Análisis del agua potable mediante cromatografía iónica utilizando agua 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, MilliporeSigma, Guyancourt, France, ²Marketing, Lab Water Solutions, MilliporeSigma, Guyancourt, France

El agua potable es la bebida más esencial para nuestra salud, por lo que su calidad está estrictamente regulada.^1,2 Los iones inorgánicos presentes en el agua pueden ser perjudiciales para la salud, por ejemplo, los nitratos y los nitritos, mientras que otros iones pueden influir en las propiedades organolépticas del agua. Por ejemplo, los iones cloruro y sulfato pueden inducir un significativo sabor desagradable.

El agua suele tratarse con productos químicos para controlar las bacterias y eliminar los patógenos. Estos productos químicos pueden generar nocivos subproductos de la desinfección (DBP) cuando reaccionan con las moléculas orgánicas presentes de forma natural en el agua.³ Por estas razones, se realiza una supervisión y control estrictos de las concentraciones de iones y de DBP en el agua potable, y las técnicas están en constante evolución para detectarlas y cuantificarlas con precisión.

Cromatografía iónica para análisis del agua potable

La cromatografía iónica (IC) es una técnica analítica común para analizar los contaminantes de las muestras de agua. El agua purificada se utiliza en varios pasos del procedimiento de trabajo de la IC. Por ejemplo, para preparar muestras, patrones y blancos, así como para eluyentes acuosos. Por lo tanto, el agua es un reactivo clave y debe ser de la más alta calidad para obtener resultados precisos y fiables en la IC.

En este artículo, evaluamos la idoneidad del agua ultrapura producida por un sistema de purificación de agua Milli-Q^® IQ 7000 para los análisis de los iones inorgánicos y los DBP del agua potable mediante IC.

Análisis de iones en muestras de agua ultrapura y agua potable mediante IC

Analizamos el agua corriente y el agua ultrapura recién suministrada por un sistema Milli-Q^® IQ 7000. Este sistema de purificación produce agua con una resistividad de 18,2 MOhm·cm a 25 °C y una concentración de carbono orgánico total (TOC) < 5 ppb. El sistema se alimentó con agua purificada procedente de un sistema de electrodesionización (EDI) Elix^® y se equipó con un filtro final de 0,22 µm Millipak^®.

Las concentraciones de iones inorgánicos evaluadas en el agua ultrapura o bien fueron indetectables o bien estuvieron por debajo del límite de detección (LOD). Por ejemplo, la concentración de nitratos (NO₃^-) en el agua ultrapura estaba 140 000 veces por debajo de los límites más bajos definidos por la OMS y los organismos reguladores europeos. Esto se observaba aunque el agua del grifo que alimentaba la cadena de purificación de agua contuviera grandes cantidades de esos iones (Tabla 1). 

Tabla 1. Se determinó la concentración de aniones y cationes en agua corriente (Guyancourt, Francia) y agua ultrapura mediante IC y se compararon con los límites establecidos por los organismos competentes.

*Antes del análisis se diluyó el agua corriente 1000 veces con agua ultrapura. El agua ultrapura procedía de un sistema Milli-Q^® IQ 7000. EPA, Agencia de protección medioambiental de EE. UU.; FDA, Administración de alimentos y fármacos de EE. UU.; LOD, límite de detección del método; LOQ, límite de cuantificación; MCL, concentración máxima de contaminante; n/a, no hay datos disponibles; n.d., no se detecta; SOQ, Normas de calidad; OMS, Organización Mundial de la Salud; -, No es un problema de salud encontrado en el agua potable.

Iones	Agua del grifo diluida*	Agua ultrapura	LOD / LOQ	Directrices de la OMS2	FDA SOQ4/EPA MCL5	Directiva de la UE1
F- (µg/l)	0,15	< LOD	0,02 / 0,06	1 500	Variable/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	1 000	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

En la Figura 1 y la Figura 2 se comparan los cromatogramas iónicos del agua ultrapura con los de mezclas de patrones aniónicos y catiónicos, respectivamente.

Figura 1. Cromatogramas iónicos del agua ultrapura procedente de un sistema de purificación de agua Milli-Q^® IQ 7000, y de una mezcla de patrones aniónicos. Pico 9: carbonatos.

Figura 2. Cromatogramas iónicos del agua ultrapura procedente de un sistema de purificación de agua Milli-Q^® IQ 7000, y de una mezcla de patrones catiónicos.

Estos resultados demuestran que el agua ultrapura recién suministrada desde un sistema Milli-Q^® IQ 7000 es idónea para ser utilizada en análisis mediante IC. Esta agua puede utilizarse con garantía para blancos y para preparar muestras, patrones y eluyentes. El agua ultrapura del sistema también es adecuada para analizar el agua potable, ya que contiene niveles extremadamente bajos de iones inorgánicos.

