Badanie wody pitnej metodą chromatografii jonowej przy użyciu wody ultraczystej

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

Woda pitna jest najważniejszym napojem dla naszego zdrowia, dlatego jej jakość jest ściśle regulowana.^1,2 Jony nieorganiczne w wodzie mogą być szkodliwe dla zdrowia (np. azotany i azotyny), podczas gdy inne jony mogą wpływać na właściwości organoleptyczne wody. Na przykład jony chlorkowe i siarczanowe mogą wywoływać zauważalny, nieprzyjemny smak.

Woda jest często uzdatniana chemikaliami w celu zwalczania bakterii i usuwania patogenów. Te chemikalia mogą generować szkodliwe produkty uboczne dezynfekcji (DBP), gdy reagują z cząsteczkami organicznymi naturalnie obecnymi w wodzie.³ Z tych powodów stężenia jonów i DBP w wodzie pitnej są ściśle monitorowane i kontrolowane, a techniki są stale rozwijane, aby dokładnie je wykrywać i określać ilościowo.

Chromatografia jonowa do analizy wody pitnej

Chromatografia jonowa (IC) jest powszechną techniką analityczną do badania próbek wody pod kątem zanieczyszczeń. Oczyszczona woda jest wykorzystywana na wielu etapach procesu IC. Na przykład do przygotowania próbek, wzorców i prób ślepych, a także do eluentów na bazie wody. Woda jest zatem kluczowym odczynnikiem i powinna być najwyższej jakości, aby uzyskać dokładne i wiarygodne wyniki IC.

W tym artykule oceniamy przydatność ultraczystej wody wytwarzanej przez system oczyszczania wody Milli-Q^® IQ 7000 do analiz IC jonów nieorganicznych i DBP w wodzie pitnej.

Analiza IC jonów w próbkach wody ultraczystej i pitnej

Analizowaliśmy wodę wodociągową i ultraczystą, która została świeżo dostarczona przez system Milli-Q^® IQ 7000. Ten system oczyszczania dostarcza wodę o rezystywności 18,2 MOhm.cm w temperaturze 25 °C i całkowitej zawartości węgla organicznego (TOC) < 5 ppb. System był zasilany czystą wodą z systemu opartego na elektrodejonizacji (EDI) Elix^® i wyposażony w filtr końcowy Millipak^® 0,22 µm.

Stężenia jonów nieorganicznych oceniane w ultraczystej wodzie były albo niewykrywalne, albo były poniżej granicy wykrywalności (LOD).Na przykład poziomy azotanów (NO₃^-) w wodzie ultraczystej były 140 000 razy niższe niż najniższe limity określone przez WHO i europejskie organy regulacyjne. Zaobserwowano to, mimo że woda wodociągowa zasilająca łańcuch oczyszczania wody zawierała duże ilości tych jonów (Tabela 1).

Tabela 1. Stężenie anionów i kationów w wodzie wodociągowej (Guyancourt, Francja) i wodzie ultraczystej określone za pomocą analizy IC i porównane z limitami określonymi przez organy regulacyjne.

*Woda wodociągowa została rozcieńczona 1000-krotnie wodą ultraczystą przed analizą. Woda ultraczysta była dostarczana z systemu Milli-Q^® IQ 7000. EPA, Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska; FDA, Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków; LOD, granica wykrywalności metody; LOQ, granica oznaczalności; MCL, najwyższy dopuszczalny poziom zanieczyszczeń; n/d, brak dostępnych danych; b.d., nie wykryto; SOQ, standardy jakości; WHO, Światowa Organizacja Zdrowia; -, nie dotyczy zdrowia w wodzie pitnej.

Jony	Rozcieńczona woda z kranu*	Woda ultraczysta	LOD / LOQ	Wytyczne WHO2	FDA SOQ4/EPA MCL5	Dyrektywa 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

Rysunek 1 i Rysunek 2 przedstawiają chromatogramy jonowe ultraczystej wody w porównaniu z chromatogramami odpowiednio anionowych i kationowych mieszanin wzorcowych.

Rysunek 1. Chromatogramy jonowe wody ultraczystej z systemu oczyszczania wody Milli-Q^® IQ 7000 i mieszaniny wzorców anionowych. Pik 9: węglan.

Rysunek 2. Chromatogramy jonowe wody ultraczystej z systemu Milli-Q^® IQ 7000 oraz mieszaniny wzorców katonowych.

Wyniki te pokazują, że świeżo dostarczona ultraczysta woda z systemu Milli-Q^® IQ 7000 jest odpowiednia do stosowania w analizie IC. Woda ta może być śmiało używana do prób ślepych oraz do przygotowywania próbek, wzorców i eluentów. Ultraczysta woda z systemu nadaje się również do analizy wody pitnej, ponieważ zawiera wyjątkowo niski poziom jonów nieorganicznych.

