以離子層析儀搭配超純水進行飲用水檢測

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

飲用水是人體健康最必須的飲品，因此品質受到嚴格監管。^1,2 水中的無機離子可能對健康有害（例如硝酸鹽和亞硝酸鹽），而其他離子可能會影響水的口感。例如，氯離子和硫酸根離子可能會引起明顯的、令人不適的味道。

水經常用化學物質處理以控制細菌和去除病原體。這些化學物質與水中天然存在的有機分子發生反應時會產生有害的消毒副產物 (DBP)。³ 由於這些原因，飲用水中的離子和 DBP 濃度受到高度監測與控制，技術也在不斷發展以準確檢測和量化它們。

離子層析法進行飲用水分析

離子層析 (IC) 是一種常用的分析技術，用於檢測水樣中的污染物。純水用於 IC 工作流程中的多個步驟。例如，用於製備樣品、標準品和空白樣品，以及用於水性沖提液。因此，想要得到準確、可靠的 IC 結果，最高品質的水是必要的試劑。

在本文中，我們評估了由 Milli-Q^® IQ 7000 超純水系統生產的超純水是否適用於對飲用水中的無機離子和 DBP 進行 IC 分析。

對超純水和飲用水樣品中的離子進行 IC 分析

我們分析了自來水以及由 Milli-Q^® IQ 7000 系統新鮮生產的超純水。該純水系統提供的水在溫度補償至 25 °C 時的電阻率為 18.2 MOhm.·cm，總有機碳 (TOC) < 5 ppb。該系統搭載了 0.22 µm Millipak^® 終濾器，採用 Elix^® 電去離子 (EDI) 系統生產的純水作為進水。

經評估，超純水中的無機離子濃度皆無法檢出，或低於檢測極限 (LOD)。例如，超純水中的硝酸鹽 (NO₃^-) 水平比 WHO 和歐洲監管機構定義的最低限值低 140,000 倍。即使是供水至純化鏈的自來水中也觀察到含有大量的這些離子（表 1）。 

表 1. 用離子層析法來測定自來水（法國 Guyancourt地區）和超純水中的陰離子和陽離子濃度，並與監管機構設定的限值進行比較。

＊分析前用超純水將自來水稀釋1000倍。超純水來自 Milli-Q^® IQ 7000 系統。EPA：美國環境保護署；FDA：美國食品和藥物管理局； LOD：方法的檢測極限；LOQ：量化極限；MCL：最大污染物水平；SOQ：品質標準；WHO：世界衛生組織；‒：飲用水中未發現造成健康疑慮的物質。

離子	稀釋的自來水*	超純水	LOD / LOQ	世衛組織準則2	FDA SOQ4/EPA MCL5	歐盟指令1
F- (µg/L)	0.15	< LOD	0.02 / 0.06	1 500	變數/4 000	1 500
Cl- (µg/L)	22.67	未檢測到	0.17 / 0.51	‒	250 000	250 000
NO2- (µg/L)	< LOD	未檢測到	0.16 / 0.49	3 000	1 000	500 000
NO3- (µg/L)	34.55	未檢測到	0.36 / 1.08	50 000	10 000	50 000
SO42- (µg/L)	52.48	未檢測到	0.84 / 2.55	‒	250 000	250 000
Na+ (µg/L)	16.56	< LOD	0.17 / 0.53	‒	無	200 000
K+ (µg/L)	2.52	< LOD	0.16 / 0.49	‒	無	無
Mg2+ (µg/L)	5.01	< LOD	0.06 / 0.18	‒	無	無
Ca2+ (µg/L)	106.06	< LOD	0.07 / 0.22	‒	無	無

圖 1和圖 2 分別顯示了超純水的離子色譜以及陰離子和陽離子標準品混合液的離子色譜。

圖 1. Milli-Q^® IQ 7000 純水系統生產的超純水以及陰離子標準品混合液的離子層析圖譜。峰 9：碳酸鹽。

圖 2. Milli-Q^® IQ 7000 純水系統生產的超純水以及陰離子標準品混合液的離子層析圖譜。

這些結果表明，來自 Milli-Q^® IQ 7000 系統的新鮮超純水非常適合用於 IC 分析。這種水可以放心地用作空白液，亦可用於製備樣品、標準品和沖提液。該系統的超純水也適用於分析飲用水，因為裡面的無機離子含量極低。

