Determination of Hexavalent Chromium in Drinking Water by Ion Chromatography (IC)–ICP-MS

Význam tématu

Chrom je stopový prvek přítomný ve dvou hlavních formách: nezbytné Cr(III) a toxické, karcinogenní Cr(VI). Rozlišení a přesné stanovení těchto dvou forem v pitné vodě je kritické pro ochranu veřejného zdraví a splnění mezinárodních i národních limitů. Iontová chromatografie spojená s ICP-MS umožňuje citlivé, rychlé a selektivní stanovení Cr(III) a Cr(VI) na hladinách pod stanovenými mezinárodními normami.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo vyvinout a ověřit robustní metodiku pro separaci a kvantifikaci Cr(III) a Cr(VI) v pitných vodách pomocí spojení iontové chromatografie (IC) a ICP-MS. Metoda navazuje na EPA Method 218.7 a testuje její detekční limity, minimální hlásitelné limity a přesnost na reálných vzorcích kohoutkové vody.

Použitá metodika

Vzorky byly konzervovány přídavkem EDTA (2 mM) a pufru síran/ammonium-hydroxid dle EPA 218.7, aby se zabránilo přechodu mezi formami Cr. Mobilní fáze obsahovala 10 mM dusičnanu amonného s 2 mM EDTA, pH bylo upraveno na 10. Průtok činil 1,0 mL/min a injekční objem 250 μL. Kalibrace probíhala na osmi bodech v rozsahu 0,01–10 μg/L pro oba ionty.

Použitá instrumentace

• Agilent 7800 ICP-MS (kompatibilní s modely 7850 a 7900)
• Metrohm 940 Professional IC
• Kolona Metrosep ASUPP4 250/4.0
• ORS4 kolizně-reakční buňka v režimu heliového plynu

Hlavní výsledky a diskuse

• Obě formy Cr byly odděleny do 4 minut, celkový čas analýzy pod 10 minut včetně proplachu.
• Linearity kalibrací pro Cr(III) i Cr(VI) dosáhly R=1,0000 v oblasti sub-ppb.
• Potvrzené minimální hlásitelné limity (MRL) činí 0,025 μg/L pro Cr(III) a 0,020 μg/L pro Cr(VI).
• Metody detekčních limitů (MDL) byly 0,006 μg/L a 0,003 μg/L.
• Stabilita retenčních časů RSD <1 % pro Cr(III) a <0,1 % pro Cr(VI) během více dní.
• Obnova spiků v kohoutkové vodě s konzervací dosahovala 89–104 %.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda je rychlá, citlivá a jednoduchá pro rutinní laboratorní provoz. Nízké náklady na iontovou chromatografii, absence kovových částí v cestě vzorku a vysoká propustnost analýz ji předurčují pro splnění náročných regulačních požadavků na Cr(VI) v pitné vodě. Je vhodná pro QA/QC, průmyslovou a environmentální analytiku.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření online automatizace, kombinace s dalšími detektory pro víceprvkovou speciiaci, miniaturizace systémů a vyšší automatizace přípravy vzorků. Metodu lze adaptovat i pro jiné toxické kovy a složité matrice.

Závěr

IC-ICP-MS metodika na bázi Metrohm 940 a Agilent 7800 poskytuje rychlé, citlivé a spolehlivé stanovení Cr(III) a Cr(VI) v pitné vodě. Potvrzené MRL a MDL překračují požadavky EPA i evropských i kalifornských limitů. Metoda je vhodná pro rutinní monitoring a ochranu veřejného zdraví.

Reference

• Calder LM. In: Nriagu JO, Nieboer E, editors. Chromium in the Natural and Human Environments. Wiley & Sons; 1988. p. 215–229.
• Ezebuiro P, Gandhi J, Zhang C, Mathew J, Ritter M, Humphrey M. Optimal Sample Preservation and Analysis of Cr(VI) in Drinking Water Samples by High Resolution Ion Chromatography Followed by Post Column Reaction and UV/Vis Detection. JASMI. 2012;2(2):74–80.
• Comber S, Gardner M. Chromium Redox Speciation in Natural Waters. J Environ Monit. 2003;5:410–413.
• Buerge IJ, Hug SJ. Kinetics and pH Dependence of Chromium(VI) Reduction by Iron(II). Environ Sci Technol. 1997;31:1426–1432.
• US EPA. Chromium in Drinking Water. 2021.
• World Health Organization. Chromium in drinking water. Background document for development of WHO guidelines for drinking water quality. Geneva; 2003.
• Directive (EU) 2020/2184 on the quality of water intended for human consumption. 2020.
• California OEHHA. Public Health Goal for Hexavalent Chromium (Cr VI) in Drinking Water. 2011.
• Wendelken S, Smith G, Munch D, Zaffiro A, Zimmerman M. Method 218.7: Determination of Hexavalent Chromium in Drinking Water by Ion Chromatography with Post-Column Derivatization and UV-Visible Spectroscopic Detection. U.S. EPA; 2011.
• Tanoshima M, Sakai T. Chromium Speciation in Drinking Water by LC-ICP-MS. ICAS; 2011. Poster 23P047.
• Winslow SD, Pepich BV, Martin JJ, Hallberg GR, Munch DJ, Frebis CP, et al. Statistical Procedures for Determination and Verification of Minimum Reporting Levels for Drinking Water Methods. Environ Sci Technol. 2006;40(1):281–288.