Determination of perchlorate in environmental waters using a compact ion chromatography system coupled with a single quadrupole mass spectrometer

Význam tématu

Perchlorát je silně oxidační anion, který se používá v raketových pohonech, munici a pyrotechnice. Voda kontaminovaná perchlorátem může vyvolat poruchy funkce štítné žlázy a je spojována s nárůstem rizika nádorových onemocnění. Regulace perchlorátu ve vodách je proto klíčová pro ochranu zdraví a životního prostředí.

Cíle a přehled studie / článku

Článek popisuje referenční metodu pro stanovení stopových koncentrací perchlorátu v různých typech vodních vzorků (pitná voda, povrchová voda, podzemní voda) za použití kompaktního vysokotlakého iontového chromatografu (HPIC) spojeného s jednostupňovým kvadrupólovým hmotnostním spektrometrem (MS). Cílem je dosáhnout detekčních limitů na úrovni jednotek ng/L a zajistit vysokou spolehlivost výsledků i v přítomnosti vysokého obsahu chloridů, uhličitanů a síranů.

Použitá metodika a instrumentace

Pro separaci aniontů je využita kolona Dionex IonPac AS20 (2×250 mm) a strážná kolona AG20 (2×50 mm) na systému Dionex Integrion HPIC s automatickým generátorem elučního roztoku (EGC 500 KOH), kontinuálně regenerovanou pastou aniontů (CR-ATC 600) a elektrolyticky regenerovaným potlačovačem (AERS 500e) v externím vodním režimu. Vzorky jsou zaváděny autosamplerem AS-AP a detekce probíhá současně potlačenou vodivostí a negativním módem ESI v MS detektoru ISQ EC. K valídní kvantifikaci je nasazen 18O značený vnitřní standard perchlorátu (m/z 107), doplněný SIM módem na m/z 99 a 101.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda umožňuje plné oddělení perchlorátu od běžných aniontů a potlačení rušivých účinků matice pomocí předělacího ventilu. Kalibrace v rozsahu 125–5000 ng/L vykazuje lineární závislost s koeficienty determinace 0,9993–1,000. Mezi laboratorně připravenou syntetickou matricí (1000 mg/L Cl–, CO32–, SO42–) a deionizovanou vodou nebyly významné rozdíly v linearitě ani v detekčních limitech (20–60 ng/L). Obnova signálu v sériích 100 analýz se pohybuje mezi 96 % a 120 % při použití vnitřního standardu.

Přínosy a praktické využití metody

• Detekční limity v řádu jednotek ng/L umožňují sledování perchlorátu pod přísně kontrolovanými hodnotami v pitné vodě.
• Robustní analýza i ve vzorcích s vysokým obsahem anorganických solí bez potřeby přidávání organických modifikátorů.
• Automatizované potlačení a regenerace dovolují nepřetržitý provoz s minimální údržbou.
• Integrovaný vnitřní standard zaručuje dlouhodobou přesnost a reprodukovatelnost výsledků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozšíření aplikací IC-MS v oblasti environmentální analýzy pro současné stanovení více kontaminantů (nitráty, pesticidy) metodou SIM či SRM. Miniaturizace a mobilní laboratoře by mohly umožnit polní měření. Integrace strojového učení do zpracování dat a optimalizace provozních parametrů přispěje k vyšší efektivitě a rychlejší validaci výsledků.

Závěr

Popisovaná metoda spojuje výkonnou aniontovou chromatografii s vysoce citlivou MS detekcí a poskytuje spolehlivé stanovení perchlorátu ve vodách s detekčními limity do 20 ng/L. Vnitřní standard a diverze matice zajišťují vysokou přesnost a robustnost i při náročných matricích. Metoda je ideální pro monitoring pitné i povrchové vody v souladu s rostoucími regulačními požadavky.

Reference

1. ISO 19340:2017 Water quality – Determination of dissolved perchlorate – Method using ion chromatography (IC).
2. ISO/DIS 20295:2016 Soil quality – Determination of perchlorate in soil using ion chromatography.
3. Huang B., Rohrer J. Thermo Scientific Application Note 1513: Determination of Perchlorate in Environmental Waters by IC-MS, 2017.
4. Dean J.A. Lange’s Handbook of Chemistry, 15th ed.; McGraw-Hill: New York, 1999.
5. Thermo Scientific Product Manual for Eluent Generator Cartridges, Doc. No 065018, 2014.
6. Thermo Scientific Product Manual for CR-ATC 600, Doc. No 031910, 2010.
7. Thermo Scientific Product Manual for AERS 500e, Doc. No 031956, 2017.
8. Thermo Scientific ISQ EC Mass Spectrometer Operating Manual, Doc No. 1R120591-0002, 2017.
9. U.S. EPA Method 332: Determination of Perchlorate in Drinking Water by IC with Suppressed Conductivity and ESI-MS, Rev. 1.0, 2005.