實驗方法

無機陰離子分析：

• 儀器：Thermo Scientific Dionex™ ICS-3000 系統
• 層析管柱：陰離子濃縮器：IonPac™ UTAC-ULP1 5 × 23 mm；保護管柱：IonPac™ AG19 2 × 50 mm；分析管柱：IonPac™ AS19 2 × 250 mm
• 沖提液：KOH 濃度梯度：1 至 35 mM KOH，從 0 至 20 min；35 mM 從 20 至 25 min；35 至 1 mM，從 25 至 25.1 min；1 mM，從 25.1 至 30 min
• 沖提液來源：EG40，帶有 KOH 濾芯；超純水，來自 ICW-3000™ IC 供水系統； 流量：0.25 mL/min
• 檢測：抑制電導率；沖提液抑制器：ASRS^® Ultra II 2 mm
• 樣品和標準品：樣品體積為 40 mL（已預濃縮：40 mL 樣品通過濾芯濃縮，在去吸附後，將濃縮樣品注入層析管柱）。使用了 TraceCERT^®標準品。

對於無機陽離子，使用相同的方法，但使用 MSA 梯度和 CS12A 分析管柱。

對超純水和飲用水樣品中的消毒副產物進行 IC 分析

為了保持飲用水的安全性，必須添加臨界量的消毒劑以殺死病原體，同時將 DBP 的產物降至可接受的限度以下。

EPA⁵ 和 WHO² 已將自來水中允許的最高溴酸鹽含量設定為 10 μg/L。FDA 對瓶裝水採用相同的監管限值。⁴在歐洲，經臭氧處理的天然礦泉水和泉水的溴酸鹽含量的最高允許極限為 3 μg/L⁶；對於飲用水，該值為 10 µg/L。¹ 飲用水中，溴酸鹽、氯酸鹽和亞氯酸鹽的含量，通常根據 EPA 方法 300.1⁷用 IC 進行評估。

我們分析了自來水以及由搭載了 Millipak^® 終濾器的 Milli-Q^® IQ 7000 系統新鮮生產的超純水。超純水中的溴酸鹽、氯酸鹽和亞氯酸鹽含量低於監管機構設定的限值（表 2）。即使自來水進水中存在一些 DBP，但在系統產出的超純水中並沒有檢測到 DBP。

水純化鏈中的技術組合（用 Elix^®EDI 系統的產水作為 Milli-Q^® IQ 7000 系統的進水）有效地去除了微量 DBP，從而生產出適用於飲用水 IC 分析的超純水。

表 2. 用 IC 法來量化自來水（法國 Guyancourt 地區）和超純水中 DBP 的含量，並與監管機構設定的飲用水限值進行比較。樣品由獨立的認證實驗室測試。超純水來自 Milli-Q^® IQ 7000 純水系統。EPA：美國環境保護署；FDA：美國食品和藥物管理局；LOQ：量化極限；MCL：最大污染物水平；n/a：無可得數據； SOQ：品質標準；WHO：世界衛生組織。

DBP	自來水	超純水	LOQ	世衛組織準則3	FDA SOQ4 / EPA MCL5	歐盟指令1
溴酸鹽 (µg/L)	1	< LOQ	1	10	10	10
氯酸鹽 (µg/L)	35	< LOQ	10	700	無	250
氯酸鹽 (µg/L)	< LOQ	< LOQ	10	700	1 000	250

實驗方法

分析由獨立的認證 (COFRAC) 實驗室完成。

• 亞氯酸鹽和氯酸鹽：根據標準 NF EN ISO 10304-4
• 溴酸鹽：根據標準 NF EN ISO 15061
• 沖提液：碳酸鹽 / 碳酸氫鹽
• 層析管柱：Metrohm Metrosep A supp 7 – 250/4.0, 45 °C, 抑制電導檢測

Milli-Q^® 純水系統產出的超純水對於飲用水 IC 分析的適用性

研究結果證實，由 Milli-Q^® IQ 7000 純水系統 新鮮生產的超純水適用於飲用水 IC 分析。具體而言，它可用於製備沖提液、樣品和標準品，以及用作空白。即使供給系統的自來水中含有要測量的離子，這些污染物也可以憑藉水純化鏈中現有的技術組合去除。 

Milli-Q^®IQ 7000 超純水系統可以由搭載 Elix^® EDI 技術的 Milli-Q^® IX 純水系統 供水。或者，Milli-Q^® IQ 7003/05/10/15 純水和超純水系統 以自來水作為進水產出適用於 IC 分析的超純水。

參考文獻

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