Testes de água potável por cromatografia iônica usando água ultrapura

Merina Corpinot Ph.D.¹, Estelle Riche Ph.D.², Beatrice Frocrain¹, Cecilia Devaux¹, Stephane Mabic Ph.D.²

¹R&D, Lab Water Solutions, Merck, Guyancourt, France, ²Marketing, Lab Water Solutions, Merck, Guyancourt, France

A água potável é a bebida mais essencial para a nossa saúde, portanto sua qualidade é rigorosamente regulamentada.^1,2 A presença de íons inorgânicos na água pode ser prejudicial à saúde (p. ex., nitratos e nitritos), enquanto outros íons podem influenciar as propriedades organolépticas da água. Por exemplo, os íons cloreto e sulfato podem fazer com que tenha um sabor perceptível e desagradável.

É comum o tratamento da água com compostos químicos para controlar os níveis bacterianos e remover patógenos. Esses compostos químicos podem gerar subprodutos de desinfecção (do inglês, DBPs) perigosos quando reagem com moléculas orgânicas naturalmente presentes na água.³ Por esses motivos, as concentrações de íons e DBPs na água potável são altamente monitoradas e controladas, além disso, as técnicas para detectá-los e quantificá-los com precisão estão em constante evolução.

Cromatografia iônica para análise de água potável

A cromatografia iônica (CI) é uma técnica analítica comum para testar amostras de água quanto à presença de contaminantes. A água purificada é usada em diversas etapas do fluxo de trabalho da CI. Por exemplo, para preparar amostras, padrões e brancos, bem como para eluentes à base de água. Portanto, a água é um reagente importante e deve ser da mais alta qualidade para gerar resultados de CI precisos e confiáveis.

Neste artigo, avaliamos a adequação da água ultrapura produzida por um sistema de purificação de água Milli-Q^® IQ 7000 para análises por CI de íons inorgânicos e DBPs em água potável.

Análise por CI de íons em amostras de água ultrapura e água potável

Analisamos água da torneira e água ultrapura recém-dispensada por um sistema Milli-Q^® IQ 7000. Esse sistema de purificação fornece água com resistividade de 18,2 MOhm.cm a 25 °C e carbono orgânico total (TOC) < 5 ppb. O sistema foi alimentado com água pura de um sistema baseado em eletrodesionização (EDI) Elix^® e equipado com um filtro final de 0,22 µm Millipak^®.

As concentrações de íons inorgânicos avaliadas na água ultrapura foram indetectáveis ou estavam abaixo do limite de detecção (LOD). Por exemplo, os níveis de nitrato (NO₃^-) na água ultrapura foram 140.000 vezes inferiores aos limites mais baixos definidos pela OMS e pelos órgãos regulatórios europeus. Isso foi observado mesmo quando a água da torneira que alimentava a cadeia de purificação de água continha grandes quantidades desses íons (Tabela 1). 

Tabela 1. Concentração de ânions e cátions em água da torneira (Guyancourt, França) e água ultrapura determinada pela análise por CI e comparada aos limites determinados por órgãos regulatórios.

*A água da torneira foi diluída 1000 vezes com água ultrapura antes da análise. A água ultrapura foi dispensada por um sistema Milli-Q^® IQ 7000. EPA, Agência de Proteção Ambiental dos EUA; FDA, Agência de Vigilância Sanitária dos EUA; LD, Limite de Detecção do método; LQ, Limite de Quantificação; MCL, Nível Máximo de Contaminante; n/a, sem dados disponíveis; n.d., não detectado; SOQ, Padrões de Qualidade; OMS, Organização Mundial da Saúde; -, Não é uma preocupação à saúde encontrada na água potável.

