Simple determination of haloacetic acids (HAAs) in potable water with ion chromatography hyphenated to mass spectrometry

Význam tématu

Haloacetonové kyseliny (HAA) se tvoří jako vedlejší produkty dezinfekce pitné vody a některé z nich patří mezi potenciálně karcinogenní látky. Monitorování stopových koncentrací (µg/L) je nezbytné pro ochranu zdraví populace a dodržení přísných regulačních limitů (např. EPA, EU).

Cíle a přehled studie / článku

Tento dokument představuje principy a výhody použití iontové chromatografie spojené s hmotnostní spektrometrií (IC-MS a IC-MS/MS) pro rychlou, citlivou a spolehlivou analýzu HAA v pitné vodě bez potřeby náročné derivatizace a manuálních kroků.

Použitá instrumentace

• Iontový chromatograf Metrohm s potlačovačem eluční fáze (suppressor) a modulem Inline Sample Preparation (MISP)
• Separační kolony Metrosep A Supp (5-250/2.0), A Supp 7 (250/4.0) a A Supp 17 (100/4.0) s odpovídajícími guard kolony
• Masové spektrometry: Agilent 6470 Triple Quadrupole, AB Sciex QTRAP 6500+, Waters SQ Detector 2, Thermo Fisher Exactive Orbitrap
• Software pro řízení a vyhodnocení: MagIC Net, Agilent MassHunter, Waters MassLynx, AB Sciex Analyst, Empower 3, Agilent OpenLab CDS

Použitá metodika

Vzorky pitné vody jsou přímo injektovány (20–100 µL) na suppressorové kolony s gradientní nebo izokratickou eluční fází na bázi uhličitanů a acetonitrilu. Po separaci je tok částečně přepínán do odpadu během neanalytických cyklů, což minimalizuje kontaminaci MS. Pro kvantifikaci se využívají MRM přechody (MS/MS) nebo selected ion recording (MS), doplněné interními standardy 13C.

Hlavní výsledky a diskuse

• Lineární kalibrace v rozsahu 0,5–500 µg/L pro 9 HAA, dalapon a bromát.
• Obnovy spikovaných vzorků pitné vody mezi 87–127 % s RSD <15 %.
• Limit stanovení (LOQ) klíčových HAA <1 µg/L, některé sloučeniny až 0,15 µg/L.
• Metoda bez derivatizace a čistění výrazně zkracuje dobu analýzy a snižuje náklady.
• Ověřeno na různých typech MS i reálných vzorcích z USA a Evropy – obsah HAA pod regulačním limitem 60 µg/L.

Přínosy a praktické využití metody

• Automatizace přípravy vzorků (MISP) zvyšuje reprodukovatelnost a snižuje potřebu manuálních zásahů.
• Flexibilita napojení na různé druhy MS detektorů rozšiřuje použitelnost v různých laboratořích.
• Snížení pracovních nákladů díky eliminaci derivatizace a předúpravy vzorků.
• Možnost rozšíření na další typy aniontů a oxyhalogenů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Nasazení vysokorozlišující HRMS pro suspect screening nových DBP a halogenovaných kyselin.
• Pokročilá inline a on-line vzorkovací řešení pro kontinuální monitoring sítí pitné i odpadní vody.
• Vývoj post-column reakcí (PCR) pro další zvýšení selektivity a potlačení matrix efektů.
• Reakce na nové legislativní požadavky a potřebu monitorování širšího spektra HAA při nižších koncentracích.

Závěr

Iontová chromatografie hyphenovaná s hmotnostní spektrometrií představuje výkonný, citlivý a robustní nástroj pro kvantifikaci haloacetonových kyselin v pitné vodě. Díky automatizaci, softwarové integraci a širokému výběru MS detektorů lze splnit náročné regulační limity, zefektivnit workflow laboratoří a snížit náklady.

Reference

1. Barron L, Gilchrist E. Ion Chromatography-Mass Spectrometry: A Review of Recent Technologies and Applications in Forensic and Environmental Explosives Analysis. Anal. Chim. Acta. 2014;806:27–54.
2. Metrohm AG. An introduction to ion chromatography mass spectrometry (IC-MS). Herisau, Switzerland; 2021.
3. Metrohm AG. Analysis of Anions and Oxoanions using Ion Chromatography Mass Spectrometry (IC-MS). Herisau, Switzerland.
4. Michalski R, editor. Application of IC‐MS and IC‐ICP‐MS in Environmental Research. Wiley; 2016.
5. Ishaq MS, et al. Disinfection Methods. In: Photocatalysts - Applications and Attributes. IntechOpen; 2019.
6. National Academies Press. Drinking Water and Health, Volume 7: Disinfectants and Disinfectant By-Products. Washington, D.C.; 1987.
7. Naladala NR, et al. Effect of Pre-ozonation on Haloacetic Acids Formation in Ganga River Water at Kanpur, India. J. Inst. Eng. India Ser. A. 2018;99:37–44.
8. US EPA. Method 557: Determination of Haloacetic Acids, Bromate, and Dalapon in Drinking Water by Ion Chromatography Electrospray Ionization Tandem Mass Spectrometry. 2009.
9. Directive (EU) 2020/2184 on the Quality of Water Intended for Human Consumption. Off. J. Eur. Union. 2020;L435:1–62.
10. Wu S, et al. Analysis of haloacetic acids, bromate, and dalapon in natural waters by ion chromatography–tandem mass spectrometry. J. Chromatogr. A. 2017;1487:100–107.
11. Metrohm AG. Trace haloacetic acids, dalapon, and bromate in water – Determination as per US EPA 557 applying IC-MS/MS. Herisau, Switzerland; 2019.
12. Gallidabino MD, et al. Suspect screening of halogenated carboxylic acids in drinking water using IC-HRMS. Talanta. 2018;178:57–68.
13. ISO 23631:2006. Water quality — Determination of dalapon, trichloroacetic acid and selected haloacetic acids. 2006.
14. Metrohm AG. Resolving haloacetic acids in water – Increased sensitivity thanks to coupling IC with a MS detector. Herisau, Switzerland; 2020.
15. Mathew J, et al. Trace Level Haloacetic Acids in Drinking Water by Direct Injection Ion Chromatography and Single Quadrupole Mass Spectrometry. J. Chromatogr. Sci. 2009;47:505–509.
16. Solomon KR, et al. Sources, fates, toxicity, and risks of trifluoroacetic acid and its salts. J. Toxicol. Environ. Health Part B. 2016:289–304.
17. Scott BF, et al. Trifluoroacetate Profiles in the Arctic, Atlantic, and Pacific Oceans. Environ. Sci. Technol. 2005;39:6555–6560.
18. German Federal Environment Agency. Trifluoressigsäure (TFA) – Wasser­schutz im Spannungsfeld von toxikologischem Leitwert, Trinkwasserhygiene und Eintragsminimierung. 2020.
19. Metrohm AG. Ion chromatography – addressing the latest challenges in environmental analysis. Herisau, Switzerland; 2018.
20. Metrohm AG. A strong combination – Coupling of Metrohm ion chromatography and mass spectrometry. 8.000.5250.