Waterveiligheid en -kwaliteit zijn van essentieel belang voor het voortbestaan van alle leven op aarde. Om die veiligheid te waarborgen, moet je weten wat er in het water zit. Vroeger was dat makkelijker te achterhalen dan tegenwoordig, omdat de diversiteit van stoffen in het water ontzettend is toegenomen. ‘De Chemical Abstracts Service publiceerde in april 2021 dat de tweehonderdvijftigmiljoenste unieke chemische stof is geregistreerd’, vertelt Ton van Leerdam, onderzoeker en projectmanager bij KWR Water. ‘Dat is ongekend veel. In de EU staan in het kader van REACH meer dan twintigduizend stoffen geregistreerd. Die kunnen allemaal potentieel in het milieu terechtkomen en dus ook in onze drinkwaterbronnen. Dat maakt monitoring zo belangrijk.’

Naast target screening, waarbij je gericht op bepaalde stoffen zoekt, wordt steeds meer gebruik gemaakt van non-target screening. Leerdam legt uit: ‘Het is een ingenieuze combinatie van high-resolution mass spectrometry (HRMS, red.), gas- en vloeistofchromatografie en computertechnologie in de vorm van snelle algoritmes, waarmee we bij KWR al zo’n vijftien jaar werken.’

Features

Non-target screening (NTS) werkt met zogenoemde features. ‘Een feature bestaat uit een aantal elementen’, vervolgt Van Leerdam. ‘Een stof wordt geïoniseerd in een massaspectrometer en fragmenteert. Aan al die fragmenten zijn een accurate massa, een retentietijd en een intensiteit gekoppeld. De verzameling van deze elementen noem je een feature.’

‘Vorig jaar is de tweehonderdvijftigmiljoenste unieke chemische stof geregistreerd’

Vanwege de complexe samples moet je goed nadenken over je analysemethode. Van Leerdam: ‘Er zijn twee benaderingen binnen HRMS: suspect screening, waarbij je naar een lijst met stoffen kijkt die je verwacht aan te treffen, en non-target screening, waarbij je alle in een sample ontdekte features – of alleen de features boven een bepaalde drempelintensiteit – onderzoekt.’ Software kijkt vervolgens welke stoffen bij de gemeten features zouden kunnen horen door te vergelijken met bestaande databanken. De data die je op die manier verzamelt, kun je vergelijken met stoffenbibliotheken en opslaan voor later.

Betrouwbaarheidsniveaus

‘Helaas is het lang niet altijd zo dat je alle stoffen die je vindt direct kunt linken aan bibliotheekstoffen’, geeft Van Leerdam toe. ‘Het kan bijvoorbeeld zo zijn dat je een grote piek ziet die geen link heeft met een bekende stof. Maar zo’n onbekende piek kun je wel volgen, en met wat puzzelwerk kun je wellicht ontdekken dat het een afbraakproduct was van een drug of iets dergelijks.’

De identificatie van stoffen is te verdelen in vijf betrouwbaarheidsniveaus (zie afbeelding), acht jaar geleden gepubliceerd in Environmental Science & Technology door Emma Schymanski en collega’s van het Zwitserse Federal Institute of Aquatic Science and Technology. ‘Het laagste niveau, niveau 5, is dat je alleen de relevante accurate massa hebt gemeten met HRMS’, zegt Van Leerdam. ‘Het streven is om het hoogste niveau te halen, waarbij je de accurate massa, fragmenten en retentietijd bevestigt met een referentiestof.’ Zo voorkom je vals positieve data.

Ontwikkelingen

Het HRMS-veld heeft zich echt ontpopt tot een nieuwe wetenschap en blijft zich gestaag ontwikkelen, aldus Van Leerdam. ‘In 2020 zijn we begonnen met de normalisatie van NTS, samen met NEN, de drinkwaterlaboratoria, Rijkswaterstaat en diverse leveranciers van HRMS apparatuur. Afgelopen jaar is een Nederlands Technische Afspraak (NTA 8033, red.) gepubliceerd met als doel om in verschillende labs zoveel mogelijk vergelijkbare resultaten te krijgen.’

Een ontwikkeling uit de praktijk is het gebruik van HILIC of mixed-mode-vloeistofchromatografie (MMC). ‘Met huidige chromatografische technieken lukt het goed om gemiddeld polaire tot apolaire stoffen te scheiden uit je watersample. Maar meer polaire, organische stoffen vormen vaak nog een probleem’, vervolgt Van Leerdam. HILIC staat voor hydrophilic interaction liquid chromatography en maakt gebruik van polair (hydrofiel) kolommateriaal en een mobiele fase die meestal bestaat uit een mengsel van een met water mengbaar organisch oplosmiddel en een kleine hoeveelheid water. Daardoor zijn polaire organische stoffen toch te scheiden. MMC maakt het dan weer mogelijk om op meerdere interacties te scheiden, waardoor je ionische, basische, zure en neutrale chemicaliën die in een enkel sample zitten uit elkaar kunt halen.

De laatste jaren is er veel belangstelling voor PFAS. ‘Het is een interessante stoffengroep waarvoor HRMS en NTS een belangrijke rol spelen’, besluit Van Leerdam. ‘Het blijft daarom van cruciaal belang dat we de samenwerking in de hele sector voortzetten om NTS verder te ontwikkelen en toe te passen en de veiligheid van onze drinkwaterbronnen te garanderen.’