Íons	Água de torneira diluída*	Água ultrapura	LOD / LOQ	Diretrizes da OMS2	SOQ4 da FDA/MCL5 da EPA	Diretiva da UE1
F- (µg/l)	0,15	< LOD	0,02/0,06	1 500	Variável/4.000	1 500
Cl- (µg/l)	22,67	n.d.	0,17/0,51	‒	250 000	250 000
NO2- (µg/l)	< LOD	n.d.	0,16/0,49	3.000	1000	500.000
NO3- (µg/l)	34,55	n.d.	0,36/1,08	50.000	10.000	50.000
SO42- (µg/l)	52,48	n.d.	0,84/2,55	‒	250 000	250.000
Na+ (µg/l)	16,56	< LOD	0,17/0,53	‒	n/a	200.000
K+ (µg/L)	2,52	< LOD	0,16/0,49	‒	n/a	n/a
Mg2+ (µg/l)	5,01	< LOD	0,06/0,18	‒	n/a	n/a
Ca2+ (µg/l)	106,06	< LOD	0,07/0,22	‒	n/a	n/a

A Figura 1 e a Figura 2 mostram os cromatogramas iônicos da água ultrapura em comparação com os de misturas aniônicas e catiônicas padrão, respectivamente.

Figura 1. Cromatogramas iônicos da água ultrapura proveniente de um sistema de purificação de água Milli-Q^® IQ 7000 e de uma mistura de padrões aniônicos. Pico 9: carbonato.

Figura 2. Cromatogramas iônicos da água ultrapura proveniente de um sistema Milli-Q^® IQ 7000 e de uma mistura de padrões catiônicos.

Esses resultados demonstram que a água ultrapura recém-dispensada por um sistema Milli-Q^® IQ 7000 é excelente para o uso em análise por CI. Essa água pode ser usada com segurança para brancos e para preparar amostras, padrões e eluentes. A água ultrapura do sistema também é adequada para análise de água potável, pois contém níveis extremamente baixos de íons inorgânicos.

Método experimental

Para ânions inorgânicos:

• Instrumento: Sistema Thermo Scientific Dionex™ ICS-3000
• Colunas: Concentradora de ânions: IonPac™ UTAC-ULP1 5 × 23 mm; Coluna de guarda: IonPac™ AG19 2 × 50 mm; Coluna analítica: IonPac™ AS19 2 × 250 mm
• Eluente: Gradiente de KOH: 1 a 35 mM de KOH de 0 a 20 min; 35 mM de 20 a 25 min; 35 a 1 mM de 25 a 25,1 min; 1 mM de 25,1 a 30 min
• Fonte de eluente: EG40 com cartucho de KOH e água ultrapura de um sistema de alimentação direta de CI ICW-3000™; Taxa de vazão: 0,25 ml/min
• Detecção: Condutividade suprimida; Supressor de eluente: ASRS^® Ultra II 2 mm
• Amostras e padrões: o volume da amostra foi de 40 ml (pré-concentrada: a amostra de 40 ml é concentrada em um cartucho e a amostra concentrada, por sua vez, é injetada em uma coluna após a dessorção). Foram usados padrões TraceCERT^®.

Para cátions inorgânicos, o mesmo método foi usado, mas com um gradiente de MSA e uma coluna analítica CS12A.

Análise por CI de subprodutos de desinfecção em amostras de água ultrapura e água potável

Para manter a água potável segura, deve-se adicionar uma quantidade precisa de desinfetante para matar os patógenos e, ao mesmo tempo, minimizar a produção de subprodutos de desinfecção (DBPs) para níveis que estejam abaixo dos limites aceitáveis.

A EPA⁵ (Agência de Proteção Ambiental americana) e a OMS² definiram o nível máximo de bromato permitido na água da torneira como 10 μg/l. A FDA (Agência de Vigilância Sanitária dos EUA) adota este mesmo limite regulatório para a água engarrafada.⁴ Na Europa, a água mineral natural e a água de fontes tratadas por ozonização têm um limite máximo permitido de bromato de 3 μg/l⁶; este valor é de 10 µg/l para a água potável.¹ Os níveis de bromato, clorato e clorito na água potável são comumente avaliados por CI seguindo o método da EPA 300.1.⁷

Analisamos água da torneira e água ultrapura recém-dispensada por um sistema Milli-Q^® IQ 7000 equipado com um filtro final Millipak^®. Os níveis de bromato, clorato e clorito na água ultrapura estavam abaixo dos limites definidos pelos órgãos regulatórios (Tabela 2). Mesmo que alguns DBPs estivessem presentes na água da torneira de alimentação, não foram detectados DBPs na água ultrapura dispensada pelo sistema.

A combinação de tecnologias na cadeia de purificação de água (consistindo em um sistema baseado em EDI Elix^® que alimenta um sistema Milli-Q^® IQ 7000) remove eficientemente os DBPs a níveis de vestígios para produzir água ultrapura adequada para análise de água potável por CI.

