Determination of Chelating Agents in Drinking Water and Wastewater Samples

Význam tématu

Aminopolykarboxylátové chelátory jako EDTA, NTA, DTPA a EGTA se široce používají v čisticích prostředcích, papírenském průmyslu, výrobě hnojiv a zemědělství. Jejich schopnost tvořit stabilní vodou rozpustné komplexy s kovovými ionty zvyšuje účinnost detergentů, zabraňuje srážení kovů v průmyslových procesech a podporuje odstraňování těžkých kovů v sanaci půd. Silné cheláty se však pomalu rozkládají a mohou se akumulovat v životním prostředí, proto je jejich spolehlivé stanovení v pitné vodě a odpadních vodách kritické pro splnění regulačních limitů a minimalizaci ekologických rizik.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie je vyvinout citlivou a selektivní metodiku pro přímé stanovení čtyř aminopolykarboxylátových chelátorů v koncentracích jednotek až stovek µg / L v povrchových, pitných a odpadních vodách. Metoda kombinuje iontovou chromatografii na vysoce kapacitní aniontoměniči s pulzní amperometrií (PAD) a využívá gradientní eluční systém s metansulfonovou kyselinou pro dosažení rychlého a kvalitního rozlišení analytů.

Použitá metodika a instrumentace

• Iontová chromatografie na systému Thermo Scientific Dionex ICS-3000/ICS-5000
• Kolony Dionex IonPac AG7 (ochranná), AS7 (analytická) a CTC-1 jako nástavec pro odstranění kovů z elučního proudu
• Pulzní amperometrické detektory s jednorázovou platinovou elektrodou a Ag/AgCl referenční elektrodou
• Eluční pufr: gradient metansulfonové kyseliny 35 – 100 mM, průtok 0,3 mL/min, teplota kolony 30 °C
• Příprava vzorků: filtrace 0,2 µm, ultrazvukové odplynění, pH úprava a případné zahřívání pro uvolnění kovů z chelátů
• Standardizace: příprava zásobních roztoků, mezistandardů i kalibračních křivek v rozsahu 50 – 4000 µg / L

Hlavní výsledky a diskuse

• Detekční limity (LOD) se pohybují od 15 do 63 µg / L, kvantifikační limity (LOQ) od 50 do 210 µg / L, linearita lepší než r2 = 0,999 v celém rozsahu
• Separace všech čtyř chelátorů za 16 min s dostatečnou symetrií a efektivitou > 4000 plato; NTA vyžaduje silnější gradient pro odlišení od EDTA
• Přesnost retence RSD < 0,3 %, plošné RSD 2 – 3,5 %
• Aplikace na reálné vzorky: ve všech sledovaných vzorcích povrchové i pitné vody byly detekovány nízké stopy EGTA (0,13 – 0,18 mg / L), EDTA se objevila v odpadních vodách do 0,054 mg / L, NTA a DTPA nebyly prokázány
• Vliv kovů: komplexace Fe3+ a Cu2+ snižuje retenci a signál EDTA a DTPA; optimalizovaná úprava vzorku (pH 11, zahřátí, filtrace, OnGuard M) zlepšuje uvolnění kovů a návrat analytů k očekávanému retenčnímu čase

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje přímou, selektivní a citlivou detekci perzistentních chelátorů bez interferencí běžných aniontů v komplexních matricích odpadních vod. Splňuje požadavky regulací WHO a EU, podporuje monitoring kvality vod v laboratořích, QA/QC odděleních i průmyslové analytice a usnadňuje včasnou detekci ekologických rizik spojených s aminopolykarboxyláty.

Budoucí trendy a možnosti využití

Mezi perspektivní směry patří kombinace s hmotnostní spektrometrií pro zvýšenou selektivitu, mikrofluidní a automatizované systémy pro on-line monitoring, vývoj nových stacionárních fází zvyšujících citlivost a konečně aplikace ve sledování bioremediačních procesů v reálném čase.

Závěr

Vyvinutá analytická metoda spojuje iontovou chromatografii s pulzní amperometrií a prokázala spolehlivé stanovení čtyř klíčových aminopolykarboxylátových chelátorů v pitné a odpadní vodě na úrovni jednotek μg / L. Díky jednoduché přípravě vzorku, krátké analytické době a vysoké citlivosti přispívá k efektivnímu sledování environmentální kontaminace a plnění legislativních limitů.

Reference

• Sillanpää M, Sihvonen M. Analysis of EDTA and DTPA. Talanta. 1997;44:1487–1497.
• World Health Organization. Edetic Acid (EDTA) in Drinking-Water. In Guidelines for Drinking-Water Quality. Geneva: WHO; 2003.
• Grundler OJ, van der Steen ATM, Wilmont J. Overview of the European Risk Assessment on EDTA. In ACS Symposium Series 910. Washington, DC: American Chemical Society; 2005.
• Bedsworth WW, Sedlak DL. Effects of EDTA on Pollutant Metal Removal by Municipal Wastewater Treatment Plants. ACS 2000.
• Nörtemann B. Biodegradation of Chelating Agents. In Biogeochemistry of Chelating Agents. ACS Symposium Series 910; 2005.
• Lugauskas A, et al. Effect of Copper, Zinc and Lead Acetates on Microorganisms in Soil. Ekologija. 2005;1:61–69.
• Schmidt C, Brauch HJ. Impact of Aminocarboxylates on Aquatic Organisms and Eutrophication. Environ Toxicol. 2004;19(6):620–637.
• Fitzgerald GP, Faust SL. Factors Affecting the Algicidal Properties of Copper. Appl Microbiol. 1993;11:345–351.
• German Federal Institute of Occupational Safety and Health. Summary Risk Assessment Report, Tetrasodium EDTA. Ispra, Italy: European Commission; 2004.
• Cheng J, Jandik P, Liu X, Pohl C. Pulsed Amperometric Detection Waveform. J Electroanal Chem. 2007;608:117–124.
• Dionex Corporation. Product Manual for IonPac AS7 Columns. Sunnyvale, CA; 2008.
• Dionex Corporation. Disposable Platinum Electrode Installation Guide for ED. Document No. 065139; 2004.
• Dionex Corporation. Determination of Glycols and Alcohols by Ion-Exclusion Chromatography and PAD. Application Note 188; 2008.
• Weiss J. Polyvalent Anions, Anion-Exchange Chromatography. In Handbook of Ion Chromatography. 3rd ed.; 2004.
• Dodi A, Bouscarel M. Simultaneous Determination of Chelating Agents by Chromatography. LCGC-Europe. 2006;19(10).
• Ammann A. Determination of Chelates by IC and ICP-MS. J Chromatogr. 2002;947:205–216.
• Cheng J, Jandik P. Highly Sensitive Analysis of Chelating Agents. LCGC. 2006;53.