Fast determination of chlorite, bromate, chlorate, dichloroacetic acid, and trichloroacetic acid in drinking water

Význam tématu

Disinfenkční vedlejší produkty (DBP) vznikají při úpravě pitné vody reakcí dezinfekčních prostředků s organickými a anorganickými látkami. Některé DBP jsou karcinogenní nebo toxické pro reprodukci, proto je jejich monitoring zásadní pro ochranu zdraví a dodržování norem pro pitnou vodu. Metody, které umožňují rychlé, citlivé a reprodukovatelné stanovení klíčových DBP, jsou nezbytné pro každodenní laboratorní provoz v rámci QA/QC i regulovaných monitorovacích programů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem aplikace bylo vyvinout a ověřit rychlou chromatografickou metodu pro simultánní stanovení pěti DBP (chlorit, bromát, chlorát, dichloroctová kyselina DCAA a trichloroctová kyselina TCAA) v pitné vodě. Metoda využívá aniontovou iontovou chromatografii s potlačenou vodivostní detekcí na systému Thermo Scientific Dionex Inuvion IC a byla optimalizována tak, aby zkrátila dobu analýzy na 21 minut při zachování požadované selektivity, citlivosti a přesnosti.

Použitá instrumentace

• Dionex Inuvion IC systém s RFIC (pouzdro zařízení)
• Dionex IonPac AS19-4 µm analytický sloupec, 4 × 150 mm + Dionex IonPac AG19-4 µm ochraný sloupec, 4 × 30 mm
• Dionex ADRS 600 potlačovač (Anion Dynamically Regenerated Suppressor, 4 mm)
• EGC 500 kartuše pro generaci eluentu KOH
• CR-ATC 600 kontinuálně regenerovaný aniontový trap
• RFIC eluent degasser
• Dionex AS-AP autosampler
• Chromeleon CDS software (verze 7.3.2)

Použitá metodika

Vzorky: Pitná voda byla před analýzou filtrována přes 0,22 µm injekční filtr. Standardy DBP byly připraveny ředěním koncentrátů v ultrapure vodě. Metoda používá gradientní eluci KOH generovaný eluentním generátorem s níže uvedeným časovým průběhem koncentrace KOH: 0–6 min 6 mM; 6.1–14 min 6→20 mM; 14–15 min 20 mM; 15.1–18 min 50 mM; 18.1–21 min návrat na 6 mM. Provozní podmínky: průtok 1,2 mL/min, objem injekce 250 µL, teplota kolony 25 °C. Detekce: potlačená vodivost (ADRS 600) v režimu recyklace při proudu 149 mA; pozadí vodivosti ~0,4 µS/cm; systémní tlak ~2800 psi; celkový čas běhu 21 minut.

Hlavní výsledky a diskuse

• Separační výkon: Všechny analyty byly téměř baseline separované během méně než 15 minut; celkový běh 21 minut představuje přibližně dvojnásobné zkrácení doby analýzy oproti konvenčnímu 40minutovému postupu v doporučené normě.
• Linearity: Všechny sledované DBP vykázaly velmi dobrou lineárnost se korelačními koeficienty R > 0,999 (specificky uvedeny rozsahy pro jednotlivé analyty: chlorit 50–1000 µg/L, bromát 5–200 µg/L, DCAA 25–500 µg/L, chlorát 50–1000 µg/L, TCAA 25–500 µg/L).
• Detekční charakteristiky: Limity detekce (LOD) se pohybují v řádu 0,26–1,23 µg/L a limity kvantifikace (LOQ) 0,87–4,09 µg/L, tedy pod limity stanovenými v čínské normě GB 5749-2022 pro sledované analyt y.
• Přesnost a opakovatelnost: Spike recoveries v reálné pitné vodě byly mezi 90–107 %; relativní standardní odchylky (RSD) byly obecně < 2 %, což svědčí o vysoké přesnosti a reprodukovatelnosti metody.
• Praktická poznámka: Drobná částečná koeluce mezi chloritem a bromátem byla pozorována, avšak neměla významný dopad na kvantifikaci v analyzovaných koncentracích.
• Analýza reálného vzorku: V testovaném vzorku pitné vody z Šanghaje byl zjištěn pouze chlorát v koncentraci 181 µg/L, což je pod limitem 700 µg/L dle GB 5749-2022.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlost: Snížení doby analýzy ze 40 na 21 minut zvyšuje laboratorní propustnost a efektivitu.
• Citlivost: LOD/LOQ metody jsou výrazně nižší než regulační limity, což umožňuje spolehlivý monitoring i nízkých hladin DBP.
• Ekonomika provozu: Automatizované generování eluentu KOH a potlačená vodivost poskytují stabilní a relativně nákladově efektivní řešení v porovnání s hyphenovanými technikami (např. IC-MS/MS) tam, kde nejsou vyžadovány stopové sledy několika dalších analy­tů.
• Kompatibilita s normami: Metoda nabízí alternativu k delším normovaným protokolům srovnatelnou ve výkonu a vhodnou pro rutinní kontrolu kvality vody.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Zkracování doby analýzy: Pokračující vývoj malých částic a vysokotlakých IC kolon umožní další redukci doby analýzy při zachování rozlišení.
• Rozšíření panelu analy­tů: Kombinace s MS detekcí (IC-MS/MS) umožní rozšíření sledovaného spektra HAAs a dal­ších DBP při stopových koncentracích.
• Automatizace a online monitoring: Integrace s online vzorkovacími systémy a automatizovanými předúpravami zlepší kontinuální sledování vodních zdrojů.
• Robustnost proti matici: Další optimalizace trap kolonek a potlačovačů s cílem eliminovat vliv vysokých koncentrací běžných iontů (chlorid, síran, dusičnan) v reálných vzorcích.

Závěr

Vyvinutá metoda na bázi aniontové iontové chromatografie s potlačenou vodivostní detekcí na systému Dionex Inuvion IC poskytuje rychlé, citlivé a reprodukovatelné stanovení pěti klíčových DBP v pitné vodě. Díky použití kolony s menšími částicemi (4 µm) a optimalizovanému gradientu KOH bylo dosaženo téměř dvojnásobného zrychlení analýzy při vynikajícím analytickém výkonu. Metoda je vhodná pro rutinní monitorování v souladu s požadavky GB 5749-2022 a nabízí praktické výhody pro laboratorní provozy zabývající se kontrolou kvality pitné vody.

Reference

1. Xinyuan Yi, Xinlu Qu, Xin Long, et al. Research progress on chemical properties, transformation, and toxicity of typical disinfection by-products in drinking water. Asian Journal of Ecotoxicology, 2023, 18(02): 97-110.
2. Sandhya Rao Poleneni. Chapter 13 - Global disinfection by-products regulatory compliance framework overview, disinfection by-products in drinking water: detection and treatment. In: Majeti Narasimha Vara Prasad (ed.), Disinfection By-products in Drinking Water. Butterworth-Heinemann, 2020.
3. Xin Zhang, Charanjit Saini, Chris Pohl, Yan Li. Thermo Scientific Application Note AN73343: Fast Determination of Nine Haloacetic Acids, Bromate, and Dalapon at Trace Levels in Drinking Water Samples by Tandem IC-MS/MS. 2020.