwaliteit............ 13 4.1.1 sm van de pieken 13 4.1.2 aantal pieken............... 14 4.2 individuele verbindingen 16 4.3 bestrijdingsmiddelen... 16 4.4 HPLC/UV-fingerprint als early-warning systeem: chlrtlurn 18 4.5 HPLC/UV-databank: 4,4'-dihydrxydifenylsulfn in de Maas 19 4.6 identificatie van nbekende pieken met HPLC/MS: di-ethylftalaat en dibutylftalaat in de Rijn 20 4.7 gedrag en vóórkmen van individuele verbindingen... 21 4.7.1 verbindingen in Rijn én Maas.......... 21 4.7.2 verbindingen die uitsluitend in de Rijn zijn aangetrffen 23 4.7.3 verbindingen die uitsluitend in de Maas zijn aangetrffen 23 4.7.4 pmerkelijke maandmnsters m.b.t. individuele pieken... 24 5 BETEKENIS VOOR DE WATERKWALITEIT. 25 6 CONCLUSIES... 27 LITERATUUR 29 BIJLAGE 1 Data mnsternemingen Rijn (Lbith) en Maas (Eijsden) BIJLAGE 2 Vergelijking HPLC/UV-fingerprint bij een absrptieglflengte van 215 nm en bij de glflengte waarbij de absrptie maximaal is BIJLAGE 3 HPLC/UV-fingerprint bij 215 nm van de maandmnsters van de Rijn bij Lbith BIJLAGE 4 HPLC/UV-fingerprint bij 215 nm van de maandmnsters van de Maas bij Eijsden BIJLAGE 5 Gesmmeerde piekppervlakten van de discrete pieken uit de HPLC/UV-fingerprints vr de Rijn BIJLAGE 6 Gesmmeerde piekppervlakten van de discrete pieken uit de HPLC/UV-fingerprints vr de Maas 3
BIJLAGE 7 Overzicht geselecteerde individuele pieken vr de Rijn BIJLAGE 8 Overzicht geselecteerde individuele pieken vr de Maas BIJLAGE 9 LC/MS massaspectra van di-ethylftalaat en dihutylftalaat 4
SAMENVATTING De HPLC/UV-fingerprint geeft in de vrm van pieken in een chrmatgram de aanwezigheid van rganische micrverntreinigingen weer. Deze wrden gekenmerkt dr hun retentietijd en hun UV-spectrum. Het betreft hier rganische stffen die UVabsrptie vertnen en matig plair zijn (lgkw-waarden tussen en 4). In dit plariteitsgebied is k de met de Ames-test gemeten mutageniteit van rganische stffen gelkaliseerd. Maandelijks zijn in de peride maart 1997 tt februari 1998 mnsters van de Rijn (Lbith) en van de Maas (Eijsden) met behulp van de HPLC/UV-fingerprint nderzcht. Daarbij zijn zwel de glbale waterkwaliteit (als sm van de afznderlijke pieken) als de aanwezigheid van individuele verntreinigingen gevlgd. De met de HPLC/UV-fingerprint gemeten verntreiniging in de Rijn is circa een factr twee grter dan in de Maas. De kwaliteit van de Maas varieert sterker dan van de Rijn, en de verntreiniging in de Maas wrdt vral bepaald dr een klein aantal verbindingen die incidenteel in relatief hge cncentraties vóórkmt. Vr de Rijn is de verntreiniging in het najaar en in de winter het grtst, vr de Maas in de zmer en in het najaar. Een aantal bestrijdingsmiddelen werden in de mnsters als zdanig herkend. De hier gemeten cncentraties stemmen in het algemeen ged vereen met de in het kader van het reguliere RIWA-nderzek gerapprteerde gehalten, waarbij atrazin, diurn en isprturn het meest prminent aanwezig zijn (diurn in de Maas tt 0,6 Ilg/l). Ok werd een metabliet van diurn, 3,4-DCFMU, aangetrffen in cncentraties tt 0,08 Ilg/l. Daarnaast werden bestrijdingsmiddelen aangetrffen die niet zijn pgenmen in het reguliere RIWA-nderzek, waarvan carbendazim, mnurn en dimethachlr de belangrijkste zijn. Van de in dit nderzek 67 gevlgde (en vr het merendeel ng nbekende) verbindingen kmen er 17 in zwel de Rijn als in de Maas vr. Naast de genemde bestrijdingsmiddelen betreft het 3 stffen die frequent en (in de Rijn) in hge cncentraties vrkmen; 4 stffen kmen frequent vr in drgaans lage cncentraties (incidenteel hge cncentraties) en de verige 6 stffen kmen incidenteel vr (waarvan 3 incidenteel in hge cncentraties). Van de verbindingen die uitsluitend in de Rijn vóórkmen zijn er 3 die frequent en in hge cncentraties aanwezig zijn en 4 die incidenteel en in hge cncentraties aanwe ZIg zijn. Van de verbindingen die uitsluitend in de Maas gemeten zijn, is er slechts 1 die frequent en in hge cncentraties vóórkmt, 3 stffen kmen frequent vr in lage cncentraties en 6 verbindingen kmen incidenteel vr, maar wel in hge cncentraties. Aanbevlen wrdt m de frequent en in hge gehalten aanwezige nbekende stffen met behulp van een vervlgnderzek te identificeren en hun betekenis te berdelen. Naast het vlgen van individuele verntreinigingen in tijd en plaats bleek tijdens de uitvering van het nderzek de HPLC/UV-fingerprint k zeer geschikt: 1. als early-warning systeem (chlrtlurn-lzing in de Maas in augustus), 2. m nieuw bekend gewrden verntreinigingen in ude databestanden terug te zeken (het in september 1998 in de Maas geïdentificeerde 4,4'-dihydrxydifenylsulfn bleek k al in ktber 1997 aanwezig in een gehalte van circa 4 Ilg/l), en 3. m nbekende stffen te selecteren die vr verder identificatie-nderzek met HPLCIMS in aanmerking kmen (de xen-estrgene stffen diethylftalaat en dibutylftalaat in de Rijn in september). 5
1 INLEIDING In het kader van het reguliere nderzek dat RIWA verricht naar de kwaliteit van Rijn en Maas wrden deze rivieren p een grt aantal (chemische) parameters maandelijks nderzcht. Het betreft hier bekende chemische verntreinigingen waarvan de aanwezigheid in ppervlaktewater, dat wrdt gebruikt vr de bereiding van drinkwater, als ngewenst wrdt beschuwd. In ttaal gaat het m circa 100 verschillende stffen, waarvan 50 bestrijdingsmiddelen. Bij breed screenend nderzek naar rganische stffen in Rijn en Maas is vastgesteld dat in ttaal hnderden, z niet duizenden stffen aanwezig (kunnen) zijn, waarvan een aantal uit gezndheidskundig gpunt uiterst ngewenst is (Van Genderen, Nij en Van Leerdam, 1994). Alleen al vanwege de ksten is het niet mgelijk m al deze stffen met een vldende frequentie te mnitren. Bvendien is de aanwezigheid van veel verntreinigingen zdanig dat ze niet permanent en vaak zelfs weinig frequent (calamiteiten!) aanwezig zijn. Dit zu betekenen dat bij uitgebreide mnitrprgramma's, waarbij wel p hnderden stffen geanalyseerd zu wrden, het grtste gedeelte van de analyseresultaten de afwezigheid te zien zu geven van de betreffende stfp dát mment in dát watermnster. Om deze reden bestaat er dan k behefte m p een ksteneffectieve manier nietspecifieke infrmatie te verkrijgen ver de glbale waterkwaliteit, waarbij, p het mment dat een grenswaarde verschreden wrdt, een gerichte actie uitgeverd kan wrden (zals de inname stppen, bijmengen met een andere kwaliteit water f de zuiveringscndities aanpassen). Bilgische bewakingssystemen die een verall effect van de waterkwaliteit meten (vismnitr, msselmnitr, Micrtx-mnitr) staan hierdr mmenteel vlp in de belangstelling. In aanvulling p bimnitring blijft chemische