Fast determination of oxyhalides and bromide in drinking water using a compact ion chromatography system coupled with a single quadrupole mass spectrometer

Význam tématu

Voda dodávaná ke konzumaci se běžně dezinfikuje chlorováním, chloraminací, ozonizací či použitím oxidu chloričitého. Při těchto procesech však vznikají nežádoucí vedlejší produkty, zejména anorganické oxyhalogenidy a bromid, které představují zdravotní riziko. Mezi nejvýznamnější patří chlorit, chlorát a karcinogenní bromát, jehož limity pro pitnou vodu stanovují organizace EPA, WHO či Evropská unie na úrovni jednotek µg/L.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo vyvinout rychlou, izokratickou metodu pro simultánní stanovení oxyhalogenidů (chlorit, chlorát) a bromidu/bromatu v pitné a balené vodě. Metoda kombinuje aniontovou chromatografii s generátorem eluentu a potlačenou vodivostní detekcí s detekcí hmotnostním spektrometrem (IC–MS) v jednovalentním modu. Výsledky byly srovnány s tradičním izokratickým i gradientním přístupem založeným na metodě EPA 300.1 Part B.

Použitá metodika

Aniontová chromatografie probíhala na kolonech Dionex IonPac AG19/AS19-4 µm s izokratickým eluentem 40 mM KOH při 0,25 mL/min a teplotě 30 °C. Vzorky (bottled water a pitná voda) byly konzervovány ethylendiaminem a do standardů a vzorků byl přidán izotopově značený bromát (18O3) jako vnitřní standard. Oddělený eluát prošel potlačovačem AERS 500e v externím režimu regenerace a poté diverterem do masové detekce. Hmotnostní spektrometr ISQ EC pracoval v režimu ESI (negativní ionizace) se scanem SIM pro m/z odpovídající analyzům a izotopu a s nastavením zdrojových parametrů optimalizovaných pro maximální desolvataci a citlivost.

Použitá instrumentace

• Dionex Integrion HPIC systém s eluentním generátorem EGC 500 KOH a CR-ATC 600 kolonkou pro odstraňování CO2 a organických látek
• Dionex AS-AP autosampler s 5000 µL stříkačkou
• Dionex AERS 500e potlačovač elektrolytický
• ISQ EC jednovalentý kvadrupólový hmotnostní spektrometr s HESI II zdrojem
• Dionex AXP-MS pomocné čerpadlo pro externí vodu potlačovače

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda umožňuje kompletní chromatografické rozlišení chloritu, bromátu, chlorátu a bromidu v jednom 15minutovém izokratickém běhu. Vodivostní detekce bez MS neumožňuje kvantifikovat chlorit a chlorát kvůli koeluci, zatímco MS rozliší látky podle m/z a výrazně zvýší citlivost. Mezi dosažené limity detekce (LOD) patří 0,025–0,050 µg/L a limity metodického stanovení (MDL) 0,030–0,049 µg/L. Kalibrace (0,25–10 µg/L) vykazuje lineární závislost s koeficienty determinace > 0,999. Přesnost retenčních časů je pod 0,41 % RSD, plocha analyzů vůči izotopu pod 1,93 % RSD. Metoda prokázala rejstříkové recoveries 75–125 % při šarži standardních a reálných vzorků. U vybraných balených i kohoutkových vod byly naměřené hodnoty srovnatelné s dřívějšími reporty AN72866.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlé stanovení čtyř anorganických DBP komplexním přístupem během 15 min
• Vyšší selektivita a citlivost díky MS rozlišení koelujících špiček
• Izokratická metoda bez potřeby složité gradientní přípravy eluentu
• Automatizace a robustnost pro rutinní monitoring kvality vody
• Využití izotopově značeného vnitřního standardu pro přesnější kvantifikaci

Budoucí trendy a možnosti využití

S rozvojem hyphenovaných technik lze očekávat integraci IC-MS se souběžnou stanovením organických i anorganických látek v pitné i odpadní vodě. Miniaturizace a multiparalelní systémy umožní vyšší průtok vzorků a real-time monitoring. Využití HRMS či tandemového MS nabízí další zlepšení selektivity, identifikace neznámých DBP a analýzu stopových úrovní s nižšími LOD/LOQ.

Závěr

Navržená izokratická metoda IC–MS poskytuje přesné, citlivé a rychlé stanovení chloritu, bromátu, chlorátu a bromidu v pitné a balené vodě. Díky kombinaci potlačené vodivostní detekce a jednovalentního MS lze sledovat nízké µg/L koncentrace v reálných matricích bez gradientního programu. Metoda splňuje požadavky regulačních norem a nabízí významné výhody pro rutinní monitoring DBP.

Reference

1. EPA Method 300.1 Part B; U.S. Environmental Protection Agency, 1997.
2. World Health Organization; Disinfectants and Disinfection By-Products; Environmental Health Criteria 216, 2000.
3. Wagner H.P. et al.; J. Chromatogr. A, 1999, 850, 119–129.
4. Thermo Fisher Scientific Application Note 72866: Determination of oxyhalides and bromide in drinking water using IC–MS.
5. Thermo Fisher Technical Note 72611: Configuring and optimizing an IC–MS system.
6. Thermo Scientific IonPac AS19-4 µm Column Manual.
7. ICH Guideline Q2B; Validation of Analytical Procedures, 1996.