WCPS: Chromium Speciation in Drinking Water using LC(IC)--ICPICP--MSMS

Význam tématu

Speciace chromu ve vodách je klíčová pro hodnocení toxicity a rizik spojených s obsahem různých oxidačních forem chromu. Zatímco trivalentní chrom (Cr(III)) je esenciální stopový prvek, hexavalentní chrom (Cr(VI)) patří k vysoce toxickým látkám. Díky přísnějším regulacím, např. navržené veřejné zdravotní cíli 60 ng/L pro Cr(VI) ve vodě ve státě Kalifornie (2009), je potřeba ultracitlivých a selektivních analytických postupů pro monitorování pitné i povrchové vody.

Cíle a přehled studie

Studie prezentuje vývoj a validaci izokratické metody kombinující aniontovou výměnnou chromatografii (LC-IC) s detekcí pomocí ICP-MS pro simultánní stanovení Cr(III) a Cr(VI) v pitné i vysoce mineralizované vodě. Klíčovou výzvou bylo dosáhnout nízkých detekčních limitů (< 10 ng/L pro Cr(VI)) a zachovat krátký analytický čas (< 4 min.). Studie zahrnuje optimalizaci chromatografických podmínek, objemu injekce i parametrů ICP-MS a test stability a recovery v různých matricích.

Použitá instrumentace

• HPLC: Agilent 1200 s binárním čerpadlem, autosamplerem a vakuovým odvzdušňovačem
• Kolona: aniontová výměnná, polyhydroxymethakrylová báze, 4,6 × 30 mm
• ICP-MS: Agilent 7700x, režim kolizně/reakčního článku s He (4 mL/min)
• Sady: Agilent bio-kompatibilní kit pro nízkobackgroundové rozhraní LC-ICP-MS

Metodika

Chromatografická separace byla provedena izokraticky s mobilní fází 5 mM EDTA, 5 mM NaH2PO4 a 15 mM Na2SO4, pH 7, průtok 1,2 mL/min a objem injekce 100–1500 µL. Kolona byla udržována při pokojové teplotě. ICP-MS detekce se zaměřila na izotopy 52Cr a 53Cr, RF výkon 1550 W, bez reaktivních plynů (alternativně H2 bez významného zlepšení). Účinnost separace a stabilitu signálu testovala série standardů (5 µg/L) po dobu 8 h (n=100), s RSD < 5 % pro obě formy.

Hlavní výsledky a diskuse

Detekční limity (DL) pro Cr(III)-EDTA a Cr(VI) činily při 100 µL injekci 188 ng/L a 253 ng/L. Zvýšení injekčního objemu na 1500 µL umožnilo dosáhnout DL ~ 8 ng/L pro Cr(VI). Stabilita metody byla prokázána nízkou variabilitou (RSD < 2,5 %) v průběhu osmihodinového měření. Analýza tří minerálních vod s rozsahem salinity do 450 ppm Ca a 1121 ppm SO4 ukázala přesné recoveries (90–99 %) pro oba analyty. Bio-inertní čerpadlo prokázalo snížený background, zejména u fosfátové složky.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá separace Cr(III) a Cr(VI) do 4 minut.
• Ultra­citlivá detekce Cr(VI) v nízkých ng/L koncentracích.
• Vysoká reprodukovatelnost a dlouhodobá stabilita signálu.
• Aplikovatelnost na pitné, minerální a povrchové vody s vysokým obsahem minerálů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může směřovat k nasazení bio-inertního chromatografického rozhraní pro ještě nižší background a DL, optimalizaci čistoty solí (např. NaH2PO4) a integraci automatizovaných přípravných modulů pro vyšší průtok vzorků v rutinní QA/QC praxi. Metoda se hodí i pro speciační analýzu v potravinářství či environmentálním monitoringu a pro výzkum transformačních procesů chromu v životním prostředí.

Závěr

Izokratická kombinace LC(IC) s ICP-MS umožňuje rychlou, spolehlivou a vysoce citlivou analýzu Cr(III) a Cr(VI) ve vodách. Metoda dosahuje DL v řádech jednotek ng/L, vysoké přesnosti a reprodukovatelnosti v různých matricích. Navržené postupy pro optimalizaci injekčního objemu a bio-inertní rozhraní výrazně snižují background a zvyšují analytický výkon.

Reference

• Tanoshima M., Sakai T., Jones C., Agilent Technologies. Chromium Speciation in Drinking Water using LC(IC)-LC(IC)-ICP-MS. Poster FP38, Winter Plasma Conference 2012.