mnitring van belang. De uitdaging daarbij is m met z eenvudig en gedkp mgelijke middelen een z vlledig mgelijk beeld van de waterkwaliteit te geven. Gebaseerd p labratrium-methden vr plaire bestrijdingsmiddelen is hierte een HPLC-methde ntwikkeld die een breed scala aan rganische stffen zichtbaar maakt, znder van iedere stfte weten welke het is ('fingerprint"). In een in pdracht van STOWA uitgeverd nderzek werd deze HPLC-fingerprint geëvalueerd en tegepast p uiteenlpende ppervlaktewatermnsters (STOWA, 1997). Deze fingerprint-techniek is ged tepasbaar vr plaire en zwak plaire stffen, is in staat m de cncentratieveranderingen van bekende en nbekende stffen als functie van de lcatie (strmafwaarts) te vlgen en bleek ged in staat m lage cncentraties van bekende stffen (bestrijdingsmiddelen) betruwbaar te meten. Bvendien was het mgelijk m k het gehalte en de aard van het natuurlijke rganische materiaal ("humus") te karakteriseren. In pdracht van RIWA (kenmerk 6/1 :25138) is nderzek gedaan naar de kwaliteit van Rijn en Maas met behulp van deze "HPLC-fingerprint"-techniek. Met deze techniek is het mgelijk m een beeld te krijgen van de glbale waterkwaliteit met betrekking tt plaire en zwak plaire rganische verbindingen. Ng tijdens de lptijd van dit prject werd dr een aantal waterleidingbedrijven (DZH, GWA, PWN, WBBIWBE, WRK en WZHO) beslten m deze techniek k in te zetten m het effect van de zuiveringsprcessen te mnitren in relatie tt de kwaliteit van Rijn en Maas. Dit nderzek zal separaat gerapprteerd wrden aan de betreffende bedrijven, waarbij gebruik gemaakt zal wrden van de resultaten uit dit RI WA-nderzek. In het kader van het Gezamenlijk Onderzekprgramma Waterleidingbedrijven vert Kiwa p dit mment nderzek uit naar de verbetering van de HPLC-fingerprint tech- 6
niek. Deze verbetering richt zich vral p de islatietechniek waarbij, dr gebruik te maken van een ander adsrbens, plaire stffen beter meetbaar wrden. Vr het hier gerapprteerde nderzek heeft dit verder geen gevlgen. Tevens wrdt in het kader van hetzelfde nderzekprgramma de mgelijkheid nderzcht m de HPLC-fingerprint direct te kppelen aan een gentxiciteitstest. Op basis van een riënterende studie is gecncludeerd dat dit technisch mgelijk is (Brandt en Van Genderen, 1998). De praktische realisatie ervan zal vanaf einde 1998 gestart wrden, waarbij vr de keuze van de gentxiciteitstest gebruik gemaakt zal wrden van de resultaten van een gezamenlijk RIWA-Kiwa nderzek. Bij het peratineel wrden van deze cmbinatie is het mgelijk m een gentxiciteitsscre te te kennen aan de individuele, met HPLC gescheiden verntreinigingen. De HPLC-fingerprint wint hierdr aanzienlijk aan waarde, drdat daarmee direct gezndheidskundig verdachte verbindingen pgesprd (en eventueel met LC/MS geïdentificeerd) kunnen wrden. 7
2 BETEKENIS EN INTERPRETATIE VAN DE HPLCIUV FINGERPRINT 2.1 bandbreedte van de HPLC-UV fingerprint Bij de HPLC-fingerprint wrdt een vlume mnster van enkele mi's gecncentreerd p een adsrptieklm, waarbij de rganische stffen adsrberen aan het gebruikte adsrbens, en het water met de anrganische zuten drlpt. Vervlgens wrdt het geadsrbeerde materiaal gedesrbeerd en in afznderlijke cmpnenten gescheiden met behulp van HPLC ("High Perfrmance Liquid Chrmatgraphy", vaak k LC f vleistfchrmatgrafie genemd). HPLC scheidt de cmpnenten in vlgrde van hun plariteit. Na de scheidingsklm vindt detectie plaats, meestal p basis van UVabsrptie (vandaar "HPLC-UV" fingerprint). De gevlgde werkwijze is bepalend vr de bandbreedte van stffen die met deze techniek zichtbaar wrden gemaakt. Allereerst wrden alleen stffen gemeten die UVabsrptie vertnen. Van de rganische micrverntreinigingen is dit evenwel een zeer grt gedeelte. In het algemeen geldt dat UV-detectie gevelig is vr stffen met dubbele electrnenbindingen zals (ply)armaten, nitrverbindîngen, aldehyden en ketnen en sulfnen. Verbindingen die niet (gevelig) met UV-detectie meetbaar zijn, zijn bijvrbeeld alky1carbnzuren (zals azijnzuur), chlralkanen, alkylethers en suikers. De mate van UV-absrptie bij een bepaalde glflengte ('extinctie-cëfficiënt') bepaalt de geveligheid van de techniek, en daarmee vanafwelke cncentratie rganische stffen meetbaar zijn. Verschillende stffen hebben een verschillende extinctiecëfficiënt, zdat niet vr alle stffen dezelfde aantnbaarheidsgrens geldt (laagste cncentratie die in het chrmatgram ng een zichtbare piek geeft). Als indicatie geldt dat bestrijdingsmiddelen als atrazin en diurn nder de cndities van de HPLC/UVfingerprint vanaf circa 0,05 Ilg/1 meetbaar zijn. De techniek van de directe kppeling ('n-line') van vaste fase extractie met de HPLC-scheiding maakt het mgelijk m plaire en matig plaire rganische stffen te analyseren. Op een lg Kw-schaallpt het bereik van circa tt 4. Recent nderzek heeft aangetnd dat de met de Ames-test gemeten mutageniteit vrnamelijk in dit plariteitsgebied gelkaliseerd is (Nrdsij, 1998). Zeer plaire stffen (met een 10gKw < 0) wrden niet kwantitatief met de vaste fase extractie gecncentreerd en zullen bvendien sterke string ndervinden van de humeuze matrix in het chrmatgram. Sterk aplaire stffen (lg Kw > 4) ndervinden znder speciale vrzrgsmaatregelen adsrptie aan zwevende stf, glas en metaal, en zijn dan niet beschikbaar vr de analyse. 8
2.2 berdeling van de HPLCIUV-fingerprint Een vrbeeld van een HPLC/UV-fingerprint is weergegeven in figuur 1. Hierbij zijn individuele verbindingen zichtbaar als afznderlijke pieken. Van elke piek (verbinding) wrdt een UV-absrptiespectrum pgenmen, wat, samen met de retentietijd, kenmerkend is vr die verbinding. De grtte van de piek is een maat vr de heveelheid. Rijn september 1997 0,04 0.03?U!., Piek 2 / \ / \ I \ 0,01 10 20 30 40 50 retentie tijd in minuten figuur 1 Vrbeeld van een HPLC/UV-jingerprint, met de UVabsrptiespectra van enkele cmpnenten (Rijn, september 1997). Bij de berdeling van de fingerprints met rekening gehuden wrden met de verschillen in geveligheid tussen de verschillende verbindingen. Dat betekent dat wanneer de pieken van twee verschillende verbindingen even grt zijn, dit niet heft te betekenen dat hun cncentraties gelijk zijn. Wel is het z dat eenzelfde verbinding in een 10x grtere cncentratie aanwezig is indien de piek k 10x grter is. Dit hudt in dat de resultaten relatief, i.e. ten pzichte van elkaar, berdeeld dienen te wrden. Behalve de (relatieve) cncentraties geeft de HPLC/UV-fingerprint infrmatie ver de aard van de stffen: naarmate de retentietijden krter zijn, zijn de verbindingen meer plair. In een HPLC-fingerprint met een ttale lengte van 50 minuten, zals die in dit nderzek gebruikt is, kunnen circa 500 verbindingen p basis van verschillen in hun retentietijden nderscheiden wrden (bij retetietijd-verschillen vanaf 6 secnden zijn pieken van elkaar te nderscheiden). En k geldt, he specifieker het UVabsrptiespectrum, he beter pieken die in de fingerprint dicht bij elkaar liggen, te nderscheiden zijn. Alleen in die gevallen waarbij verschillende verbindingen qua retentietijd heel dicht bij elkaar liggen én UV-absrptiespectra hebben die weinig verschillend zijn, kunnen deze verbindingen met deze techniek niet van elkaar nderscheiden wrden. 9
