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

Význam tématu

Chrom je stopový kov, který se v přírodě vyskytuje ve dvou hlavních formách: biogenní Cr(III) a toxický, karcinogenní Cr(VI). Rozlišení těchto dvou forem je klíčové z hlediska ochrany lidského zdraví a plnění stále přísnějších regulačních limitů pro pitnou vodu. Metody umožňující rychlou a citlivou analýzu Cr(VI) jsou proto žádané v regulačních i průmyslových laboratořích.

Cíle a přehled studie

Cílem této studie bylo vyvinout a ověřit jednoduchou, robustní a rychlou analytickou metodu pro oddělené stanovení Cr(III) a Cr(VI) v pitné vodě, která by splňovala požadavky EPA Metody 218.7 a příslušné evropské i americké normy. Metoda využívá iontovou chromatografii (IC) spojenou s indukčně vázanou plazmou – hmotnostní spektrometrií (ICP-MS).

Použitá metodika

Vzorky pitné vody byly při odběru stabilizovány EDTA (2 mM) a pufrem amonného síranu/amonného hydroxidu, aby se minimalizovala redoxní přeměna mezi Cr(III) a Cr(VI). Chromatograficky se použila kolona Metrosep ASUPP4 250/4.0 s mobilní fází 10 mM dusičnanu amonného a 2 mM EDTA při pH 10, průtokem 1,0 mL/min a objemem injekce 250 µL. Celková doba analýzy byla 6 min, rozlišení obou forem proběhlo do 4 min.

Použitá instrumentace

• Metrohm 940 Professional IC se stříbrnou kolonu Metrosep ASUPP4 250/4.0
• Agilent 7800 ICP-MS s ORS4 (He režim, KED) pro potlačení polyatomových interferencí na m/z 52

Hlavní výsledky a diskuse

Calibration: osm standardů 0,01–10 ppb pro oba druhy Cr s lineárními kalibračními křivkami (R=1,0000). Retenční časy činily 2,83 ± 0,03 min pro Cr(III) a 3,67 ± 0,01 min pro Cr(VI). Návrhové minimální hlásitelné meze (MRL) byly stanoveny na 0,025 µg/L (Cr(III)) a 0,020 µg/L (Cr(VI)) a potvrzeny metodou RPIR se 30 zrůzněnými náběhy s bodem spolehlivosti 99,5 % (spike recovery 62–112 % pro Cr(III), 58–99 % pro Cr(VI)). Metoda detekčních mezí (MDL) vychází na 0,006 µg/L pro Cr(III) a 0,003 µg/L pro Cr(VI) (S/N ≈ 9–10).
Testy kolísání retenčních časů a signálu po několika dnech prokázaly stabilitu (RSD < 1 %). Vzorky dvou druhů kohoutkové vody ukázaly, že bez konzervace dochází k přeměně Cr forem (128 % recovery Cr(III), 72 % Cr(VI)), zatímco při použití uvedeného pufru byly hodnoty obnov 89–104  %.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlý analytický cyklus (< 10 min/vzorek) umožňující vysokou průchodnost
• Vysoká citlivost a robustnost díky potlačení interferencí v ICP-MS
• Ekonomická alternativa k LC-UV metodám díky metal-free IC sestavě
• Jednoduchá příprava vzorku umožňuje rutinní nasazení v QA/QC i výzkumných laboratořích

Budoucí trendy a možnosti využití

Zavádění plně automatizovaných IC-ICP-MS linek pro environmentální monitoring, adaptace metod pro mobilní ICP-MS systémy a rozšíření spektra stanovovaných kovových forem. Další vývoj může zahrnovat zkrácení doby analýzy optimalizací pH, délky kolony či průtoku mobilní fáze a integraci výstupů s laboratorními informačními systémy (LIMS).

Závěr

Popsaná IC-ICP-MS metoda nabízí rychlé, citlivé a přesné rozlišení Cr(III) a Cr(VI) v pitné vodě. Splňuje přísné limity EPA 218.7 i evropské a státní normy, umožňuje jednoduché zachování původního zastoupení forem a je vhodná pro běžné nasazení v analytických laboratořích.

Reference

1. L. M. Calder, in: J. O. Nriagu a E. Nieboer (eds.), Chromium in the Natural and Human Environments, Wiley, New York, 1988, s. 215–229
2. P. Ezebuiro et al., JASMI 2(2), 74–80, 2012
3. S. Comber a M. Gardner, J. Environ Monit. 5, 410–413, 2003
4. I. J. Buerge a S. J. Hug, Environ Sci Technol. 31, 1426–1432, 1997
5. US EPA, Chromium in Drinking Water, 2021
6. WHO, Chromium in Drinking Water, Background Document, 2003
7. EU Directive 2020/2184 on Drinking Water Quality, 2020
8. California OEHHA, Public Health Goal for Hexavalent Chromium, 2011
9. US EPA Method 218.7: Determination of Hexavalent Chromium in Drinking Water by IC-UV, 2011
10. M. Tanoshima a T. Sakai, ICAS 2011, Poster 23P047
11. S. D. Winslow et al., Environ Sci Technol. 40(1), 281–288, 2006