HPLC Nachweis von Chrom in Mineral- und Quellwasser mit HPLC/ICP-MS

Chrom ist eine in der Umwelt weit verbreitete Chemikalie, deren Gesamtkonzentration aufgrund potenzieller Gesundheitsrisiken für den Menschen genau überwacht werden muss. Die HPLC/ICP-MS bietet eine hochempfindliche und spezifische Analysemethode, mit der sich drei- und sechswertige Chromspezies in Mineral- und Quellwasser zuverlässig und schnell bestimmen lassen.

Anbieter zum Thema

KNAUER Wissenschaftliche Geräte GmbH

Gerstel GmbH & Co. KG

SPECTRO Analytical Instruments GmbH

Der häufige Einsatz von Chrom in unterschiedlichen Industrieverfahren sowie die Erosion von Chrom aus natürlichen Quellen haben zur weiten Verbreitung dieser Chemikalie in der Umwelt geführt. Die Überwachung von Chrom in Umwelt, Lebensmitteln und im Trinkwasser ist für die Bewertung des potenziellen Risikos einer Exposition unerlässlich. Die US-amerikanische Umweltschutzbehörde (EPA) und die Europäische Union (EU) haben eine maximale Gesamtchrom-Konzentration von 0,1 bzw. 0,05 mg pro Liter Trinkwasser im Rahmen ihrer entsprechenden Trinkwassergesetzgebung festgelegt. Aufgrund der beträchtlichen Unterschiede in Toxizität, Reaktionsfähigkeit und Bioverfügbarkeit ist es außerdem wichtig, zwischen den dreiwertigen (CrIII) und sechswertigen (CrVI) Oxidationsstufen von Chrom zu unterscheiden (s. Hintergrundkasten). Die Kombination von Flüssigchromatographie (HPLC) und ICP-MS bietet ein präzises Analyseverfahren zum schnellen, präzisen und empfindlichen Nachweis von CrIII und CrVI in Mineral- und Quellwasser.

Experimentelles Vorgehen

Eine vollständig inerte Thermo-Scientific-Spectra-System-HPLC-Pumpe wurde mithilfe des HPLC/ICP-MS-Anschlusskits mit dem Autosampler AS3500 und der X-Serie 2 ICP-MS (beide Thermo Scientific) verbunden. Das ICP-MS wurde unter üblichen Plasmabedingungen unter Verwendung einer einteiligen Quarzfackel mit einem 1,5 mm Injektor betrieben. Der Betrieb der Sprühkammer erfolgte bei 2 °C. Die HPLC- und ICP-MS-Software wurde zusammen mit einer externen Trigger-Karte eingesetzt, um eine automatisierte Steuerung der HPLC-Peripherie mittels bidirektionaler Kommunikation zu ermöglichen. Die zugehörigen HPLC-Parameter und die Analysebedingungen für die HPLC/ICP-MS-Applikation sind in Tabelle 1 dargestellt.

Die Reversed Phase-HPLC nutzt zur Verbesserung der Trennung eine Komplexierung von CrIII mit EDTA. Aufgrund der organischen mobilen Phase wurde mit einer Reaktions-/Kollisionszelle (CCTED) gearbeitet, um spektrale Interferenzen mit Chrom zu vermeiden. Validiert wurde das Verfahren mit dem Referenzmaterial BCR CRM-544 (lyophilisiertes ChromIII/VI). Die Nachweisgrenze bestimmte sich aus der dreifachen Standardabweichung der Blindwertkonzentrationen für beide Chromspezies (n = 5).

Probenvorbereitung

Bezugslösungen wurden täglich frisch aus kommerziell erhältlichen Stammlösungen (1000 µg/L) jeder Chromspezies durch Verdünnung mit der mobilen HPLC-Phase hergestellt. Die Stammlösungen wurden bei 4 °C an einem dunklen Ort gelagert. Die Extraktion des lyophilisierten Wassers erfolgte gemäß dem im Zertifikat des Referenzmaterials beschriebenen Verfahren. Die Probe wurde mit 20 mL HCO3-/H2CO3-Puffer bei einem pH-Wert von 6,4 wiederhergestellt. Aliquots des wiederhergestellten Referenzwassers wurden 1 : +1 mit 20 mM EDTA, 2,5 mM TBAP, Mineral- und Quellwasserproben 9 : +1 mit 20 mM EDTA und 2,5 mM TBAP verdünnt. Die Mineralwasserproben wurden vor der Verdünnung mit der EDTA-Lösung mit CrIII- und CrVI-Aufstockungen versetzt. Sowohl die Bezugslösungen als auch die Proben wurden zur Komplexierung des CrIII mit EDTA eine Stunde lang bei 70 °C in ein Wasserbad gestellt.

Ergebnisse und Diskussion

Im Anschluss an die Analyse wurden die chromatographischen Daten automatisch in der Plasmalab-ICP-MS-Software angezeigt. Ein Beispiel für die chromatographische Trennung chromhaltiger Bezugslösungen mit einer Konzentration von 1 µg/L zeigt Abbildung 2 a. Das HPLC-Verfahren mit EDTA als Komplexierungsagenz ermöglichte die Basislinientrennung von CrIII und CrVI mit Retentionszeiten von 215 bzw. 260 Sekunden.

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