Eerder nderzek heeft uitgewezen dat (industrieel) belast ppervlaktewater een grte heveelheid pieken te zien geeft, terwijl ppervlaktewater znder industriële flandbuwkundige verntreiniging zeer weinig HPLC/UV-pieken te zien geeft (Nij et al, (1989». Daarbij werd tevens aangegeven dat de HPLC/UV-fingerprint geschikt is m de effectiviteit van zuiveringsprcessen te vlgen ten aanzien van rganische micrverntreinigingen, znder de identiteit van alle pieken te kennen. Hetzelfde geldt vr de vergelijking van verschillende ppervlaktewaters en het vlgen van de kwaliteit in de tijd en in de ruimte (STOWA, 1997). Behalve de berdeling van het piekenpatrn, wrdt het pgelst rganisch klstf (DOC) zichtbaar gemaakt ("humeuze bult"). Ok de grtte van deze bult kan betrkken wrden in de berdeling van zulvenngsprcessen. Behalve een glbaal beeld van de waterkwaliteit p basis van het aantal en de grtte van de pieken, kunnen k individuele bekende verntreinigingen gevlgd wrden. Als nder de geldende meetcndities de retentietijd en het UV-spectrum van een verntreiniging is vastgesteld, kan deze stfkwantitatiefgemeten wrden. Het is dan wenselijk m deze bekende stffen p te nemen in een biblitheek. Enkele triazines en fenylureum herbiciden zijn p deze manier in dit nderzek betrkken. Tensltte is het mgelijk m nieuw geïdentificeerde stffen terug te zeken in bestaande HPLC/uV-databestanden, waardr met terugwerkende kracht het vóórkmen van verntreinigingen gevlgd kan wrden. 10
3 UITVOERING EN METHODE 3.1 HPLCIUV-analyse Mnsters wrden gefiltreerd ver een 0,45 f..lm filter, waarna met behulp van een autsampler 15 mi mnster ver een adsrptieklm geleid wrdt (2 mm i.d. x 10 mm lengte) gevuld met PLRP-s adsrbens. Deze PLRP-klm is n-line gekppeld aan het HPLC-instrument. Na belading wrdt de PLRP-klm gespeld met 1 mi water met 5% acetnitril. Daarna wrdt de PLRP-klm in de eluensstrm van de HPLC geschakeld, waarbij het geadsrbeerde materiaal in tegenstrm wrdt gedesrbeerd en vervlgens p de analytische C-18-klm gescheiden. Detectie vindt plaats met behulp van een dide array detectr (DAD), die behalve het meten van het UV-absrptie signaal bij een referentie-glflengte van 215 nm, gelijktijdig het gehele UVabsrptiespectrum tussen 200 en 300 nm pneemt. De gebruikte pstelling is schematisch weergegeven in figuur 2. UVjPDA _ LOAD psitie INJECT psitie figuur 2 Schematische weergave van de meetpstelling vr de HPLC/UVfingerprint 3.2 mnsters Rijn- en Maaswater Maandelijks vanafmaart 1997 tt en met februari 1998 werden mnsters van de Rijn bij Lbith en de Maas bij Eijsden dr RIWA aan het Kiwa-labratrium aangebden, waarna binnen enkele dagen de mnsters werden geanalyseerd. De data van mnsterneming zijn vermeld in bijlage 1. Bij de verwerking van de resultaten bleek het nvember-mnster van de Rijn nietbetruwbaar, en is vrts buiten beschuwing gelaten. De lgistiek, de visuele berdeling nch de verige resultaten gaven aanleiding tt bijzndere pmerkingen met betrekking tt de mnsters, vrbewerking fde analysegang. 11
3.3 verwerking van de gegevens Pieken uit de HPLCIUV-fingerprint zijn nderscheiden p basis van retentietijd en UV-absrptiespectrum. Vr de ptredende variaties in retentietijden (gezien de lange lptijd van het prject van 12 maanden en de in die lptijd ptredende variaties in karakteristieken van de HPLC-klm en het HPLC-eluens) is gecrrigeerd aan de hand van twee interne standaarden die aan elk mnster zijn tegevegd (fenurn en chlrxurn, cncentratie circa 0,6 fj.g/l water). Als referentieglflengte vr de presentatie en verwerking van de gegevens is 215 nm genmen. Vergelijking van HPLCIUV-fingerprints bij 215 nm met de fingerprints bij de (variërende) glflengte waarbij p elk mment van de analyse de absrptie maximaal is (waardr een maximale geveligheid bereikt zu wrden), levert twee sterk gelijkende chrmatgrammen (zie bijlage 2). Ten beheve van de eenduidigheid van de resultaten is gekzen vr een vaste glflengte van 215 nm. Uit eerder nderzek is tevens gebleken dat bij deze glflengte het grtste aantal verntreinigingen zichtbaar is (STOWA, 1997). Vr de glbale waterkwaliteit is het gesmmeerde ppervlak van alle discrete pieken die zichtbaar zijn bvenp de humusbult/basislijn genmen ("Piekensm (PS)"; zie STOWA, 1997). Ten beheve van de unifrmiteit en vergelijkbaarheid zijn hiervr de pieken genmen vanafhet begin van het chrmatgram tt de tweede interne standaard (chlrxurn met een retentietijd van circa 38 minuten). De beide interne standaarden zijn in de berekening niet meegenmen, evenmin als een frequent ptredende strpiek ("piek 14"). Vr het vlgen van het gedrag van individuele verbindingen is een beperkt aantal pieken geselecteerd (10 tt 20 per chrmatgram). De selectie vnd plaats p basis van grtte van de piek, vóórkmen in andere mnsters en herkenbaarheid van de piek (scheiding, retentietijd en UV-spectrum). Onderlinge vergelijking van pieken in de verschillende fingerprints is gebeurd p basis van de hgte van de pieken. De piekgrtte (ppervlak dan wel hgte) is uitgedrukt ten pzicht van die van de interne standaard chlrxurn (weergegeven als 1000 * (piekx/ piekchlrxurn)). Op deze manier werd gecrrigeerd vr variaties in de geveligheid van de detectr. Ter vergelijking geldt dat 1 fj.gll atrazine bij de referentieglflengte van 215 nm vereenkmt met een relatieve piekhgte van 7400 eenheden ten pzichte van chlrxurn cq een relatiefpiekppervlak van 8300 eenheden ten pzichte van chlrxurn (0,6 fj.gll additie aan mnsters, piekgrtte == 1000). De resultaten vr Rijn en Maas zijn pgenmen in bijlage 3 en 4 (HPLC/UVfingerprints bij 215 nm), in bijlagen 5 en 6 (gesmmeerde ppervlakten van de discrete pieken) en in bijlagen 7 en 8 (geselecteerde individuele verbindingen en hun piekhgtes). 12
