Frederic Béen: Zoeken naar De Grote Onbekende

De waterkwaliteit in ons land staat voortdurend onder druk. Meststoffen en bestrijdingsmiddelen, pijnstillers en medicijnen, fabrieksafval en industriële chemicaliën komen via afvalwater en het riool in ons oppervlakte- en grondwater. Daarmee zijn zij niet alleen een groot gevaar voor het milieu, maar ook voor mensen. Dat water wordt namelijk ook gebruikt voor ons drinkwater. Het is essentieel voor onze gezondheid dat we achterhalen welke schadelijke stoffen in ons water zitten, zodat we ze kunnen bestrijden. Toepassing van de onderzoeksmethodes Suspect Screening en Non Target Screening kunnen een enorm waardevolle bijdrage leveren aan het opsporen van schadelijke stoffen.

Wie zich met waterbeheer bezighoudt, is vrijwel zeker bekend met de doelstofmethode; de onderzoeksmethode waarmee naar een beperkt aantal bekende schadelijke stoffen in water wordt gezocht. Dat ‘bekende’ is ook gelijk de beperking van deze methode. Bij de doelstofmethode zoek je in je watermonster aan de hand van referentiemateriaal naar tot maximaal een paar honderd verbindingen die je al kent.

Voor wie waterkwaliteitsbeheer op een samenhangende en omvattende manier wil bedrijven, is deze methode vaak onvoldoende. Want we weten dat er een enorme hoeveelheid stoffen wordt gemaakt, gebruikt en geloosd. Veel daarvan zijn potentieel schadelijk voor de mens en het is dus belangrijk om ze te detecteren en identificeren zodat we ze kunnen bestrijden. Neem bijvoorbeeld PFAS (poly- en perfluoralkylstoffen). Dit is een verzamelnaam voor duizenden verbindingen. Van PFAS is bekend dat ze schadelijke effecten kunnen hebben op de gezondheid van mensen en schadelijk zijn voor de natuur. Met een traditionele doelstofanalyse kun je deze stoffen onmogelijk allemaal vinden.

De naald in de hooiberg

Frederic Béen is Universitair Docent aan de VU Amsterdam en senior onderzoeker bij wateronderzoeksinstituut KWR. Frederic onderzoekt hoe je meer informatie uit Suspect en Non Target Screening data kunt halen op een snellere en eenvoudiger manier. De apparatuur en methodes bestaan al jaren maar worden steeds geavanceerder. Hierdoor neemt de snelheid waarmee grote hoeveelheden gegevens worden gegenereerd enorm toe. Frederic ontwikkelt met collega's nieuwe data-analysetools.

Met Suspect en Non Target Screening spoor je stoffen op aan de hand van de eigenschappen (de chemische vingerafdruk) van stoffen. Het wezenlijke verschil van de screeningsmethodes met doelstofanalyse is dat je geen referentiemateriaal nodig hebt.
Bij Suspect Screening is de enige beperking dat je een lijst van ‘suspects’ (verdachte) stoffen gebruikt. Maar dat kunnen er wel duizenden zijn. Een ‘suspect’ stof is bijvoorbeeld een stof waarvan het vermoeden bestaat dat die in het watermonster voorkomt omdat die in een industrieel proces wordt toegepast.
Bij Non Target Screening probeer je naar álle chemische stoffen die in je monster aanwezig zijn te kijken. Frederic: “Het lijkt alsof je zoekt naar de naald in de hooiberg, maar een belangrijke nuance is wel dat het alleen gaat om stoffen die meetbaar zijn. Dat betekent dat de stoffen aan bepaalde eigenschappen moeten voldoen, anders kun je ze niet detecteren en identificeren.” Met Non Target Screening vind je daardoor ook stoffen die minder relevant zijn voor jouw specifieke onderzoek, zoals stoffen die gewoon in de natuur voorkomen.

Completer beeld

De grote hoeveelheid informatie die deze screeningsmethodes opleveren is van belang voor zowel de waterbeheerder als de drinkwatersector. “Neem bijvoorbeeld een waterzuiveringsinstallatie”, vertelt Frederic. “Een probleem dat voorkomt is dat bepaalde stoffen niet worden gezuiverd. Als je analyses voor en na de zuivering doet met Non Target Screening is het mogelijk die signalen door de zuivering te volgen en te zien welke toe- of afnemen. Signalen die niet afnemen kunnen dan verder worden onderzocht.”

