‘Non-target screening de uitdaging voor waterlabo’s’

De Watergroep heeft een enorme verantwoording naar de samenleving, begint Van Lokeren, vanuit het Centraal Laboratorium in Haasrode bij Leuven. Miljoenen burgers moeten kunnen vertrouwen op drinkwater van onberispelijke kwaliteit. De sleutel hiervoor heeft De Watergroep in handen. “Als bedrijf voor watervoorziening produceren we ons eigen drinkwater uit grond- en oppervlaktewater en distribueren dat naar de klanten. Wij voorzien ruim 3 miljoen Vlamingen van drinkwater in de provincies Oost- en West-Vlaanderen, Vlaams-Brabant en Limburg en heel grote namen in de food & beverage. Kijk ik naar de toekomst, dan zie ik wel wat op ons afkomen. Een van de grootste uitdagingen is de aanscherping van de drinkwaternorm. Die wordt almaar uitgebreid en steeds strenger. Vooral PFAS – die geperfluoreerde verbindingen – is nu een hot topic. De detectielimieten voor PFAS maar ook andere probleemstoffen komen lager te liggen, want de genormeerde waarden worden ook steeds strenger. Dit betekent dat onze toestellen gevoeliger moeten worden. Waar dat niet mogelijk is zullen we dus moeten investeren in een nieuwe generatie analyzers.”

Opdrachtgevers

De Watergroep beschikt over één Centraal Laboratorium vlak bij de universiteitsstad Leuven. Hier zijn drie grote diensten actief:
• De dienst Logistiek & Monstername met wettelijke, geaccrediteerde monsternemers
• De dienst Chemie met 27 adviseurs en analisten
• De dienst Bacteriologie met 10 adviseurs en analisten.

Opdrachtgevers komen zowel van binnen als buiten de organisatie. Van Lokeren: “Interne klanten zijn de belangrijkste. Ze ondersteunen de productie, zoals het opvolgen van de kwaliteit van de bronnen en ruwe waters, maar sturen de productie zelf ook aan, en bewaken de kwaliteit van de distributie in het net. Dat doen ze met monsternames in onder meer watertorens, reservoirs, brandkranen en natuurlijk bij particulieren en openbare gebouwen. Verder analyseren zij klachten en anomalieën, zeg maar alle afwijkingen van de (wettelijke) normen.”

Proceswater op maat

De businessunits van De Watergroep richten zich op de samenwerkingen met onder meer de procesindustrie om ‘proceswater op maat’ te maken. Hier zitten grote en kleinere namen onder. “Zoals Inbev, Alpro Soya, PepsiCo, Coca-Cola, Farm Frites…, maar ook kleinere bedrijven, zoals campings die sanitair water uit regenwater halen bijvoorbeeld. Een andere ‘klant’ is onze eigen O&O-afdeling voor onderzoek en ontwikkeling. Daar voeren we ook analyses voor uit, maar dat geldt evengoed voor afdelingen als Procestechnologie die wij ook ondersteunen in procesontwikkeling en -optimalisatie.” Hij pauzeert kort: “Uiteraard hebben we verder nog systematische of occasionele samenwerkingen, voor andere labo’s, collega-waterbedrijven et cetera.”

Doelgerichte kwaliteitsbewaking

De analyses van het Centraal Laboratorium focussen zich op de drinkwaternorm en bewaking van alle randvoorwaarden voor de waterkwaliteit. “Dus is het water drinkbaar en veilig? Wordt er voldaan aan de noodzakelijke parameters om productie en distributie te ondersteunen?”

Dat zijn allemaal target analyses. “We weten waar we naar moeten zoeken. We gebruiken ICP-MS en IC-MS, discrete analyzers en continuous flow analyzers voor anorganische parameters en LCMS²- en GCMS²-systemen voor de organische parameters.”

Non-target analyses

Er is een klein team dat zich op speciale monsters richt. ‘Denk aan karakterisering van vervuiling, van contaminatie, van vaste en zwevende deeltjes, van bepaalde afzetting en neerslag, maar ook de non-target screening op LCMS², GCMS² en ICP-MS. Vooral deze non-target screening is een grote uitdaging op chemisch vlak en dat geldt niet alleen voor ons. Alle waterlabo’s moeten er mee dealen, naar eigen inzicht en vermogen.”
Van Lokeren ziet de non-target analyse en analyse op PFAS – Poly- en perfluoralkylstoffen – en zeer polaire verbindingen als polaire pesticides en gehalogeneerde azijnzuren als een van de grootste uitdagingen voor zijn waterlaboratorium in deze tijd. Dat is niet alleen door de lage detectielimieten. “De toenemende monsterstroom vraagt immers om nieuwe manieren om efficiënter te opereren. We moeten de toestelbezetting optimaliseren en maximaliseren, maar vooral robuust blijven werken.”