4 KWALITEIT VAN RIJN EN MAAS 4.1 glbale kwaliteit 4.1.1 sm van de pieken De HPLC/UV-fingerprints vr Rijn en Maas zijn weergegeven in bijlagen 2 en 3. Het hieruit afgeleide glbale verlp van de kwaliteit van de Rijn en de Maas is weergegeven in figuur 3. Daarbij zijn de discrete pieken uit de fingerprints vr Rijn en Maas vr het betreffende maand-mnster gesmmeerd (zie paragraaf 3.3; vr de getalwaarden: zie bijlagen 4 en 5). Figuur 3 geeft aan dat de belasting van de Rijn met rganische micrverntreinigingen ver het jaar heen varieert, waarbij de verschillen plpen tt een factr 4. Opvallend is daarbij dat de verntreiniging in het najaar en in de winter grter is dan in het vrjaar en zmer. Met name pmerkelijk is het verschil tussen juli en augustus enerzijds en september anderzijds: het grtste verschil wrdt hier gevnden. Dit verschil kmt vrijwel vlledig vr rekening van een viertal pieken in de fingerprint van september in het retentietijd-gebied tussen 31 en 35 minuten, waarnder het met behulp van LC/MS geïdentificeerde diethylftalaat (zie paragraaf4.2.3). Vr de Maas geldt dat de variaties plpen tt een factr 6, waarbij het pvalt dat juist in de winterperide (wanneer de Rijn het sterkst verntreinigd is) de Maas het minst verntreinigd is met rganische cmpnenten en in de nazmer en herfst het sterkst. Vrts is er een abrupte afname tussen nvember en december te zien. ttaal piekppervlak 50000 -,...--------------------, 40000-1------------1=1------------] 30000 +----------------1:1---::-:-----tl i 20000 +---{:}----.n-------1i111--t,=t---1 :,: :!.::I:!:---IIIII---Jilil----P.l-:::f- :::- c-ilf- 10000 I. I In! 11. I. O+--"--,.--t;;;lIILr-.1:aIIL..,...I;'-..,...I;;:lIlIL..,--...,...I;'-.,...,t;;;iIil..r----,...-':"-.,...L.,_I t c c E ï= a. c C ::::l > c () Q) l:j 00 00 (J) (J) C..Q c Q).... rijn I!I maas I I 1 1 I I figuur 3 Verlp van de glbale kwaliteit van de Rijn en de Maas, weergegeven als gesmmeerde piekgrttes uit de HPLC/UV-jingerprints. Gemiddeld is de verntreiniging in de Rijn grter dan in de Maas: gesmmeerd ver de 12 maanden is het ttale piekppervlak vr de Rijn een factr 1,8 grter dan vr de Maas. In de maanden waarin dit niet het geval is, is dat te te schrijven aan de (incidentele) aanwezigheid van hge cncentraties van enkele stffen in de Maas (juni: 13
atrazin en diurn, augustus: chlrtlurn, ktber: "piek 5", die later is geïdentificeerd als 4,4'-dihydrxydifenylsulfn ) (zie 4.2). Wat pvalt bij de fingerprints van augustus tt en met december is dat na de zmer de "humeuze" bult (brede bult in het begin van de chrmatgrammen met een maximum p circa 20 minuten retentietijd) sterk teneemt m in nvember een maximum te bereiken waarna deze weer snel afneemt in december. Dit geldt vr zwel Rijn als Maas, met dien verstande dat vr de Rijn deze bult in januari k ng aanwezig is. Naar verwachting hudt dit verband met de afbraak van bimassa in het najaar. 4.1.2 aantal pieken Figuur 4 geeft een verzicht van het aantal verntreinigingen die als discrete pieken in de fingerprints zichtbaar zijn gemaakt. ttaal aantal pieken 40 -r----------------------, 35 +-------------------=r-i 30 -I--I<.,::.i_-.J':.:.'..::.l--.J'i>;,::I-----li::::::r------t::}r---- ::f:::.::----li! -lf:: : :t-----t./.lj.:.i./- _ 25 f- :..:r:f::.. :r.:.::... :1.. :1.. :1... :1.. :::::: _... :I... :I... :t... :l. t :r. _.:.1... :1... :1... :1.:: 20 =:1:1:1:1:1 c- :::.H... :... :... ::.. :... e-<.:.:! i:..... -... - ::... ::..:... :!:: :I......::.::.::.::.:: [..: - : -... ::.:... :... : 15 f- ii f-i:!i - rill: _- :::1:::1:::1 -:ie: - :::::. :I...::m--l&---1:..... t ï@ *.t.... 10.,. :.. :.. :.. :.. :: ::.. ::.. ::.. ::.. - I :IIIII:l--lIIIIII---1: l w -;:: -! f-: t t 5 H ::::: f- ::::: -... ::.[ :........:.:. f- f- "; :: - :::::: I -. :<.. I ::... :... :... ::.. f-...::... ::... O-t-t"'r-=iIIII...;--IIIL.r-Y"""""--"-=""""---"''''-;-J=-ï'"'''''''"-1 maart mei juli sept nv jan '98 : mi rijn fijiliimaas figuur 4 Aantal verntreinigingen in Rijn en Maas die als discrete pieken in de fingerprints zichtbaar zijn In de Rijn blijkt dit aantal niet zeer sterk te variëren (variatie binnen een factr 1,3) en betreft het vaak verbindingen die in meerdere maanden van het jaar aanwezig zijn (zie 4.2.5 en 4.2.6). Vr de Maas geldt een grtere variatie: tt een factr 1,8, mede verrzaakt dr de aanwezigheid van incidentele verntreinigingen in vaak hge cncentraties (zie 4.2.7). Dit kmt vral tt uitdrukking in figuur 5, waar het aantal pieken is weergegeven dat verantwrdelijk is vr 50% van het ttaal-piekppervlak uit figuur 3. In de peride mei tt ktber (met uitzndering van september) zijn dit steeds slechts vier pieken fminder, hetgeen betekent dat de verntreiniging van de Maas in de zmer bepaald wrdt dr slechts enkele prminent aanwezige stffen. In de winterperide zijn dit er circa twee keer zveel. Vr de Rijn is het aantal pieken dat 50% van het ttaal-ppervlak uitmaakt veel cnstanter: ver het gehele jaar 3 tt 6 pieken. Dit beeld wrdt k gegeven dr figuur 6, waar de bijdrage van de vijfgrtste pieken aan het ttaal-piekppervlak van de fingerprint is weergegeven. De vijf 14
:1.::.. grtste pieken (circa 20% van het ttaal aantal pieken) bepalen 40% tt 70% van het ttaal-piekppervlak, waarbij k hier de Rijn een cnstanter beeld te zien geeft. aantal pieken in >50% ttaalppervlak 8-r-----------------------, 74---'---------- ----_..._-- I 6+---IlIIII---"""'-=.----------m----...------ji!!a--------...-I 5 -h.diiili--w---t }----,...-------W,i--",,,,-----m----mll--"1'>l'r-w-t ::::: :.:.;:; :;:::: l:m-!iiiiii--f..:.:. 4 3 :: { ::::: f-- r ::::::.;:;::, :.:.. :1.::.1 ::... :18III---.di:!IJ--I:iiiiill.i :.- r:_ 2 1...:I... :I.. :I... :I.. :I... :i.. :1... =:.:::... :.: :;:... :;... :::.. :;... :=... :[.:;... :;... :I... :I :.:.. -II-f::::::"""IiII------...,IIJ:lI---=M-l : :.:.::.. :iiii, i:: ' ::i::i:,::;::, ;::::'.:::: :i:i:i:i::,! :.:.:::...!--..,...t;:;ii;;iili 1I...!--.,...wII:...,...I"'I;;a;IIIIL,-iII...r---ll;;:L.,-Ji;;:;:.llill:L.,-Ji;;:;:.llilll-l--r-I ;;;;;l:[l?:- it- <S'1>1i 1>. ::i: figuur 5 Aantal pieken dat verantwrdelijk is vr 50% van het ttaalpiekppervlak van de fingerprint aandeel (%) 5 grtste pieken 80 -.---------------------, 70 +-------- 60 +---"",-- - - m;::: -.,. I t - - :::: :n----l :::.::I::- Oi::::!::::! :[:i:i":i:i 50 r-- -.. -II - I:= - 40.:.:. f-- :.:.: f-- ::::..::..:.. -.:.: Im--------IIIIII-----I :I f I 30 l f-- f-- [:l: - :: 20 :: c- ;:: c- :: c- 10 :: I-- ::: I-- i::: I-- ::: +t""iiiîi..r'-i...,-i"'-"'?:- <S'1>1i 1> - - c- l-- I-- I-- - t f--:rl.:1.. :1.:1.. :1.: =1.. :1.:1.. : :..:t... :I:::'... flill.,."" :! : :... :i:.. :!... :::.. :1.:1..: I.:1.. :1.::1.. :1.: :i:..:;:m----------liill------l : :: :::i 1 rn.. I1 I u rijn I I limaas I figuur 6 Bijdrage van de grtste vijfpieken uit elke fingerprint aan het ttaalpiekppervlak 15