Daarnaast is de informatie die deze screeningsmethodes opleveren in groeiende mate relevant voor de industrie, die steeds meer verplicht wordt om informatie te geven over wat zij nu precies loost. “En gezien de complexiteit van de processen die daar plaatsvinden, weten ze soms zelf ook niet precies welke producten zij lozen”, zegt Frederic. “Er zijn altijd stoffen waar tijdens een productieproces iets mee gebeurt. Dan weet je alleen met welke ‘moederstof’ je proces begint. Als zich hieruit tijdens een productieproces andere stoffen vormen, kan het best zijn dat je in je afvalwater de moederstof niet meer terugvindt. Maar je loost wel die zogenaamde ‘transformatieproducten’, dus die moeten in kaart gebracht en gemeld worden. Met de informatie uit de screening en aanvullende andere technieken is vervolgens uit te zoeken welke schadelijk zijn voor mens en milieu, maar dat vraagt nog wel extra aandacht.”

Enorme hoeveelheid data

Data-analyse en het gebruik van statistische tools is bij Suspect en Non Target Screening onontbeerlijk. Frederic: “Je genereert een ontzettend grote hoeveelheid informatie en veel daarvan is niet relevant voor de context of het proces dat je aan het bestuderen bent. Je moet patronenherkenning en trendanalysetools toepassen om niet naar die naald in de hooiberg te zoeken maar naar signalen die een link met het proces hebben.”

En wat doe je dan met de informatie die je uit je screening haalt maar die nu (nog) niet relevant is voor jouw procesonderzoek? “Voor deze screeningsmethodes wordt gebruik gemaakt van Hoge resolutie massaspectrometrie (HRMS)”, vertelt Frederic. “De data die je met deze apparatuur meet, wordt opgeslagen en kun je altijd weer opvragen. Ook jaren later en zelfs als je het monster niet meer hebt. Dus als ik nu een bepaalde stof in mijn monster zie en ik vraag me af of ik die 5 jaar geleden ook al had kunnen zien, dan kan ik de data daarop raadplegen. Dat wordt retrospectieve analyse genoemd.”

Suspect Screening en Non Target Screening = de toekomst

In de huidige wetgeving staat toepassing van de doelstofmethode centraal. Gelijktijdig ligt er vanuit de Kaderrichtlijn Water en de drinkwaterregelgeving meer focus op zogenaamde risico gestuurde monitoring. Dat wil zeggen dat men alle mogelijke risico's in beeld brengt, terwijl ook gericht bepaalde doelstoffen worden gemeten. De nieuwe screeningsmethodes kunnen een belangrijke bijdrage leveren aan het in kaart brengen van mogelijke risico’s doordat er veel breder gekeken wordt dan bij onderzoek naar een beperkt aantal bekende stoffen.
Bovendien is voor industrieën die een vergunning hebben om te lozen belangrijk om een goed beeld te krijgen van alle stoffen, afbraakproducten en transformatieproducten in hun afvalwater. Want op de vergunning staan vaak alleen de initiële moederproducten vermeld.

Screening wordt met name uitgevoerd in laboratoria van universiteiten en onderzoeksinstellingen. Daarnaast zijn er steeds meer drinkwaterlaboratoria, waterschapslaboratoria en andere organisaties als Rijkswaterstaat die deze tools toepassen, en wordt de informatie bijvoorbeeld gebruikt in het project Schone Maaswaterketen. En ook commerciële labs bieden deze screeningtechnieken steeds meer aan.

Kortom, het verzamelen van een breder scala aan informatie over stoffen in het water wordt steeds relevanter en die relevantie wordt gezien. Door de toenemende druk op het beheer van de waterkwaliteit en -kwantiteit wordt het in kaart brengen van schadelijke stoffen in het water steeds belangrijker. De bijdrage van Suspect en Non Target Screening hieraan kan groot zijn.