Metoda eksperymentalna

Dla anionów nieorganicznych:

• Instrument: System Thermo Scientific Dionex™ ICS-3000
• Kolumny: Koncentrator anionów: IonPac™ UTAC-ULP1 5 x 23 mm; Kolumna ochronna: IonPac™ AG19 2 x 50 mm; Kolumna analityczna: IonPac™ AS19 2 x 250 mm
• Eluent: Gradient KOH: 1 do 35 mM KOH od 0 do 20 min; 35 mM od 20 do 25 min; 35 do 1 mM od 25 do 25,1 min; 1 mM od 25,1 do 30 min
• Źródło eluentu: EG40 z wkładem KOH i ultraczystą wodą z systemu bezpośredniego zasilania ICW-3000™; Szybkość przepływu: 0,25 mL/min
• Detekcja: Tłumiona przewodność; Tłumik eluentu: ASRS^® Ultra II 2 mm
• Próbki i wzorce: objętość próbki wynosiła 40 mL (wstępnie stężona: 40 ml próbki jest zatężane na kartridżu, a zatężona próbka jest wstrzykiwana na kolumnę po desorpcji). Zastosowano wzorce TraceCERT^®.

W przypadku kationów nieorganicznych zastosowano tę samą metodę, ale z gradientem MSA i kolumną analityczną CS12A.

Analiza produktów ubocznych dezynfekcji w próbkach wody ultraczystej i pitnej

Aby utrzymać bezpieczną wodę pitną, należy dodać krytyczną ilość środka dezynfekującego, aby zabić patogeny, jednocześnie minimalizując produkcję DBP do poziomów poniżej dopuszczalnych limitów.

EPA⁵ i WHO² ustaliły maksymalny dopuszczalny poziom bromianów w wodzie wodociągowej na 10 μg/L. FDA przyjmuje ten sam limit regulacyjny dla wody butelkowanej.⁴ W Europie naturalne wody mineralne i wody źródlane poddane ozonowaniu mają maksymalny dopuszczalny poziom bromianów wynoszący 3 μg/L⁶; wartość ta wynosi 10 µg/L dla wody pitnej.¹ Poziomy bromianów, chloranów i chlorynów w wodzie pitnej są powszechnie oceniane za pomocą IC zgodnie z metodą EPA 300.1.⁷

Analizowaliśmy wodę z kranu i wodę ultraczystą świeżo dostarczoną z systemu Milli-Q^® IQ 7000 wyposażonego w filtr końcowy Millipak^®. Poziomy bromianów, chloranów i chlorynów w wodzie ultraczystej były poniżej limitów określonych przez organy regulacyjne (Tabela 2). Nawet jeśli niektóre DBP były obecne w zasilającej wodzie wodociągowej, DBP nie zostały wykryte w ultraczystej wodzie dozowanej z systemu.

Połączenie technologii w łańcuchu oczyszczania wody (składające się z systemu opartego na Elix^® EDI zasilającego system Milli-Q^® IQ 7000) skutecznie usuwa śladowe poziomy DBP w celu wytworzenia ultraczystej wody, która nadaje się do analizy wody pitnej za pomocą IC.

Tabela 2. Kwantyfikacja DBP w wodzie wodociągowej (Guyancourt, Francja) i wodzie ultraczystej określona za pomocą analizy IC i porównana z limitami organów regulacyjnych dla wody pitnej. Próbki zostały przebadane przez niezależne akredytowane laboratorium. Woda ultraczysta została dostarczona z systemu oczyszczania wody Milli-Q^® IQ 7000. EPA, Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska; FDA, Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków; LOQ, Limit Kwantyfikacji; MCL, Maksymalny Poziom Zanieczyszczenia; n/a, brak dostępnych danych; SOQ, Standardy Jakości; WHO, Światowa Organizacja Zdrowia.

DBP	Woda z kranu	Woda nieoczyszczona	LOQ	Wytyczne WHO3	FDA SOQ4 / EPA MCL5<	Dyrektywa UE1
Bromian (µg/L)	1	< LOQ	1	10	10	10
.Chloran (µg/L)	35	< LOQ	10	700	n/a	250
Chloryn (µg/L)	< LOQ	< LOQ	10	700	1 000	250

Metoda eksperymentalna

Analizy zostały przeprowadzone przez niezależne akredytowane laboratorium (COFRAC).

• Chloryn i chloran: zgodnie z normą NF EN ISO 10304-4
• Bromian: zgodnie z normą NF EN ISO 15061
• Eluent: węglan/wodorowęglan
• Kolumna: Metrohm Metrosep A supp 7 - 250/4.0, 45 °C, tłumiona detekcja przewodności

Przydatność ultraczystej wody wytwarzanej przez system oczyszczania wody Milli-Q^® do analizy IC wody pitnej

Niniejsze badanie wykazuje, że ultraczysta woda świeżo wyprodukowana przez system oczyszczania wody Milli-Q^® IQ 7000 jest odpowiedni do zadań wykonywanych w ramach analizy IC wody pitnej. W szczególności do przygotowywania eluentów, próbek i wzorców oraz do stosowania jako próby ślepej. Nawet jeśli woda wodociągowa zasilająca system zawiera jony, które mają być mierzone, zanieczyszczenia te są usuwane przez połączenie technologii obecnych w łańcuchu oczyszczania wody.

System wody ultraczystej Milli-Q^® IQ 7000 może być zasilany przez System wody czystej Milli-Q^® IX, który obejmuje technologię Elix^® EDI. Alternatywnie, Milli-Q^® IQ 7003/05/10/15 czysty i ultraczysty system dozuje ultraczystą wodę odpowiednią do analizy IC przy użyciu wody wodociągowej jako źródła zasilania.

Referencje

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