Bei der Trinkwasserdesinfektion mit Chlor, Chloramin oder Ozon können potenziell giftige halogenierte Nebenprodukte entstehen. Die Desinfektionsmittel können mit natürlich vorkommendem Bromid und/oder organischem Material im Quellwasser reagieren und eines der häufigsten Desinfektionsnebenprodukte (DBP) bilden: Halogenessigsäuren (HAA).
HAAs sind hochgiftige wasserlösliche Verbindungen. Die mono- bis tri-halogenierte Essigsäuren enthalten hauptsächlich Brom und/oder Chlor. Um die menschliche Gesundheit zu schützen, sind die maximal zulässigen Werte dieser Verbindungen im Trinkwasser festgelegt. Derzeit gibt die EPA einen Höchstwert von 60 μg/L für Trinkwasser (EPA 816-F-09-004) für fünf HAA ("HAA5") vor: Dichloressigsäure (0 mg/L), Trichloressigsäure (20 μg/L), Monochloressigsäure (70 μg/L), für Bromessigsäure als auch für Dibromessigsäure gibt es keine Grenzwerte.
Zur Analyse von HAA, wird in der EPA-Methode 557 die Ionenchromatographie mit Massenspektroskopie gekoppelt (IC-MS) bei Nachweisgrenzen von 0,02-0,11 μg/L. Diese Methode ermöglicht es, die HAA in den erforderlichen niedrigen Konzentrationen zu detektieren und quantifizieren. Die hohe Empfindlichkeit der Massendetektion ist dabei entscheidend. Selbst ein einzelnes MS ist empfindlich genug, um die aktuellen maximalen Kontaminationslevel (MCL) präzise zu bestimmen.
Um kontaminierte Wasserquellen zu simulieren, werden dotierte und nicht dotierte Mineralwasserproben gemessen. Die Proben werden mit den folgenden Substanzen in unterschiedlichen Konzentrationen dotiert: Bromat, Chlorit, Monochloressigsäure (MCAA), Monobromessigsäure (MBAA), Bromchloressigsäure (BCAA), Bromdichloressigsäure (BDCAA), Dibromessigsäure (DBAA), Dichloressigsäure (DCAA), Tribromessigsäure (TBAA), Chlordibromessigsäure (CDBAA) und Trichloressigsäure (TCAA). Die Wiederfindungsraten werden ermittelt, indem die Äquivalente von aufgestockten und nicht aufgestockten Proben miteinander verglichen werden. Alle Proben werden mit Ammoniumchlorid stabilisiert.
Die Messungen werden mit einem IC-Hochdruckgradientensystem, der mit einem Massenspektrometer (MS) (Waters SQ Detector 2) gekoppelt ist, durchgeführt (Abb. 1). Die Trennung der einzelnen Komponenten erfolgt mit einer Metrosep A Supp 5 - 250/2.0 Säule in Kombination mit einem Metrosep A Supp 10 Guard. Die Säule mit einem Durchmesser von 2 mm erlaubt einen niedrigen Eluentenfluss, der eine direkte Messung mit dem nachgeschalteten MS ohne zusätzlichen Flow Splitter ermöglicht. Der Hochdruckgradient der mobilen Phase (bestehend aus einem Gemisch aus Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat und Acetonitril) wurde für die Trennung der einzelnen Komponenten optimiert.
Die Steuerung des Geräts und die Auswertung der Daten werden mit EmpowerTM durchgeführt. Der Metrohm Driver 2.1 for EmpowerTM erleichtert die Analysen mit dieser effizienten Software und unterstützt die Handhabung von Kopplungstechniken als Single-Software-Lösung.
Die Trennung von neun HAAs wird in weniger als 40 Minuten erreicht. In Abbildung 2 ist die Trennung der fünf relevanten HAAs für EPA 816-F-09-004, oft als "HAA5" bezeichnet, dargestellt. Die Aufstockungstests weisen akzeptable Wiederfindungsraten in einem Bereich von 74-124 % auf. Die geschätzten Nachweisgrenzen für MCAA und MBAA liegen deutlich unter den Anforderungen der EPA-Methode 557 (0,2 bzw. 0,064 μg/L). Um eine höhere Empfindlichkeit für die anderen Verbindungen zu erreichen, ist die Verwendung eines Triple-Quadrupol-MS notwendig und kann zur vollständigen Erfüllung der EPA 557 eingesetzt werden. Die jüngsten Höchstwerte für die Kontamination von Trinkwasser (EPA 816-F-09-004) für die fünf HAA (DCAA, TCAA, MCAA, MBAC und DBAA) liegen jedoch bei insgesamt 60 μg/L. Im Vergleich zu den geschätzten NWG (Tabelle 1) liegen diese um zwei Größenordnungen niedriger, was die Eignung der vorliegenden Einzelquadrupol-ICS-MS-Methode für die Messung der Trinkwasserqualität bestätigt.
| Analyt | NWG (μg/L) |
|---|---|
| MCAA | 0.045 |
| MBAA | 0.045 |
| DCAA | 0.45 |
| BCAA | 0.60 |
| DBAA | 0.15 |
| TCAA | 1.5 |
| BDCAA | 1.5 |
| CDBAA | 1.5 |
| TBAA | 1.5 |
Die Kopplung von Ionenchromatographie und Massenspektroskopie ist eine optimale Lösung, um niedrige Nachweisgrenzen zu erzielen und die Genauigkeit der Analysen zu erhöhen. Das einzigartige Metrohm-Suppressor-Modul bietet mehr Flexibilität bei der Wahl des Eluenten, da die mobile Phase durch die Nachsäulensuppression so angepasst wird, dass es für das Ionenspray und die MS-Spezifikationen geeignet ist. Diese Methode kann für viele verschiedene Anwendungen, insbesondere im Umweltbereich, tiefere Einblicke bieten als andere Verfahren und erweitert den Anwendungsbereich erheblich..
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Interne Referenz: AW IC FR6-0120-062019