Tabela 2. Quantificação de DBPs em água da torneira (Guyancourt, França) e água ultrapura determinada por análise por CI e comparada com os limites para água potável determinados por órgãos regulatórios. As amostras foram testadas por um laboratório independente certificado. A água ultrapura foi dispensada por um sistema de purificação de água Milli-Q^® IQ 7000. EPA, Agência de Proteção Ambiental dos EUA; FDA, Agência de Vigilância Sanitária dos EUA; LQ, Limite de Quantificação; MCL, Nível Máximo de Contaminante; n/a, sem dados disponíveis; SOQ, Padrões de Qualidade; OMS, Organização Mundial da Saúde.

DBP	Água da torneira	Água ultrapura	LOQ	Diretrizes da OMS3	SOQ4 da FDA/MCL5 da EPA	Diretiva da UE1
Bromato (µg/l)	1	< LOQ	1	10	10	10
Clorato (µg/l)	35	< LOQ	10	700	n/a	250
Clorito (µg/l)	< LOQ	< LOQ	10	700	1000	250

Método experimental

As análises foram realizadas por um laboratório independente certificado (COFRAC).

• Cloreto e clorato: conforme a norma NF EN ISO 10304-4
• Bromato: conforme a norma NF EN ISO 15061
• Eluente: carbonato/bicarbonato
• Coluna: Metrohm Metrosep A supp 7 – 250/4.0, 45 °C, detecção de condutividade suprimida

Adequação da água ultrapura produzida por um sistema de purificação de água Milli-Q^® para análise de água potável por CI

Este estudo demonstra que a água ultrapura recém-produzida por um sistema de purificação de água Milli-Q^® IQ 7000 é adequada para as tarefas realizadas como parte de uma análise de água potável por CI. Especificamente, é adequada para o preparo de eluentes, amostras e padrões e para o uso como branco. Mesmo que a água da torneira que alimenta o sistema contenha os íons a serem medidos, esses contaminantes são removidos pela combinação de tecnologias presentes na cadeia de purificação de água. 

Um sistema de água ultrapura Milli-Q^® IQ 7000 pode ser alimentado por um sistema de água pura Milli-Q^® IX, que inclui a tecnologia de EDI Elix^®. Alternativamente, um sistema de água pura e ultrapura Milli-Q^® IQ 7003/05/10/15 dispensa água ultrapura adequada para análise por CI usando água da torneira como sua fonte de alimentação.

Referências

1. Communities Official Journal of the European. Directive (EU) 2020/2184 of the European Parliament and of the Council of 16 December 2020 on the quality of water intended for human consumption. 2020 . Available from: https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2020/2184/oj

2. Guidelines for drinking-water quality: fourth edition incorporating first addendum. [Internet]. World Health Organization. . Available from: https://www.who.int/publications/i/item/9789241549950

3. Gilchrist ES, Healy DA, Morris VN, Glennon JD. 2016. A review of oxyhalide disinfection by-products determination in water by ion chromatography and ion chromatography-mass spectrometry. Analytica Chimica Acta. 94212-22. https://doi.org/10.1016/j.aca.2016.09.006

4. CFR - Code of Federal Regulations Title 21. Available from: https://www.accessdata.fda.gov/scripts/cdrh/cfdocs/cfcfr/CFRSearch.cfm?fr=165.110&SearchTerm=bottled%20water

5. National Primary Drinking Water Regulations | US EPA.. Available from: http://www.epa.gov/ground-water-and-drinking-water/national-primary-drinking-water-regulations

6. COMMISSION DIRECTIVE 2003/40/EC of 16 May 2003 establishing the list, concentration limits and labelling requirements for the constituents of natural mineral waters and the conditions for using ozone-enriched air for the treatment of natural mineral water.. Available from: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32003L0040&from=FR

7. Pfaff JD, Hautman DP, Munch DJ. 1999, 1-40. Method 300.1: Determination of inorganic anions in drinking water by ion chromatography. . [Internet]. Cincinnati, OH: Stand Methods. Available from: https://www.epa.gov/esam/epa-method-3001-revision-10-determination-inorganic-anions-drinking-water-ion-chromatography