4.2 individuele verbindingen Zals in de inleiding (hfdstuk 1) is gezegd, kan de HPLC/UV-fingerprint ingezet wrden m individuele verbindingen in plaats en in tijd te vlgen. Dit hudt in: het vergelijken van verschillende watertypen (bijvrbeeld ruwwaterbrnnen), het in de tijd vlgen van de kwaliteit van de grndstfvr drinkwater, het in de tijd vlgen van de kwaliteit van afvalwaterstrmen en afverkanalen, het in de plaats (lkatie) vlgen van rivierwaterkwaliteit (mnitren verdunning, afbraak, maar k signaleren van lzingen), en het vlgen van de veranderingen in de kwaliteit ten gevlge van zuiveringsprcessen. Het kan hierbij zwel bekende verbindingen betreffen (waarvan aan de hand van de referentiestf de retentietijd en het UV-absrptiespectrum zijn bepaald) als k nbekende stffen die eveneens dr retentietijd en UV-spectrum gekenmerkt wrden, maar waarvan de identiteit niet bekend is. De HPLC-pieken van deze nbekende stffen hebben in de rapprtage een arbitrair vlgnummer gekregen ("piek #':) Afhankelijk van het vóórkmen en het gedrag kan, p basis van de fingerprints, beslten wrden m de betreffende verbinding met behulp van LC/MS te identificeren. 4.3 bestrijdingsmiddelen Op basis van bestaande bepalingsmethden vr bestrijdingsmiddelen kn een aantal pieken aan de hand van retentietijd en UV-absrptiespectrum als bestrijdingsmiddel benemd wrden. In de Rijn betreft het mnurn, xadixyl, isprturn, atrazin, dimethachlr en mgelijk k anilazin en chlrbrmurn. Deze verbindingen wrden aangetrffen in de peride mei tt september, in verwegend lage cncentraties (kleiner dan 0,1 f.lg/l). In de Maas wrden aangetrffen: chlridazn, carbendazim, mnurn, 3,4 dichlrfenylmethylureum (metabliet van diurn), chlrtlurn, isprturn, atrazin, diurn, dimethachlr, metbrmurn en mgelijk k desisprpylatrazin (metabliet van atrazin). De peride van vóórkmen in de Maas is aanzienlijk langer dan in de Rijn: maart tt nvember, terwijl k de cncentraties, met name vr atrazin, diurn en chlrtlurn, aanmerkelijk hger zijn (atrazin tt 0,3 f.lg/l, diurn tt 0,6 f.lg/l en chlrtlurn zelfs tt 1,6 f.lg/l; zie paragraaf 4.2.2). Hewel de HPLC/UV-fingerprint niet primair bedeld is vr de (kwantitatieve) bepaling van individuele verbindingen, kan de methde daar wel vr ingezet wrden. De betruwbaarheid is evenwel minder dan van de stfspecifieke, gevalideerde bepalingsmethden. Maar een indicatie van de aanwezigheid en cncentraties van de diverse verntreinigingen wrdt met de HPLC/UV-fingerprint wel verkregen. In tabel 1 zijn de genemde bestrijdingsmiddelen vr Rijn en Maas vermeld met hun piekhgtes vr de betreffende maand-mnsters. Kenmerkend vr de Maas is de langdurige belasting met atrazin en diurn. Enkele van de in tabel 1 vermelde bestrijdingsmiddelen werden in eerder nderzek naar ppervlaktewaterkwaliteit, waarin nieuwe analysetechnieken werden ingezet, eveneens aangetnd (Puijker en Janssen, 1998). 16
Tabel 1 Aangetnde bestrijdingsmiddelen en metablieten in Rijn en Maas; piekhgtes ten pzichte van de interne standaard (1 pg/l atrazin == 7300 eenheden) (blanc betekent niet aangetnd).?ffitl b$tt:habili$mlda( Rijn mnurn 375 xadixyl 242 isprturn 193 201 atrazin 69 201 731 428 382 dimethachlr 166 200 258 Maas chlridazn 119 carbendazim 315 665 mnurn 159 106 187 86 3,4-dichlrfenyl- 250 442 140 102 187 267 methylureum chlrtlurn 11453 isprturn 386 304 atrazin 138 304 1715 2438 1860 1125 1016 1351 diurn 365 420 2144 3744 856 1259 1435 1103 1693 dimethachlr 106 108 127 207 121 metbrmurn 972 In tabel 2 zijn vr atrazin, diurn en isprturn de piekhgtes mgerekend naar cncentraties en vergeleken met de resultaten van de specifieke bepalingsmethden die in het kader van het reguliuere RIWA-nderzek wrden uitgeverd (RIWA, 1998). In de HPLCIUV fingerprint van de Rijn wrdt het lage gehalte diurn sterk gestrd dr de aanwezigheid van een andere piek. Om die reden is diurn vr de Rijn niet pgenmen. Uit de tabel blijkt, met uitzndering van een enkel resultaat, de gede tt zeer gede vereenstemming, zeker daar waar het hgere gehalten betreft. Tabel 2 Cncentraties isprturn, atrazin en diurn zals bepaald met behulp van de HPLC/UV-ingerprint en zals gemeten in het kader van het reguliere RlWA-nderzek (blanc betekent niet aangetnd).?m:tl })$trha1îf.i$m1dat Rijn isprturn HPLC 0,1 * 0,1 * RIWA 0,05 0,05 atrazin HPLC 0,01 * 0,03* 0,10 0,06 0,05 RIWA 0,02 0,03 0,06 0,12 0,08 0,04 0,04 0,02 Maas isprturn HPLC 0,2* 0,2* RIWA 0,17 0,14 0,06 0,08 atrazin HPLC 0,02* 0,04* 0,23 0,33 0,25 0,15 0,14 0,18 RIWA 0,04 0,03 0,38 0,32 0,36 0,16 0,15 0,Q7 0,01 diurn HPLC 0,06 0,Q7 0,35 0,61 0,14 0,21 0,24 0,18 0,28 RIWA 0,06 0,12 0,44 0,74 0,21 0,21 0,22 0,21 0,17 * kwantificering niet ged mgelijk vanwege samenvallende pieken van atrazin en isprturn 17
Vr het eerst wrdt in dit nderzek een metabliet van diurn, 3,4-dichlrfenylmethylureum, gedurende een langere peride gevlgd. Steeds als diurn aanwezig is (in de Maas), is eveneens de metabliet, weliswaar in veel lagere cncentraties, aanwezig. Zie hiervr figuur 7. In juni bereikt de metabliet haar hgste cncentratie: circa 0,08 I1g/1 (diurn: circa 0,6 I1gll). Andere metablieten van fenylureum herbiciden waarvr recent een methde werd ntwikkeld (Reimers, 1998), werden niet in relevante cncentraties aangetrffen. 4000 3000 2000 1i!l3,4-0CFMU Ii!l diurn 1000 0 :< ":"': ::.i:i:i:.. :1 [l mi figuur 7 Verlp van de piekhgtes van diurn en van de metabliet 3,4 dichlrfenylmethylureum in de Maas. 4.4 HPLCIUV-fingerprint als early-warning systeem: chlrtlurn De HPLC/UV-fingerprint genereert gegevens ver de glbale waterkwaliteit en ver de aanwezigheid van een breed scala aan individuele (bekende en nbekende) verbindingen. Als zdanig is deze techniek zeer geschikt m te dienen als early-warning systeem, temeer mdat de vlledig geautmatiseerde methde, die vr dit nderzek p het labratrium is uitgeverd, met enige aanpassingen k p lkatie nbemensd kan wrden ingezet. Bvendien heeft deze techniek het vrdeel dat in geval van een psitiefsignaal (bijvrbeeld een piek die een van te vren ingestelde drempelwaarde verschrijdt) de betreffende piek in het mnster met behulp van massaspectrmetrie (LC/MS) mgelijk geïdentificeerd kan wrden. Daarmee is het dan vervlgens mgelijk m p basis van literatuur fexpert judgement een uitspraak te den ver de (gezndheidskundige) betekenis van de verntreiniging. chlrtlurn-incident Een bijznder vrbeeld van de mgelijkheden van de HPLC/UV-fingerprint als early warning systeem vrmt het pltselinge vóórkmen van chlrtlurn in de Maas in augustus 1997. Een extreem hge piek in het augustus-mnster van de Maas was aanleiding m hier nader nderzek naar te den. Vergelijking met de methde vr fenylureum-herbiciden leverde p dat de retentietijd en het UV-absrptiespectrum perfect vereenkwamen met die van chlrtlurn. Navraag bij enkele waterleidingbedrijven die Maaswater verwerken en bij RIZA in Lelystad leverde aanvankelijk geen vereenstemming p. Uiteindelijk kn het meetstatin van RIZA in Eijsden bevestigen dat ten tijde van de mnsterneming vr het R1WA-nderzek er ten gevlge van een incident een verhgde cncentratie chlrtlurn in het Maaswater aanwezig was geweest, die slechts enkele dagen had geduurd. Drdat tevalligerwijze juist p dat 18
