Determination of Mineral and Trace Elemental Contents in Drinking Water by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

Význam tématu

Čistota pitné vody je klíčová pro zdraví lidí, protože přítomnost stopových či toxických prvků může vést k akutním i chronickým zdravotním problémům. Monitorování minerálních a stopových prvků v pitné vodě je nezbytné pro zajištění souladu s regulačními limity a včasnou identifikaci kontaminace.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo vyvinout a ověřit rychlou, citlivou a spolehlivou metodu pro simultánní stanovení dvaceti čtyř minerálních a stopových prvků v různých typech pitné vody pomocí ICP-MS s heliumovou kolizní buňkou. Výsledky pak byly porovnány s limity definovanými US EPA 200.8 (2018).

Použitá instrumentace

Shimadzu ICPMS-2030 spojený s autosamplerem AS-10

• RF výkon: 1,20 kW
• Plazmový plyn Ar: 8,0 L/min
• Auxiliary gas Ar: 1,10 L/min
• Carrier gas Ar: 0,70 L/min
• Mini-Torch, cyklónová komora při 5 °C
• Heliumová kolizní buňka (6,0 mL/min He), cell voltage –21 V, energy filter 7 V
• 10 skenů na vzorek

Použitá metodika

Vzorky pitné vody (kohoutková, filtrovaná, balená) byly naředěny 1:2 v 1 % ultrapure HNO₃. Pro stabilizaci rtuti bylo do roztoku přidáno 0,5 % HCl a zařazeny bylo dodatečné promývání kyselinou. Kalibrace byla prováděna sérií standardů pro každou skupinu prvků (stopové prvky, Hg, minerály) v rozsahu od nízkých ppt až po stovky µg/L. Jako vnitřní standardy sloužily Bi, Ho, In, Rh, Sc a následná korekce matrix efektu a driftu.

Hlavní výsledky a diskuse

Všechny analyzované prvky v kohoutkové, filtrované i balené vodě se pohybovaly pod maximálními limity (MCL) US EPA 2018. Balená voda vykazovala nejnižší koncentrace, filtrovaná voda nepřinesla významné snížení některých kovů (např. Al vzrostl z 17,2 na 29,8 µg/L). Arsen byl detekován do 0,274 µg/L, kadmium do 0,012 µg/L, olovo do 0,458 µg/L. Minerální prvky (Ca, Mg, Na, K) se pohybovaly v mg/L, což odpovídá očekávaným nutričním hodnotám. LOD se pohybovaly v sub-ppt až nízkých ppb u klíčových toxických prvků, linearita kalibračních křivek r > 0,9993. Přesnost metody (%RSD) u většiny prvků < 3 %, recovery 90–118 %. Stabilita měření během 5 h nepřekročila odchylku 15 % pro vnitřní standardy a 80–120 % pro kontrolní roztok (EPA 200.8 definuje rozsah 70–130 %).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda poskytuje vysokou průchodnost analytických dat, nízké limity detekce, minimální spektrální a matrix interferenci díky heliumové kolizní buňce a online interním standardům. Je vhodná pro rutinní kontrolu kvality pitné vody v laboratořích, informační podporu vodohospodářských zařízení a ověřování souladu s regulacemi.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se dalším rozvoj přenosných ICP-MS přístrojů s automatizovaným odběrem vzorků pro terénní monitoring, integrace s technikami speciační analýzy (např. HPLC-ICP-MS) a nasazení v reálném čase pro kontinuální sledování kvality vody. Rozšíření metod pro identifikaci organometalických forem těžkých kovů a propojení výsledků s datovou analýzou a AI pro prediktivní modelování kontaminace.

Závěr

Vyvinutá ICP-MS metoda s heliumovou kolizní buňkou na přístroji Shimadzu ICPMS-2030 prokázala vysokou citlivost, přesnost a stabilitu při stanovení až 24 minerálních a stopových prvků v pitné vodě. Naměřené hodnoty byly výrazně pod regulačními limity US EPA, což potvrzuje vhodnost metody pro rutinní testování kvality vody.

Reference

1. Fernández-Turiel J. L., Llorens J. F., López-Vera F., Gómez-Artola C., Morell I., Gimeno D., Strategy for water analysis using ICP-MS, Fresenius J Anal Chem, 368 (2000) 601–606.
2. US Environmental Protection Agency, National Primary Drinking Water Regulations, 2018.
3. US EPA, Method 200.8: Determination of Trace Elements in Waters and Wastes by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry, Rev. 5.4, 1994.