Detectielimieten

Het is gelukkig nog wel mogelijk om bestaande apparatuur te modificeren om bijvoorbeeld scherper te kunnen meten, stelt Van Lokeren. “Niet dat al deze mogelijkheden altijd voor ons werkbaar zijn, als waterlaboratorium is niet alles wat bedacht wordt ook praktisch. Een mooie ontwikkeling is dat Interscience samen met Thermo Fisher Scientific de headspace GC-MS heeft doorontwikkeld om lagere detectielimieten te halen. Helaas analyseren wij waterstalen en is water geen goede vriend van gaschromatografie. Ook mogelijke contaminaties in de stalen zijn niet ideaal voor het systeem.”

Hij vervolgt: “Afijn, door over te schakelen op een gevoeliger systeem kunnen we dezelfde detectielimiet halen en hoeven we minder volume te injecteren op de kolom. Zo beschermen we ons systeem tegen contaminatie, tegen de impact van water en verhogen we de levensduur van de kolommen. De kolom gaat langer mee en het systeem draait robuuster. Dat betekent minder onderhoud, wat gemoedsrust geeft aan de analisten. Dat is ook mooi meegenomen. En mochten de vereiste detectielimieten in de toekomst toch nog verder omlaag moeten, dan hebben we gelijk ook de geschikte apparatuur in huis. Aan onze beproevingsverslagen verandert niets. De prestatiekenmerken blijven ook gelijk. De winst is vooral intern: een betere en gezondere werkomgeving en duurzamer kunnen werken.”

Orbitrap

Voor de non-target analyses wordt de aanschaf overwogen van een hogeresolutie-analyser. Dit is toch de toekomst, ziet ook Bart Mulkens, Adviseur Organische Scheikunde en expert GCMS. Hij onderhoudt alle contacten met Interscience en begeleidt ook de aankopen en ontwikkelingen op het in samenspraak ontwikkelde instrumentarium. “Met Interscience exploreren we momenteel de mogelijkheden van GCMS² met een Orbitrap. Met de huidige routine-analyses gaan we de concentratie van een bekende stof bepalen, maar eigenlijk kijken we met oogkleppen op. Met deze non-target technieken kunnen we naar “alle” componenten kijken.” Van Lokeren valt hem bij.

“Daarvoor heb je natuurlijk een hoge resolutie en een hoge gevoeligheid nodig. Met dit soort analysetechnieken willen we bijvoorbeeld onze bronnen screenen en ook afvalwaters gaan onderzoeken op bijvoorbeeld toxische stoffen. We hopen hiermee belangrijke verontreinigingen op te sporen, die we nu nog niet routinematig analyseren of waarvan we nu nog geen weet hebben.” Mulkens haakt in: “Denk aan pesticides, geneesmiddelen, metabolieten en drugs. Deze informatie is vanzelfsprekend belangrijk voor onze productieafdeling en voor de volksgezondheid. Een juiste karakterisering en interpretatie van screeningsdata is echter zeer moeilijk.”

Complexe molecules

Overigens worden er op dit moment al niet-routinematige non-target analyses gedaan met vluchttijd-massaspectrometrie. Van Lokeren besluit: We hebben op LCMS² al een systeem met TOF [time-of-flight, red.] en die non-target screening zijn we volop aan het uitwerken en optimaliseren. Screening op GC gebeurt momenteel op een ‘gewoon’ triple-quadrupool-systeem. Daar willen we bekijken of de extra (grote) investering een meerwaarde biedt. De hogere resolutie laat toe om onderscheid te maken tussen verschillende stoffen en de hogere gevoeligheid om lagere concentraties te kunnen opsporen. Die mogelijkheden zullen hier de doorslag geven voor toekomstige investeringen. Ingewikkeld is het wel, we spreken hier immers over complexe molecules en concentraties in de grootteorde van nanogrammen per liter.’