mment de RIWA-mnsterneming had plaatsgevnden, werd chlrtlurn met behulp van de HPLC/UV-fingerprint in het Maasmnster aangetrffen. Vergelijking van de RIZA-gegevens met de geschatte cncentraties uit de HPLC/UV-fingerprint leverde een bijznder gede vereenstemming p (zie tabel 3). Direct na de bevestiging hiervan is deze infrmatie aan RIWA, WBB en DZH drgegeven (Kiwa, 1997). Indien de HPLC/uV-fingerprint als mnitr was ingezet met een analysefrequentie van bijvrbeeld één keer per twee uur dan was dit lzings-incident vregtijdig gesignaleerd. Tabel 3 Cncentraties chlrtlurn (in flg/l) in de Maas zals gemeten dr RIZA in Eijsden en dr Kiwa met de HPLC/UV-jingerprint. datum/tiïdstip RIZA HPLC/UV-fingerprint 11 augustus, 8.15 uur 0,8 16.00 uur 1,6 12 augustus, 8.30 uur * 1,6 * 1,7 16.00 uur 1,7 13 augustus, 8.00 uur 1,0 14 augustus, 8.10 uur 0,5 16.00 uur 0,4 * tijdstip kmt vereen met de RIWA-mnstememing 4.5 HPLCIUV-databank: 4,4'-dihydrxydifenylsulfn in de Maas Een andere mgelijkheid die de HPLC/UV-fingerprint biedt is het achterafterugzeken van verntreinigingen in databestanden van mnsters die geruime tijd terug nder gelijke cndities gemeten zijn. In september 1998 werd dr RIZA in de Maas te Eijsden een verhgde cncentratie gemeten van een stfdie werd geïdentificeerd als 4,4'-dihydrxydifenylsulfn. In pdracht van WaterwinningbedrijfBrabantse Biesbsch (WBB) is dr Kiwa met behulp van HPLC/MS het Maaswater nderzcht p deze stf. Deze bleek in de aansluitende peride ter hgte van Keizersveer in een cncentratie van circa 0,1 Jlg/l in de Maas aanwezig te zijn. Dr een standaardplssing van deze stfte analyseren met de HPLC/UV-fingerprint werd de retentietijd en het UV-spectrum vastgelegd. Vervlgens werd in de bestaande databestanden van geanalyseerde Rijn- en Maasmnsters uit het in dit rapprt beschreven nderzek nagezcht f deze verbinding al eerder was aangetrffen, znder dat bekend was dat het m 4,4'-dihydrxydifenylsulfn ging. Na vergelijking van de data bleek dat de als "piek 5" betitelde stfin de september- en ktbermnsters van de Maas het betreffende sulfn was. Deze "piek 5" was in het ktbermnster de meest prminent aanwezige verntreiniging. Kwantificering zals achterafuitgeverd in september 1998 leverde een cncentratie van circa 4 Jlg/l van 4,4'-dihydrxydifenylsulfn in'de Maas in Eijsden in ktber 1997 (piekhgte 10517), en circa 0,1 Jlg/l in september en in augustus 1997 (piekhgte 200-300). De fingerprint van het ktbermnster (1997) van de Maas en een standaardplssing van 4,4'-dihydrxydifenylsulfn (4,5 Jlg/l) zals gemeten in september 1998 geeft de gede vereenstemming van zwel de (gecrrigeerde) retentietijd als van het (kenmerkende) UV-absrptiespectrum (zie figuur 8) 19
Overlay bij 215 nm 0.04 Standaard 4,4'-dihydrxydifenylsulfn Maas ktber 1997 spectrum piek 5 0.03 0.02 0.01 10 20 30 retentie tijd in minuten 40 50 Figuur 8 HPLC/UV-jingerprints van het ktbermnster van de Maas uit 1997 en van een standaardplssing van 4,5 flg/l van 4,4 '-dihydrxydifenylsulfn in september 1998. Het ktbermnster bleek circa 4 flg/l te bevatten van deze achterafgeïdentificeerde piek (vrheen als nbekende verntreiniging "piek 5" genemd). 4.6 identificatie van nbekende pieken met HPLCIMS: di-ethylftalaat en dibutylftalaat in de Rijn In het mnster van de Rijn van september werd p een retentietijd van circa 32 minuten een grte piek gemeten die ng niet in eerdere mnsters werd aangetrffen. Tepassing van de p dat mment in ntwikkeling zijnde methdiek vr de identificatie van nbekende verbindingen met LC/MS (Bbeldijk, 1998) leverde p dat de betreffende piek di-ethylftalaat was. In hetzelfde mnster werd p een retentietijd van circa 47 minuten een andere piek als dibutylftalaat geïdentificeerd. De massaspectra zijn weergegeven in bijlage 9. Hewel beide verbindingen k met GC/MS meetbaar zijn, geeft het resultaat aan dat de gevlgde prcedure van screening met de HPLC/UV-fingerprint gevlgd dr een LC/MS identificatie van pmerkelijke pieken, succesvl kan zijn in de bewaking van de waterkwaliteit. Dit geldt in dit geval temeer daar de beide ftalaten xen-estrgene verbindingen zijn (Denneman, 1997). Dibutylftalaat is een veelvuldig vrkmende verntreiniging, di-ethylftalaat is evenwel veel minder algemeen verbreid. Vr andere pvallende pieken werd in het kader van dit prject geen aanvullend nderzek ter identificatie met LC/MS uitgeverd. 20
4.7 gedrag en vóórkmen van individuele verbindingen In ttaal werden vr de Rijn 38 kenmerkende pieken gevlgd en vr de Maas 46. Van de 38 pieken vr de Rijn kmen 6 pieken in alle 11 mnsters vr, 8 pieken in tenminste 8 mnsters en 11 pieken in tenminste 6 mnsters. 13 pieken kmen slechts in 1 mnster vr. Van de 46 pieken vr de Maas kmt geen enkele piek in alle (12) mnsters vr, 5 in tenminste 8 mnsters (waarnder de bestrijdingsmiddelen atrazin en diurn) en 12 pieken in tenminste 6 mnsters. 13 pieken kmen slechts in 1 mnster vr. Glbaal betekent dit dat slechts een kwart van het aantal verbindingen gedurende tenminste de helft van het jaar aanwezig is. Minder dan 10% kmt het gehele jaar vr en ngeveer een derde kmt zeer incidenteel vr. Het algehele beeld is k hier dat de Rijn een iets cnstanter beeld te zien geeft dan de Maas, maar dat vr beide rivieren de aard van de verntreiniging sterk varieert. Van de 38 (Rijn) respectievelijk 46 (Maas) geselecteerde kenmerkende pieken kmen er 17 zwel in Rijn als Maas vr, waarnder de eerder gerapprteerde bestrijdingsmiddelen mnurn, isprturn, atrazin en dimethachlr. Ruim de helft van de pieken die zwel in de Rijn als in de Maas zijn aangetrffen, kmen in beide rivieren frequent vr. Vr enkele zeer kenmerkende pieken (hge cncentraties dan wel frequent vrkmen) vlgt hiernder een beschrijving van hun vrkmen. Tevens wrdt een relatie tussen Rijn en Maas gelegd. In het aan dit nderzek gerelateerde nderzek bij zes waterleidingbedrijven in de (vr)zuivering (Nij en Emke, 1998) zal p een aantal van deze verbindingen wrden teruggekmen. 