Speciation analysis of Cr (III) and Cr (VI) in drinking waters using anion exchange chromatography coupled to the Thermo Scientific iCAP Q ICP-MS

Význam tématu

Speciace chromu rozlišuje méně toxickou formu Cr(III) a vysoce toxickou formu Cr(VI). Celkový obsah Cr ve vodě neposkytuje dostatek informací o potenciálním riziku pro lidské zdraví, protože obě formy mají odlišné chemické vlastnosti, biologickou dostupnost a toxicitu. Rychlá a spolehlivá identifikace a kvantifikace obou forem chromu v pitné vodě je proto klíčová pro dodržení legislativních limitů a ochranu spotřebitelů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo vyvinout citlivou, robustní a vysoce výkonnou metodu pro stopovou analýzu Cr(III) a Cr(VI) v přírodních vodách bez rozsáhlých předúprav vzorků. Metoda kombinuje aniontovou výměnnou chromatografii s detekcí pomocí ICP-MS, čímž umožňuje rychlou separaci a kvantifikaci obou forem chromu.

Použitá metodika a instrumentace

Separace byla prováděna na systému Thermo Scientific Dionex ICS-5000 s aniontovým sloupcem Dionex AG-7 (2×50 mm) za izokratických podmínek v mobilní fázi 0,4 mol/L HNO₃ při průtoku 400 µL/min a objemu injekce 20 µL. Eluční doba pro úplné rozdělení obou forem byla necelých 150 s. Detekce elementárního Cr probíhala na Thermo Scientific iCAP Qc ICP-MS vybaveném PFA ostřikovacím komorou, PFA-LC nebulizérem a kolizní buňkou plněnou heliem s kinetickou diskriminací (KED). Kvantifikace a zpracování dat byly zajištěny softwarem Qtegra se systémem tQuant.

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizace koncentrace HNO₃ ukázala, že koncentrace 0,4 mol/L poskytuje kompromis mezi efektivní elucí Cr(III) a zachováním redoxní stability Cr(VI). Kalibrace v rozsahu 0,75–15 ng/g pro obě formy vykázala citlivost 220 kcps/ng·g⁻¹ a detekční limity 0,20 pg/g (Cr(VI)) a 0,38 pg/g (Cr(III)). Testy konverze a zpětného dohledávání (recovery) prokázaly kvantitativní zisk obou forem (99–105 %) a výbornou přesnost. Repetitivní injekce vzorku (20x, 2,5 h) potvrdila stabilitu retence (<1,5 %) a plochy píků (<0,3 %). Analýza reálného vzorku pitné vody odhalila Cr(VI) v koncentraci 42,5 ± 1 pg/g a poměr izotopů ⁵²Cr/⁵³Cr odpovídal teoretické hodnotě, čímž se vyloučily spektrální interference.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá separace obou forem chromu pod 2,5 minuty zvyšuje průchodnost laboratorních analýz.
• Minimální předúprava vzorku bez nutnosti komplexačních činidel snižuje riziko kontaminace.
• Sub-ppt detekční limity umožňují spolehlivou kontrolu pitné vody v souladu s přísnými legislativními požadavky.
• Kompletně bezmetalová cestou chromatografu se eliminuje zdroj kovových kontaminantů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Metodu lze dále rozšířit na on-line sledování kvality vod, automatizaci odběru a analýzy v reálném čase nebo adaptovat na další těžké kovy a jejich speciační formy. Kombinace s miniaturizovanými kapilárními systémy a pokročilými datovými algoritmy pro zpracování spektra by mohla zvýšit citlivost a selektivitu při zachování vysoké průchodnosti.

Závěr

Vyvinutá metoda spojení aniontové IC a iCAP Qc ICP-MS nabízí rychlou, robustní a vysoce citlivou speciační analýzu Cr(III) a Cr(VI) v pitné vodě bez složitých předúprav. Dosahuje sub-ppt detekčních limitů, kvantitativních zisků a vynikající reprodukovatelnosti, což ji činí ideálním nástrojem pro rutinní kontrolu kvality vod.

Reference

1. Séby F., Charles S., Gagean M., Garraud H., Donard O.F.X. Speciation of chromium in natural waters. J. Anal. At. Spectrom. 18 (2003), 1386–1390.
2. Xing L., Beauchemin D. Improved chromium speciation by IC–ICP-MS. J. Anal. At. Spectrom. 25 (2010), 1046–1055.
3. Dionex Application Note. Dionex AG-7 anion exchange column for speciation. Thermo Fisher Scientific.