크롬(Cr)은 다양한 산화 상태로 존재하며, Cr(III)은 필수 미량 영양소로 작용하고 Cr(VI)은 심각한 독성학적 위험을 초래합니다.1,2 현행 규정에서는 이러한 종을 명확하게 구분해야 하므로, 총 Cr 측정만으로는 효과적인 유해성 평가를 수행하기에 부족합니다. Cr(III)과 Cr(VI) 측정에는 다양한 분석법이 있지만, IC-ICP-MS는 감도와 재현성이 뛰어나 선호되는 분석 기법으로 떠오르고 있습니다.

본 연구에서는 킬레이트화, 음이온 교환 크로마토그래피, 질량 검출법을 사용하여 ISO 24384에 따른 종 분석 과정을 설명합니다.3 ISO 분석법은 폐수, 지표수, 지하수 또는 먹는 물에 용해된 Cr(III) 및 Cr(VI)을 Cr 질량 기준으로 0.20-500μg/L 농도까지 정량할 수 있습니다. 작업 범위보다 높은 농도의 Cr을 함유한 시료는 적절한 농도로 희석한 후 분석할 수 있습니다.

실험

시료 및 표준물질 준비

시료(수돗물)와 표준물질(0.5-20µg/L)은 ISO 24384에 따라 준비했습니다.3 먼저, 시료와 표준물질은 Cr(III) 킬레이트화를 위해 0.025mol/L EDTA 용액으로 준비했습니다. 2mL EDTA를 20mL 플라스크로 옮기고, 시료 또는 상응하는 양의 표준 원액(1,000µg/L)과 초순수(UPW)를 표시선까지 채웠습니다. 용액의 pH는 질산 또는 수산화나트륨을 사용하여 6.9±0.1로 조정했습니다. 그 후, 시료를 나사 캡이 있는 폴리프로필렌 튜브에 옮기고 항온조(LAUDA, ECO, RE 420)에서 70±3°C로 60분간 가열했습니다.

기기

Agilent 7850 ICP-MS에 연결된 Metrohm 940 Professional IC Vario를 사용하여 Cr(III) 및 Cr(VI) 분석을 수행했습니다(그림 1). Metrohm 889 IC Sample Center(저온 자동 시료 주입기)를 통해 시료 및 표준물질의 자동 공급이 보장되었습니다. 이 기기 구성은 비소, 셀레늄 및 수은과 같은 다른 미량 원소의 분석에도 적합합니다.

이온 크로마토그래피, 자동 시료 주입기, ICP-MS, 카운터의 컴퓨터 모니터 등 첨단 분석 장비를 갖춘 현대적인 실험실 환경입니다.

그림 1. Metrohm 940 Professional IC Flex와 889 IC Sample Center - Agilent 7850 ICP-MS에 냉각 결합. 이 모든 장비는 ICP-MS MassHunter용 Metrohm IC 드라이버로 업그레이드된 Agilent ICP-MS MassHunter의 완벽한 제어를 통해 Cr(III) 및 Cr(VI) 분석을 위해 완벽하게 통합된 IC-ICP-MS 시스템을 제공합니다.

IC 시스템은 ICP-MS MassHunter용 Metrohm IC 드라이버4 버전 1.0(그림 2)으로 업그레이드된 Agilent ICP-MS MassHunter 소프트웨어에서 직접 제어되었으며 시료 분석, 데이터 처리 및 보고 기능을 완벽하게 통합했습니다. ICP-MS MassHunter 소프트웨어 대시보드의 스크린샷은 IC 관련 분석법 파라미터 및 상태 정보의 개요를 제공합니다. 데이터 분석에는 옵션인 Agilent ICP-MS Plasma Chromatographic 소프트웨어도 사용되었습니다.

기기 상태를 보여주는 IC-ICP-MS MassHunter 소프트웨어의 대시보드 인터페이스입니다. 메인프레임, 기계 부품 및 시료 주입에 대한 그래픽이 포함되어 있습니다. 유지보수 피드백 및 온도 정보를 보여주는 플라즈마, 이온 렌즈 및 검출기 아이콘이 포함되어 있습니다. 파란색과 흰색의 색 구성표입니다.

그림 2. Agilent ICP-MS MassHunter 소프트웨어(버전 5.3 이상)에서 ICP-MS MassHunter용 Metrohm IC 드라이버와 Metrohm IC의 통합 및 제어.

크로마토그래피 및 ICP-MS 조건

크로마토그래피 분리는 등용매 조건에서 Metrosep Carb 2 - 100/4.0 컬럼과 질산암모늄 기반 용리액(표 2)을 사용하여 수행했습니다.5 7850 ICP-MS는 헬륨을 충돌 가스로 사용하여 시간 분해 분석(TRA) 모드로 작동시켰습니다. 52Cr 및 53Cr 동위원소는 표 1과 2에 제시된 기기 작동 파라미터를 사용하여 모니터링했습니다.

표 1. 크로마토그래피 파라미터.

컬럼, 용리액, 유량, 컬럼 온도 및 주입량의 이온 크로마토그래피 세부 정보를 보여주는 표.

표 2. ICP-MS 시스템 파라미터.

RF 전력, 네뷸라이저 유량, 헬륨 가스 유량 및 적분 시간에 대한 ICP-MS 설정을 보여주는 표.

결과 및 토의

분리 및 검출

Cr(III)과 Cr(VI)은 등용매 조건에서 4분 이내에 분리되었습니다. 두 종의 각 검량선은 우수한 직선성을 나타냈습니다(R > 0.998). 그림 3에서 볼 수 있듯이, 크로마토그램은 두 분석물 모두에서 높은 감도를 보였습니다.

서로 다른 농도에서 Cr(III)과 Cr(VI)에 대해 2.0분과 3.2분에서 피크를 나타내는 강도(cps) 대 머무름 시간(분)을 보여주는 그래프입니다. 색상 선은 0.5-20µg/L의 농도를 나타내며, 각 농도에서 뚜렷한 피크를 보여줍니다.

그림 3. IC-ICP-MS에 의한 Cr(III) 및 Cr(VI)의 종 분석. Metrosep Carb 2 컬럼은 암모늄 질산염 용리액(150mmol/L 질산, Sigma-Aldrich, puriss. p.a., ≥65%)과 234mmol/L 암모니아 용액(ACS 시약, 28–30%, Sigma-Aldrich, pH 9±0.1)의 유량이 1.0mL/min인 등용매 조건에서 사용되었습니다. 시료와 표준물질은 250µL(풀 루프) 용량으로 주입했습니다.

회수율 및 정밀도

본 분석법의 정확도를 평가하기 위해, 5µg/L의 혼합 표준물질을 수돗물에 첨가했습니다. Cr(III)과 Cr(VI)에 대해 각각 99.7%와 114.0%의 스파이크 회수율을 달성하여, 먹는 물 내 독성 Cr(VI)의 신속한 분석에서 본 분석법의 견고성과 효율성을 확인했습니다.

신뢰성 있고 효율적인 크롬 종 분석법

본 연구는 Agilent ICP-MS MassHunter용 Metrohm IC 드라이버와 함께 Agilent 7850 ICP-MS에 통합된 Metrohm IC를 사용하여 크롬 종을 분석하는 신뢰성 있고 효율적인 방법을 보여줍니다. 통합 소프트웨어 솔루션은 작업을 간소화하고, 데이터 무결성을 보장하며, 분석 안전성을 향상시킵니다. 이 접근 방식은 국제 표준을 충족하므로 규정 준수와 환경 모니터링에 이상적입니다.

DE-007669