4.7.1 verbindingen in Rijn én Maas Van de 17 verbindingen uit de selectie kenmerkende pieken die zwel in de Rijn als in de Maas vrkmen, zijn vier bestrijdingsmiddelen, te weten mnurn, isprturn, atrazin en dimethachlr (zie paragraaf4.2.1). Van de verige 13 verbindingen (zie tabel 3) zijn "piek 2", "piek 7" en "piek 10" prminent in de Rijn aanwezig: zij kmen in alle mnsters vr als grte pieken met een gemiddelde hgte van respectievelijk 2512,5023 en 1441. In de Maas kmen deze verbindingen in respectievelijk 5, 10 en 7 van de 12 mnsters vr, in aanzienlijk lagere cncentraties dan in de Rijn (gemiddelde hgte respectievelijk 300, 787 en 348), met dien verstande dat "piek 7" in het nvembermnster van de Maas in een verhgd gehalte aanwezig is (hgte 3151). Met uitzndering van het eerder besprken bestrijdingsmiddel atrazin kmt geen van de gemeenschappelijke pieken prminent in de Maas vr. Ok "piek 6", "piek 15", "piek 17" en "piek 28" kmen in de Rijn en in de Maas frequent vr (in 40 tt 75% van de mnsters), zij het in relatieflage gehalten (gemiddelde hgte tussen de 200 en 800). Vr "piek 6" en "piek 15" met pgemerkt wrden dat deze in het septembermnster van de Rijn wél in verhgde gehalten aanwezig zijn (2055 respectievelijk 2803). De verige 6 gemeenschappelijke pieken kmen slechts incidenteel vr (in 10 tt 40% van de mnsters). De individuele cncentraties kunnen daarbij evenwel aanzien- 21
lijk zijn ("piek 4" in de Rijn in mei: 2108; "piek 16" in de Maas in september en ktber: 2281 respectievelijk 1808). Tabel 3 Frequentie van vóórkmen en gemiddelde piekhgte in psitieve mnsters vr verbindingen die zwel in de Rijn als in de Maas aangetrffen zijn a. rminent in de Ri"n 2 11 7 11 10 11 b. fre nent vrkmende 6 9 15 8 17 6 28 7 c. incidenteel vrkmende 59 1 18 7 3 2 4 2 44 2 16 1 * incidenteel verhgd gehalte aangetrffen 2512 4 5023 10 1441 7 ieken in de Ri" n en in de Maas 774 * 5 686 * 7 171 6 552 9 ieken in de Ri" n en in de Maas 209 1 974 * 2 389 5 1218 * 4 742 4 88 4 liî;1 300 787 * 348 487 339 286 370 431 164 360 802 635 1239 * Tabel 4 Frequentie van vóórkmen en gemiddelde piekhgte in psitieve mnsters vr verbindingen die uitsluitend in de Rijn aangetrffen zijn nent vóórkmende ieken 11 1505*# 11 2094* # 25 11 1042 * incidenteel vóórkmende ieken 46 1 1730 60 + 61 ## 1 4719 22 5 1913 * 50 2 965 * * incidenteel verhgd gehalte aangetrffen # "piek 19" en "piek 43" zijn niet steeds chrmatgrafisch ged gescheiden, en dus niet steeds ged te kwantificeren; de hier vermelde gemiddelden betreffen de mnsters waarin beide pieken vldende betruwbaar te kwantificeren waren (augustus 1997 - februari 1998); vr de verige maanden geldt vergelijkbare piekgrtte. ## "piek 60" en "piek 61" wrden chrmatgrafisch vrijwel niet gescheiden en zijn hier als één piek weergegeven 22
4.7.2 verbindingen die uitsluitend in de Rijn zijn aangetrffen Van de 18 resterende pieken in de Rijn (pieken niet besprken nder 4.2.1 (5 bestrijdingsmiddelen), 4.2.4 (diethylftalaat en dibutylftalaat) fnder 4.2.6 (13 gemeenschappelijke verbindingen met de Maas» kmen er 3 in alle mnsters vr ("piek 19", "piek 43" en "piek 25") en bvendien in vaak hge cncentraties (zie tabel 4). De verige 15 geselecteerde pieken vr de Rijn kmen weinig frequent vr. Niet duidelijk is fdeze stffen jaarlijks met een lage frequentie aanwezig zijn, fdat drlpend sprake is van een grt aantal incidenteel vrkmende rganische verntreinigingen. Van de incidenteel vrkmende verntreinigingen zijn er 4 die in relatief hge cncentraties aanwezig zijn (piekhgtes tussen 1600 en 5000). Het betreft verntreinigingen die vral in de winterperide (ktber - februari) aangetrffen wrden. De verige 11 pieken lijken zwel qua piekhgte als qua frequentie minder relevant en zijn dan k niet pgenmen in tabel 4. 4.7.3 verbindingen die uitsluitend in de Maas zijn aangetrffen Van de 21 resterende pieken in de Maas (niet besprken nder 4.2.1 (10 bestrijdingsmiddelen), 4.2.2 (cwrtlurn-incident), 4.2.3 ( 4,4'-dihydrxydifenylsulfn) fnder 4.2.6 (13 gemeenschappelijke verbindingen met de Rijn» kmen er 4 in tenminste de helft van de mnsters vr ("piek I", "piek 9", "piek 11" en "piek 12"), waarvan alleen "piek 1" incidenteel in verhgde cncentraties vrkmt, en de andere 3 steeds slechts in lage gehalten (zie tabel 5). De verige 17 geselecteerde pieken vr de Maas kmen weinig frequent vr. Hiervan zijn er 6 stffen die in relatief hge cncentraties aanwezig zijn (piekhgtes tussen 1400 en 2600). Het betreft verntreinigingen die slechts éénmalig werden aangetnd, en wel steeds in het najaar (ktber - nvember). Gezien de éénmalige aanwezigheid van deze stffen det zich hier, in ng sterkere mate dan vr de Rijn, de vraag vr fdeze stffen elk jaar met een lage frequentie aanwezig zijn, f dat drlpend sprake is van een aantal incidenteel vrkmende rganische verntreinigingen in relatief hge gehalten. De verige 11 pieken lijken zwel qua piekhgte als qua frequentie minder relevant. Tabel 5 Frequentie van vóórkmen en gemiddelde piekhgte in psitieve mnsters vr stffen die uitsluitend in de Maas aangetrffen zijn _#tm;nm)..n#qqêlgêp@rl:#?9f;têm frequent vóórkmende pieken 1 8 1498 * 9 6 329 11 6 309 12 8 221 incidenteel vóórkmende grte pieken 56 2 1750 * 57 1 1872 36 1 2374 31 1 1470 37 1 2567 49 1 1517 * incidenteel verhgd gehalte aangetrffen 23
4.7.4 pmerkelijke maandmnsters m.b.t. individuele pieken Hewel het nderzek er niet p gericht was m seizenseffecten te nderzeken, is het pmerkelijk dat de stffen die slechts incidenteel, maar wel in hge cncentraties, aanwezig zijn, vral in het najaar en winter wrden aangetnd in de Rijn en in de Maas. Met uitzndering van de bestrijdingsmiddelen atrazin en diurn die vral in de zmerperide aanwezig zijn, en de chlrtlurn-izing in augustus, bevat vral het nvember-mnster van de Maas enkele verbindingen in relatiefhge cncentraties. In mindere mate geldt dit vr de ktber- en september-mnsters van de Maas. Ok vr de Rijn zijn de incidenteel vóórkmende verbindingen vral in de winterperide in hgere cncentraties aanwezig (september - februari), zij het dat dit beeld enigszins gemaskeerd wrdt dr de aanwezigheid van hge cncentraties van stffen die vrijwel het gehele jaar aanwezig zijn. 24
