Measuring organic acids and inorganic anions with ion chromatography mass spectrometry

Význam tématu

Ionová chromatografie spojená s hmotnostní spektrometrií (IC-MS) představuje vysoce citlivou a selektivní metodu pro simultánní stanovení organických kyselin a anorganických aniontů v komplexních matricích. Díky vynikající separační schopnosti iontově-výměnných kolon ve spojení s hmotnostní detekcí lze dosahovat nízkých mezí stanovení, spolehlivé identifikace a kvantifikace i stopových složek v nápojích, chemikáliích, medicínských vzorcích nebo v pitné vodě.

Cíle a přehled studie

Cílem předložené bílé zprávy je demonstrovat univerzálnost a výkonnost IC-MS pro:

• analýzu stopových aniontů (organických kyselin i neorganických aniontů) v čistých a organických rozpouštědlech používaných v průmyslu polovodičů,
• kontrolu kvality nealkoholických nápojů z hlediska profilu organických kyselin a oxyhalidů,
• monitorování přírodních a upravených vod na obsah škodlivých oxyhalidů (bromát, chlorit, chlorát) i dalších aniontů,
• stanovení organických kyselin v klinických vzorcích (moč) pro diagnostiku poruch metabolismu.

Použitá metodika a instrumentace

Analytická soustava se skládá z metrohm ionového chromatografu s potlačenou vodivostní detekcí, integrovanou automatizovanou přípravou vzorku (MISP: Inline Ultrafiltrace, Inline Dialýza, Inline Matrix Elimination či inteligentní Pick-up a kalibrace) a hyphenace na jednosměrný ESI-MS (single quadrupole) bez dodatečného děliče průtoku. Pro obsluhu IC i MS lze využít nativní ovladače v softwaru Waters Empower™ nebo Agilent OpenLab CDS.

Hlavní výsledky a diskuse

1. Neorganické matricové rozpouštědla (NMP, methanol, ethanol, 2-propanol, H2O2) vykázala limity kvantifikace organických kyselin a aniontů v řádu µg/L bez interferencí.
2. V organických matricích identifikováno 18 aniontů (včetně adipátu, bistriflimidu, hexafluorofosfátu) s LOQ 5 µg/L a méně.
3. V nealkoholických nápojích (čaj, limonády, minerálky) bylo simultánně stanoveno 17 organických kyselin a 7 anorganických aniontů v jediné 32minutové analýze.
4. V pitné a balené vodě byla rapidně analyzována oxyhalidy (bromát, chlorit, chlorát) v ng/L rozsahu vedle běžných iontů (Cl–, NO3–, SO42–) na mikroborové kolonce za 12 minut.
5. Klinické vzorky moči po 10násobném zředění a sterilní filtraci ukázaly separaci a kvantifikaci glycerátu, glycolátu, oxalátu a citrátu při LOQ v řádu nmol.

Přínosy a praktické využití metody

• Multianalyzátor na jednom běhu s vysokou selektivitou a citlivostí.
• Automatizovaná příprava vzorku (MISP) minimalizuje manuální zásahy a zvyšuje reprodukovatelnost.
• Robustní potlačená vodivostní detekce ve spojení s ESI-MS umožňuje důvěryhodnou identifikaci i v přítomnosti silných matricových složek.
• Vysoký průtok vzorků i nízké náklady na chemikálie a práci v rutinních laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace IC-MS/MS pro vyšší selektivitu a kvantifikaci izobarických složek, rozšíření na kationtové analýzy, vývoj miniaturizovaných mikroborových systémů, aplikace v cílené metabolomice a toxikologii, environmentální monitoring dalších nebezpečných kyselin a aniontů.

Závěr

IC-MS se ukázala jako univerzální a výkonná technika pro komplexní analýzu organických kyselin a anorganických aniontů v rozmanitých oborech od průmyslové kvality chemikálií přes potravinářství až po klinickou diagnostiku a kontrolu pitné vody. Kombinace potlačené vodivosti, metal-free přenosových cest a inline automatizace přípravy vzorku vytváří robustní a efektivní analytický workflow.

Reference

1. Application of IC-MS and IC-ICP-MS in Environmental Research; Michalski, R., Ed.; John Wiley & Sons, Inc: Hoboken, 2016.
2. Vanatta, L. E. Journal of Chromatography A 2008, 1213, 70–76.
3. Figi, R.; Schreiner, C.; Bleiner, D. Microchim Acta 2005, 150, 199–209.
4. Vanatta, L. E. Journal of Chromatographic Science 2010, 48, 533–536.
5. Quitmann, H.; Fan, R.; Czermak, P. In Biotechnology of Food and Feed Additives; Springer, 2014.
6. Theron, M. M.; Lues, J. F. R. Organic Acids and Food Preservation; CRC Press, 2010.
7. Dauthy, M. E. FAO Agricultural Services Bulletin; FAO: Rome, 1995.
8. EFSA Journal 2011, 9, 2317.
9. Graefe, G.; Holten, C. H. Starch 1973, 25, 34.
10. 21 CFR 184.1061 – Lactic acid; U.S. FDA.
11. FAO General Standard for Fruit Juices and Nectars (CXS 247-2005).
12. Prasad, M. N. V., Ed. Disinfection By-Products in Drinking Water; Butterworth-Heinemann, 2020.
13. WHO Environmental Health Criteria 216; World Health Organization, 2000.
14. WHO Bromate in Drinking-Water; WHO: Geneva, 2005.
15. WHO Chlorite and Chlorate in Drinking-Water; WHO: Geneva, 2005.
16. US EPA National Primary Drinking Water Regulations; EPA, 2022.
17. Traces of Bromide and Bromate in Drinking Water by IC-MS, Metrohm AG, AN-M-004, 2006.
18. US EPA Method 332.0: Perchlorate in Drinking Water by IC with MS.
19. Mathew, J.; Gandhi, J. Agilent 5989-0816EN, 2004.
20. Mathew, J.; Gandhi, J.; Mohsin, S. Agilent 5989-7907EN, 2008.
21. Allard, S.; Nottle, C. E. Water Res 2013, 47, 1953–1960.
22. Metrohm AG AN-M-002, 2005.
23. Blau, N. In Laboratory Guide to the Methods in Biochemical Genetics; Springer, 2008.
24. Sass, J. O.; Fischer, K.; Wang, R. Hum Mutat 2010, 31, 1280–1285.
25. Ruth, K. WP-066EN, Metrohm AG, 2021.
26. Ruth, K. WP-082EN, Metrohm AG, 2022.
27. Ruth, K. WP-075EN, Metrohm AG, 2021.
28. Sample Preparation Techniques for IC. Metrohm AG, 8.108.5070.
29. Coupling of ion chromatography and plasma mass spectrometry. WP-008, Metrohm AG.