Método experimental
Para aniones inorgánicos:

• Instrumento: Sistema Thermo Scientific Dionex™ ICS-3000
• Columnas: Concentrador de aniones: IonPac™ UTAC-ULP1 5 × 23 mm; precolumna: IonPac™ AG19 2 × 50 mm; columna analítica: IonPac™ AS19 2 × 250 mm
• Eluyente: gradiente de KOH: KOH 1 a 35 mM 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
• Fuente del eluyente: EG40 con cartucho de KOH y agua ultrapura desde un sistema ICW-3000™ de alimentación directa a la IC; caudal: 0,25 ml/min
• Detección: Conductividad suprimida; supresor de eluyente: ASRS^® Ultra II 2 mm
• Muestras y patrones: el volumen de la muestra era de 40 ml (preconcentrada: la muestra de 40 ml se concentra en un cartucho y la muestra concentrada se inyecta en una columna después de la desorción). Se utilizaron patrones TraceCERT^®.

Para los cationes inorgánicos se utilizó el mismo método, pero con gradiente de MSA y una columna analítica CS12A.

Análisis mediante IC de los subproductos de la desinfección en muestras de agua ultrapura y de agua potable

Para mantener la inocuidad del agua potable, hay que agregar una cantidad crítica de desinfectante para matar los patógenos, a la vez que debe minimizarse también la producción de DBP a concentraciones inferiores a los límites aceptables.

La EPA⁵ y la OMS² han establecido como concentración máxima permitida de bromatos en el agua corriente 10 μg/l. La FDA adopta este mismo límite normativo para el agua embotellada.4 En Europa, las aguas minerales naturales y las aguas de manantial tratadas por ozonización tienen un límite máximo permitido de bromatos de 3 μg/l⁶; este valor es de 10 µg/l para el agua potable.¹ Las concentraciones de bromatos, cloratos y cloritos en el agua potable se evalúan comúnmente mediante IC siguiendo el método 300.1 de la EPA.⁷

Analizamos el agua del grifo y el agua ultrapura recién producida por un sistema Milli-Q^® IQ 7000 equipado con un filtro final Millipak^®. Los niveles de bromatos, cloratos y cloritos en el agua ultrapura estaban por debajo de los límites establecidos por los organismos reguladores (Tabla 2). Aunque hubiera algunos DBP en el agua del grifo de alimentación, no se detectaron en el agua ultrapura dispensada desde el sistema.

La combinación de tecnologías en la cadena de purificación de agua (que consiste en un sistema de EDI Elix^® que alimenta un sistema Milli-Q^® IQ 7000) elimina eficazmente las trazas de DBP para producir agua ultrapura adecuada para el análisis del agua potable mediante IC.

Tabla 2. Cuantificación de DBP en el agua corriente (Guyancourt, Francia) y agua ultrapura mediante IC y se compararon con los límites establecidos por los organismos competentes. Las muestras fueron analizadas por un laboratorio acreditado independiente. El agua ultrapura procedía de un sistema de purificación de agua Milli-Q^® IQ 7000. EPA, Agencia de protección medioambiental de EE. UU.; FDA, Administración de alimentos y fármacos de EE. UU.; LOQ, límite de cuantificación; MCL, concentración máxima de contaminantes; n/a, no hay datos disponibles; SOQ, normas de calidad; OMS, Organización Mundial de la Salud.

DBP	Agua corriente	Agua ultrapura	LOQ	Directrices de la OMS3	FDA SOQ4 / EPA MCL5	Directiva de la UE1
Bromatos (µg/l)	1	< LOQ	1	10	10	10
Cloratos (µg/l)	35	< LOQ	10	700	n/a	250
Cloritos (µg/l)	< LOQ	< LOQ	10	700	1 000	250

Método experimental

Los análisis fueron realizados por un laboratorio independiente acreditado (COFRAC).

• Cloritos y cloratos: según la norma NF EN ISO 10304-4
• Bromatos: según la norma NF EN ISO 15061
• Eluyente: carbonato/bicarbonato
• Columna: Metrohm Metrosep A supl 7 – 250/4,0, 45 °C, detección de conductividad suprimida

Idoneidad del agua ultrapura producida por un sistema de purificación de agua Milli-Q^® para el análisis del agua potable mediante IC

Este estudio demuestra que el agua ultrapura recién producida por un sistema de purificación de agua Milli-Q^® IQ 7000 es adecuada para las tareas realizadas como parte del análisis del agua potable mediante IC. Específicamente para la preparación de eluyentes, muestras y patrones, y para su uso como blanco. Aún en el caso de que el agua del grifo que alimenta el sistema contenga los iones que se van a medir, estos contaminantes se eliminan mediante la combinación de tecnologías presentes en la cadena de purificación del agua. 

Un sistema de producción de agua ultrapura Milli-Q^® IQ 7000 puede ser abastecido por un sistema de agua purificada Milli-Q^® IX, que incluye la tecnología de EDI Elix®. Como alternativa, un sistema de producción de agua purificada y de agua ultrapura Milli-Q^® IQ 7003/05/10/15 dispensa agua ultrapura adecuada para el análisis mediante IC utilizando agua del grifo como fuente de alimentación.

Referencias bibliográficas

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