5 BETEKENIS VOOR DE WATERKWALITEIT De HPLC/UV-fingerprint geeft in de vrm van een chrmatgram de aanwezigheid van rganische micrverntreinigingen weer. Deze wrden gekenmerkt dr hun retentietijd en hun UV-spectrum. Dr nder gelijke cndities deze fingerprints p te nemen ntstaat een gegevensbestand dat nuttig ingezet kan wrden bij het berdelen en bewaken van de waterkwaliteit. In Hfdstuk 4 zijn daar verschillende praktijkvrbeelden van gegeven, zals die zich tijdens de lptijd van dit prject en tijdens de uitwerking van de resultaten hebben vrgedaan. Samengevat is de HPLC/UV-fingerprint bruikbaar vr: vlgen van stffen in tijd en plaats Met de HPLC/UV-fingerprint is het mgelijk m (bekende en nbekende) stffen te vlgen. Daarmee kan de dynamiek van de waterkwaliteit vastgesteld wrden (variaties in aard en heveelheid van de verntreinigingen als functie van de tijd). Ok kunnen de veranderingen als functie van plaats vastgesteld wrden, wat met name bij het lkaliseren van zwel puntlzingen als diffuse lzingen nuttig is. Op basis van de resultaten kunnen desgewenst de meest kenmerkende stffen verder geïdentificeerd wrden met behulp van HPLC/MS (zie hiernder). vergelijking van grndstffen Vr de vergelijking van verschillende grndstffen vr de drinkwaterbereiding kan de HPLC/UV-fingerprint ingezet wrden. Het is dan mgelijk m de kwaliteit van de grndstffen te berdelen p basis van de aanwezigheid van pieken in de fingerprint, hetgeen een indicatie is vr de mate van verntreiniging. berdeling zuivering Tepassing van de HPLC/UV-fingerprint bij zuiveringsprcessen maakt het mgelijk m de effecten van (deel)prcessen p de aanwezigheid van rganische micrverntreinigingen te berdelen. Cmbinaties van prcessen zijn daarbij te berdelen znder dat zeer uitgebreide en kstbare waterkwaliteitsmetingen ndig zijn. Desgewenst kan de HPLC/UV-fingerprint als mnitr ingezet wrden m cntinu het prces te bewaken. early-warning systeem Dr de HPLC/UV-fingerprint te te passen bij de inname van ruwwater is een adequate bewaking mgelijk vr een grt scala aan rganische micrverntreinigingen. Er kan bewaakt wrden p specifieke, bekende verbindingen (bijvrbeeld bestrijdingsmiddelen) die vanaf een cncentratie van circa 0, 1 g/l zichtbaar zijn. Maar k bewaking p nbekende verbindingen is mgelijk, waarbij een verschrijding van een grenswaarde vr de piekhgte aanleiding is vr een vervlgactie. raadpleging ude gegevens Analyseresultaten van de HPLC/UV-fingerprint kunnen ten alle tijde geraadpleegd wrden m te nderzeken f, waar en p welk mment een bepaalde verntreiniging in mnsters is aangetrffen. Dit kan met terugwerkende kracht: ude databestanden kunnen nagezcht wrden p een verntreiniging die pas later van belang is gewrden f geïdentificeerd is. Het is daarbij zinvl m bekende en nbekende stffen met retentietijden en UVspectra p te nemen in een biblitheek die bij vrkeur vr meerdere gebruikers tegankelijk is. 25
aansturing identificatie van nbekende stffen Organische micrverntreinigingen die p basis van de Ames-mutageniteitstest uit txiclgisch gpunt relevant zijn, hebben een plariteit die vereenkmt met het met de HPLCIUV-fingerprint bestreken gebied. Het is dan k van belang m nbekende stffen juist in dit gebied te identificeren. Identificatie met GC/MS is vaak niet mgelijk mdat de betreffende verbindingen vaak te plair zijn m met GC/MS gemeten te kunnen wrden. Identificatie van nbekende stffen met HPLC/MS is een veel kstbaardere techniek dan met GC/MS, mdat per verbinding veel meer nderzekstijd vereist is m te kmen tt een psitieve identificatie. De HPLC/UVfingerprint kan daarbij gebruikt wrden als selectiecriterium: identificatie met HPLC/MS is vral zinvl vr verbindingen die frequent vóórkmen, die in hge cncentraties vóórkmen, die niet dr de zuivering verwijderd wrden f die dr de zuivering geïntrdueerd wrden. 26
6 CONCLUSIES De HPLC/UV-fingerprint is een ged bruikbare techniek m individuele, bekende en nbekende, rganische micrverntreinigingen te vlgen en m een glbaal beeld te krijgen van de waterkwaliteit; de Rijn is, p basis van de HPLC/UV-pieken, enigszins sterker belast met rganische micrverntreinigingen dan de Maas; de verntreiniging van de Rijn is cnstanter van aard dan de verntreiniging van de Maas; de verntreiniging vande Maas wrdt vral gekenmerkt dr incidentele en krtdurende verntreinigingen met stffen die dan in relatiefhge cncentraties aanwezig Zijn; van de gemeten bestrijdingsmiddelen zijn atrazin en diurn ng steeds het meest langdurig aanwezig in cncentraties tt circa 0,4 en 0,6 /-lg/l; eveneens frequent aanwezig is dimethachlr (cncentraties niet nader gekwantificeerd); carbendazim en mnurn zijn meerdere malen aangetrffen; indien diurn aanwezig is, is vrijwel steeds k de metabliet 3,4 dichlrfenylmethylureum (3,4-DCFMU) aanwezig, evenwel in veel lagere cncentraties (tt circa 0,08 /-lg/l) in de Maas werden krtstndige, sterke verntreinigingen gecnstateerd van nder andere het bestrijdingsmiddel chlrtlurn (augustus 1997, tt 1,7 /-lg/l) en van het in september 1998 van belang gewrden 4,4'-dihydrxydifenylsulfn (ktber 1997,4 /-lg/l); chlrtlurn was al pgenmen in de HPLC/uv-biblitheek, 4,4' dihydrxydifenylsulfn is daar in september 1998 aan tegevegd; in de Rijn werd in september verhgde cncentraties van diethylftalaat en dibutylftalaat gemeten; deze laatste stffen zijn met HPLC/MS geïdentificeerd; van de geselecteerde 67 verschillende verntreinigingen in de Rijn en Maas kmen er 17 in beide rivieren vr; hiernder vallen 4 bestrijdingsmiddelen; 3 van de verige gemeenschappelijke verntreinigingen zijn prminent aanwezig in de Rijn ("piek 2", "piek 7" en "piek 10"), zwel qua frequantie van vóórkmen als qua cncentratie; 4 gemeenschappelijke verntreinigingen kmen in lagere cncentraties frequent vr in Rijn en Maas (waarvan "piek 6"en "piek 15" in de Rijn incidenteel in hgere cncentraties); de verige 6 gemeenschappelijke verntreinigingen kmen slechts incidenteel vr, waarvan "piek 4" en "piek 18" in de Rijn en "piek 16" in de Maas in relatief hge cncentraties; van de verbindingen die uitsluitend in de Rijn vóórkmen (en niet al hierbven gememreerd zijn), zijn er 3 die frequent vrkmen en dan vaak k in hgere cncentraties ("piek 19", "piek 43" en "piek 25"); 4 verbindingen kmen incidenteel vr, maar wel in relatiefhge gehalten, de verige 11 lijken zwel qua frequentie als qua cncentratie minder relevant; van de verbindingen die uitsluitend in de Maas vóórkmen zijn er 4 die frequent gemeten wrden, maar drgaans in lage cncentraties (met uitzndering van "piek 1" die incidenteel in hge cncentraties gemeten wrdt); 6 verbindingen kmen incidenteel vr, maar wel in relatiefhge cncentraties; de verige 11 lijken zwel qua frequentie als qua cncentratie minder relevant; de incidenteel aanwezige hge cncentraties van verntreinigingen kmen vral in de winterperide vr. aanbevelingen Gezien het vóórkmen van 4,4'-dihydrxydifenylsulfn (waarvan geen txiciteitsinfrmatie achterhaald kn wrden) in de Maas, diethylftalaat en dibutylftalaat (xen-estrgene stffen) in de Rijn en carbendazim, mnurn, dimethachlr 27