Determination of chromium species using ion chromatography coupled to inductively coupled plasma mass spectrometry

Význam tématu

Chrom je stopový prvek s rozdílnými oxidačními stavy, které se liší toxicitou a biologickou účinností. Trivalentní forma Cr(III) je esenciálním nutrientem podporujícím metabolismus glukózy a lipidů, zatímco hexavalentní Cr(VI) je vysoce toxický a karcinogenní. Rozlišení těchto forem v pitné vodě je klíčové pro hodnocení zdravotního rizika a dodržování environmentálních standardů.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout rychlou, citlivou a robustní metodu pro separaci a kvantifikaci Cr(III) a Cr(VI) v pitné vodě pomocí iontové chromatografie (IC) spojené s hmotnostní spektrometrií s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS). Metoda měla zajistit nízké meze detekce, lineární kalibraci přes několik řádů koncentrací a vysokou průchodnost vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

Pro separaci Cr forem byla využita aniontová chromatografie na krátké kolonce Dionex IonPac AG7 (2 × 50 mm) s izokratickým elučním činidlem 0,3 mol∙L-1 HNO3 a průtokem 0,4 mL∙min-1. Vzorky pitné vody byly před analýzou okyseleny HNO3 (pH ≈ 4) a při ověřovacích analýzách doplněny vnitřním standardem na koncentraci 0,1 µg∙L-1.

Chromatograf byl doplněn autosamplerem Dionex AS-AP a řízen softwarem Qtegra ISDS s ChromControl. Odstupňování času pro separaci bylo nastaveno na 200 s celkového běhu pro zajištění úplného elučního profilu i při vyšší koncentraci Cr(III).

Analytická část využívala systém iCAP RQ ICP-MS pracující v módu kinetické energetické diskriminace (KED) s heliem jako kolizním plynem. Vstřikování aerosolního vzorku probíhalo přes quartzový cyklonový komůrkový tryskový systém, PFA-LC nebulizér při teplotě 2,7 °C a výkonu plazmy 1550 W.

Hlavní výsledky a diskuse

Separace Cr(III) a Cr(VI) proběhla do 120 s s retenčními časy 101 ± 1,2 s (Cr(III)) a 36 ± 0,2 s (Cr(VI)). Detekční limity byly 9,0 ng∙L-1 pro Cr(III) a 4,0 ng∙L-1 pro Cr(VI). Kalibrace byla lineární v rozsahu 0,1–10 µg∙L-1 (R² > 0,999) a stabilita retenčních dob byla potvrzena opakovanými injekcemi (N = 10).

Při analýze lokální pitné vody se nezaznamenal vliv vysoké koncentrace běžných aniontů ani kationtů na rozlišení forem. Recovery studie ukázaly průměrné navrácení 93 ± 1 % pro Cr(III) a 113 ± 5 % pro Cr(VI), což potvrzuje přesnost metody.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlou a vysoce citlivou analýzu forem chromu v pitné vodě s nízkým rizikem přetížení kolony díky krátké guard kolonce. Spojení IC s ICP-MS poskytuje selektivitu potřebnou pro speciační analýzu stopových kovů v komplexních matricích. Díky krátkému analytickému času (cca 3 minuty) je metoda vhodná pro rutinní monitoring a kontrolu jakosti pitné vody.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj lze očekávat ve zlepšení separační kapacity pro více oxidačních forem jiných prvků, automatizaci přípravy vzorků a integraci s online prekoncentrací. Tepelně odolné a inertní materiály v konstrukci přístrojů mohou dále snižovat kontaminaci a zvyšovat reproducibilitu analýz. Vznikají také platformy kombinující IC-ICP-MS s využitím vyššího rozlišení hmotnostního spektrometru nebo nelineárních gradientů pro rozšíření aplikačního spektra.

Závěr

Popsaná metoda IC-ICP-MS spojuje účinnou aniontovou chromatografii na guard kolonce Dionex IonPac AG7 a detekci přes iCAP RQ ICP-MS v KED režimu. Metoda dosahuje vysoké citlivosti, přesnosti a rychlosti analýzy Cr(III) a Cr(VI) v pitné vodě. Díky jednoduché instrumentaci a krátkému doběhu se jedná o efektivní řešení pro speciační analýzu kovových stopových prvků.

Reference

1. Agency for Toxic Substances & Disease Registry. Toxic Substances Portal – Chromium, 2018.
2. Séby F., Charles S., Gagean M., Garraud H., Donard O. F. X. Speciation of Chromium by IC-ICP-MS. J. Anal. At. Spectrom. 18 (2003), 1386–1390.
3. Xing L., Beauchemin D. Trace Determination of Chromium Species. J. Anal. At. Spectrom. 25 (2010), 1046–1055.
4. Thermo Fisher Scientific Application Note 43098. Determination of Chromium Species by IC-ICP-MS.