Недавно ученые обнаружили загадочный побочный продукт дезинфицирующего средства, которое используется в питьевой воде, обеспечивающей доступ к чистой воде для более чем 113 миллионов человек в США, а также для множества людей по всему миру. Это открытие вызвало обеспокоенность среди исследователей, поскольку новое соединение не может быть признано безопасным для населения и требует дальнейших испытаний.
Неорганические хлорамины, используемые в водоснабжении, спасли множество жизней, предотвратив биологическое загрязнение в водопроводах по всему миру. Хлорамины были выбраны как более безопасная альтернатива хлору. Добавление небольшого количества хлора в питьевую воду значительно улучшает здоровье населения, уничтожая патогенные микроорганизмы. Однако хлор известен тем, что вступает в реакцию с другими веществами в воде, образуя химические соединения, которые при определенных концентрациях могут иметь вредное воздействие на здоровье.
Еще в 1970-х годах ученые обнаружили, что хлорированная вода может содержать побочные продукты, которые в высоких дозах связаны с развитием рака мочевого пузыря и толстой кишки, а также могут приводить к низкому весу новорожденных и выкидышам. Поэтому содержание таких веществ в питьевой воде строго регулируется Агентством по охране окружающей среды США.
Для минимизации концентрации побочных продуктов хлора коммунальные службы начали переходить на хлорамины, которые производят меньше вредных химических соединений. Однако новое исследование, проведенное экологом-инженером из Университета Арканзаса Джулианом Фэйри, показывает, что в воде, дезинфицированной хлораминами, могут появляться и другие «неопознанные» побочные продукты. Эти вещества также могут быть токсичными, и их концентрации требуют дополнительного изучения.
Исследователи заметили один из таких побочных продуктов хлорамина более 40 лет назад, однако его химическая принадлежность оставалась неизвестной. Лишь в результате исследований, проведенных в 80-е и 90-е годы, было установлено, что это соединение содержит хлор и азот и является анионом — отрицательно заряженным ионом. Однако молекулярная структура этого вещества оставалась неясной.
«Предыдущие попытки определить его характеристики были затруднены из-за недостаточного понимания химии разложения хлорамина и ограниченных аналитических методов. Моя лабораторная группа совместно с Дэйвом Вахманом из Агентства по охране окружающей среды США работала над решением этой проблемы», — рассказал Фейри на пресс-конференции.
Это вещество, известное как анион хлоронитрамида, представляет собой стабильное химическое соединение с низкой молекулярной массой, что затрудняет его обнаружение в образцах воды. Для его идентификации ученые использовали ионную хроматографию в сочетании с масс-спектрометрией. «С помощью этой техники мы смогли отделить соединение от сульфата и точно определить его массу, а затем вычислить химическую формулу. Это оказалось соединение хлора, двух атомов азота и двух атомов кислорода», — пояснила Джулиана Роуз Лашаковиц.
Хотя токсичность хлоронитрамида еще не изучена, а также не установлена его связь с раковыми заболеваниями или другими рисками для здоровья, это вещество обладает некоторыми признаками, характерными для других токсичных молекул. «Его присутствие в питьевой воде ожидается из-за химического состава хлораминов, и оно имеет сходство с другими токсичными молекулами. Поэтому необходимо провести дальнейшие исследования его токсичности и возможного воздействия на здоровье», — отметил Дэвид Вахман, инженер по охране окружающей среды из Агентства по охране природы США.
Вахман добавил, что исследовать влияние хлоронитрамида следует не только в питьевой воде, но и в других системах, использующих дезинфицирующие средства на основе хлора, например, в бассейнах и прудах, особенно если присутствует азот. Важный вопрос заключается в том, как такие загрязнители могут соотноситься с микроорганизмами, от которых людей защищают хлор и его производные.
«Независимо от того, окажется ли анион хлоронитрамида токсичным, его открытие заставляет задуматься исследователей и инженеров, работающих в области водных ресурсов», — пишет инженер-эколог Дэниел МакКерри из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в сопроводительном обзоре.
Как отмечает МакКерри, химия хлорамина не ограничивается только его токсичностью. Важно также учитывать реакции, происходящие в свинцовых трубах, поскольку безопасность питьевой воды не всегда решается простым выбором между «все или ничего». В стремлении сделать воду безопасной для населения важно учитывать новые открытия и тщательно взвешивать потенциальные риски и выгоды.
Кроме того, потенциальная опасность хлораминов — не единственная проблема. В ходе недавних исследований ученые обнаружили в питьевой воде, взятой по всему миру, соединения PFAS, так называемые «вечные химикаты». Эти вещества, известные своей стойкостью и опасностью для здоровья, практически не разлагаются в природе, что добавляет новых вызовов в обеспечении безопасности питьевой воды.