Determination of Inorganic Cations and Ammonium in Environmental Waters by Ion Chromatography Using the Dionex IonPac CS16 Column

Význam tématu

Monitorování alkálií, zeminy alkalických kovů a amonného kationtu v povrchových i pitných vodách je klíčové pro posouzení korozního potenciálu, tvrdosti vody a environmentálních dopadů živin. Tradiční techniky (AAS, ICP, titrimetrie, kolorimetrie) vyžadují oddělené stanovení amonného iontu a často i předúpravu vzorku. Jednorázové rozdělení všech cílových kationtů pomocí iontové chromatografie (IC) šetří čas, zvyšuje reprodukovatelnost a jednoduše rozšiřuje rozsah aplikace na různé typy vod i půdních extraktů.

Cíle a přehled studie

Hlavním účelem bylo ověřit použití kolony Thermo Scientific Dionex IonPac CS16 pro simultánní stanovení Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+ a Ca2+ v požitém rozsahu koncentrací (0,05–1000 mg/L). Studie zahrnovala:

• Optimalizaci podmínek eluce pomocí 26 mM methansulfonové (MSA) kyseliny generované elektrolyticky.
• Stanovení liniearity, detekčních limitů, přesnosti a přesnosti retenčních časů.
• Testování vlivu matrix na návratnost analýtů ve vodách z pitných, odpadních i povrchových zdrojů a kyselých půdních extraktů.

Použitá metodika a instrumentace

Analýza byla provedena na systému Dionex DX-600 (nebo ekvivalentech ICS-5000+/4000/2100) vybaveném:

• Kolonou Dionex IonPac CS16 (5×250 mm) a prekolonou CG16 (5×50 mm).
• Eluentním generátorem EG40 s kazetou EGC-MSA.
• Potlačenou vodivostní detekcí s Dionex CSRS ULTRA suppressorem (režim recyklace, 100 mA).
• Automatickým vzorkovačem AS50 s termokomorou.

Příprava eluční fáze: on-line generace 26 mM MSA nebo 65 mL 0,4 N koncentrátu v 1 L vody. Standardní kationtové roztoky (1 g/L) byly ředěny pro kalibraci a přípravu pracovních standardů. Vzorky vod byly filtrovány 0,45 μm šroubovacími filtry; půdní extrakty se připravily ultrazvukovou extrakcí 3 g vzorku ve 30 mL vody nebo eluční fáze.

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizované podmínky (t = 30 °C, průtok 1,5 mL/min, injekce 10 μL) zajistily baseline separaci šesti kationtů za 25 minut. Klíčové parametry:

• Lineární rozsah až tři řády u většiny iontů (r2 > 0,999), u NH4+ s kvadratickou funkcí do 40 mg/L.
• MDL v rozmezí 0,2–2,6 μg/L (při 10 μL injekci).
• Retenční časová přesnost <0,2 % RSD, plošná přesnost <1,2 % RSD.
• Referenční standard QCS ukázal stabilní výsledky při opakovaných injekcích (n=7).

Matricová studie pro různé typy vod (pitná, průmyslová, komunální, ASTM) vykázala návratnosti 82–109 %. Vzorky s vysokým poměrem Na+/NH4+ (až 10 000 : 1) byly spolehlivě separovány. Kyselé extrakty (až 100 mM H3O+) bylo možné injektovat přímo bez úpravy pH. Sloupcová fouling se dal redukovat oplachem až 100 % acetonitrilem.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje:

• Jednorázové stanovení všech hlavních kationtů v rámci environmentálních a provozních monitorovacích programů.
• Redukci potřeby různých přístrojů (AAS, ICP, kolorimetrie) a předúprav vzorků.
• Vysokou kapacitu kolony pro analýzu vzorků s širokým rozsahem koncentrací.
• Rychlou odezvu a jednoduchou automatizaci díky eluentnímu generátoru a suppressoru.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj analytiky kationtů může směřovat k:

• Integraci s hmotnostní spektrometrií pro selektivní detekci stopových komponent.
• Použití menších částic a vyšších tlaků (UHPLC-IC) k dalšímu zkrácení doby analýzy.
• Automatizaci přípravy vzorků a on-line ředění pro ještě vyšší throughput.
• Rozšíření aplikací na složité matrice (odpadní vody s organickými interferenty, bioprocesní média apod.).

Závěr

Ion chromatografie s kolonou Dionex IonPac CS16 a MSA eluentem představuje robustní, citlivou a univerzální metodu pro simultánní stanovení alkálií, zemín alkalických kovů a amonného kationtu v různých vodách i půdních extraktech. Díky vynikající kapacitě, reprodukovatelným retenčním časům a nízkým detekčním limitům je metoda ideální pro pravidelné monitorování jak v průmyslových, tak v environmentálních laboratořích.

Reference

• Jackson P.E. Ion Chromatography in Environmental Analysis. Encyclopedia of Analytical Chemistry; Wiley, 2000, 2779–2801.
• Standard Methods for the Analysis of Water and Wastewater. APHA, 18th ed., 1992, s. 4–75 až 4–85.
• Small H. Ion Chromatography; Plenum Press, New York, 1989, s. 175.
• Bouyoucos S. Anal. Chem. 1977, 49, 401–403.
• U.S. EPA Method 300.0. Determination of Inorganic Anions in Water by Ion Chromatography; Cincinnati, 1993.