Er zijn 8 praktijkmonsters van verschillende locaties door heel Nederland geanaly- seerd. Hierbij is elk monster onbewerkt, met een paraquat 0,068 µg/L en diquat 0,051 µg/L additie en een paraquat 0,68 µg/L en diquat 0,51 µg/L additie gemeten. Ook is voor elke meting van de praktijkmonsters een duplo meting van een pa- raquat 0,068 µg/L en diquat 0,051 µg/L en een paraquat 0,68 µg/L en diquat 0,51 µg/L standaard gedaan om de recovery te bepalen in de praktijkmonsters. Deze meetserie is 3 maal achter elkaar uitgevoerd om ook de herhaalbaarheid in de prak- tijkmonsters vast te stellen. Ook om mogelijke degradatie van de monsters en stan- daarden wanneer deze in de ongekoelde autosampler staan waar te nemen. In fi- guur 18 is een voorbeeld weergegeven van een chromatogram (MS signaal) met paraquat 0,68 µg/L en diquat 0,51 µg/L geaddeerd praktijkmonster.
Figuur 18: MS signaal paraquat 0,68 µg/L en diquat 0,51 µg/L geaddeerd praktijkmonster (NEDWT). Het roze signaal is diquat 183 m/z. Het zwarte signaal is paraquat 171 m/z.
Zoals te zien in figuur 18 stijgt het signaal na het schakelmoment op 4 minuten. De verhoging van de ruis is afkomstig uit de mobiele fase. Op circa 5.7 minuten is het diquat signaal en op 6 minuten is het paraquat te zien. Ondanks de overlappende signalen vindt er scheiding plaats op basis van m/z verhouding. Hierdoor kan er net als bij de standaarden een bepalingen gedaan worden aan de hand van het piekop- pervlakte (area). Voor elk monster werden vergelijkbare chromatogrammen gevon- den.
Met praktijkmonsters is ook onderzoek naar de recovery gedaan. Hiervoor zijn pa- raquat 0,068 µg/L en diquat 0,051 µg/L en paraquat 0,68 µg/L en diquat 0,51 µg/L standaarden in de meetserie opgenomen. Door de piekoppervlakte (area) met el- kaar te vergelijken is een concentratie bepaling uitgevoerd. Aan de hand van deze concentraties zijn de recovery’s bepaald. Doordat er in de standaarden ook schom- melingen in het signaal en dus hoge standaarddeviaties gemeten werd, wordt voor de bepaling van de recovery alleen de eerste serie (van de drie) metingen gebruikt. De resultaten van de standaarden in dit onderzoek zijn te zien in tabel 5.
Tabel 5: Gemiddelde area met RSD(%) voor eerste serie duplo’s standaarden.
Type standaard
Gemiddelde area:
RSD(%):
0,068 µg/L 171 m/z 439
7.3
0,68 µg/L 171 m/z
5382
1.8
0,051 µg/L 183 m/z 366
22.2
0,51 µg/L 183 m/z
5621
4.3
In tabel 5 is te zien dat de spreiding bij de paraquat 0,068 µg/L en diquat 0,051 µg/L standaarden duidelijk hoger is dan bij paraquat 0,68 µg/L en diquat 0,51 µg/L µg/L standaarden. Verwacht wordt dat dit tevens veroorzaakt wordt door degrada- tie, vervuiling van de MS en het hierdoor verslechteren van signaal/ruis verhoudin- gen. De spreiding op de paraquat 0,68 µg/L en diquat 0,51 µg/L standaarden is in de eerste meetserie acceptabel gebleven. Vanwege de hoge relatieve standaard deviaties op paraquat 0,068 µg/L en diquat 0,051 µg/L praktijkmonsters en stan-
daarden wordt er alleen een recovery bepaling gedaan met de eerste meetserie met paraquat 0,68 µg/L en diquat 0,51 µg/L standaarden en paraquat 0,68 µg/L en di- quat 0,51 µg/L geaddeerde praktijkmonsters. De resultaten van dit onderzoek zijn te zien in tabel 6.
Tabel 6: Recovery bij paraquat 0,68 µg/L en diquat 0,51 µg/L µg/L geaddeerde praktijkmon- sters.
Monster Area 171
m/z
Recovery(%) 171 m/z
Area 183 m/z
Recovery(%) 183 m/z
2014003189 10310
192
1592
28
2014002967 10643
198
1629
29
2014003716 10919
203
1645
29
2014002966 11066
206
1749
31
2014002825 10060
187
1577
28
2014003573 10297
191
1754
31
2014003719 10089
187
1586
28
2014002969 11057
205
1529
27
In tabel 6 is te zien dat de recovery voor paraquat circa 200% en voor diquat circa 30% is. Wat opvalt aan deze resultaten is dat er een amplificatie van het paraquat signaal en een onderdrukking van het diquat signaal wordt aangetroffen in opper- vlaktewater in vergelijking met ultrapuur water. In een herhaling van het experi- ment zijn overeenkomende resultaten gevonden. Uitgaande van deze resultaten is gebleken dat een recovery bepaling/concentratievergelijking met geaddeerde stan- daarden in ultrapuur water geen succesvolle methode is. Dit is verschillend in verge- lijking met andere oppervlaktewater analyses met IC die Rijkswaterstaat uitvoert. Wanneer er geaddeerde oppervlaktewatermonsters als standaard wordt toegepast zullen er resultaten van circa 100% recovery worden verwacht. Hierbij zullen alle matrix effecten ook van toepassing zijn in de standaarden. Mogelijk zou een gedeu- tereerde interne standaard ook een oplossing kunnen zijn.
Naast de recovery is ook de herhaalbaarheid onderzocht met praktijkmonsters. Dit door de relatieve standaarddeviatie van elk monster in triplo te bepalen. Vervolgens is het gemiddelde van deze relatieve standaarddeviaties uitgerekend. De resultaten van dit onderzoek zijn te zien in tabel 7.
Tabel 7: Gemiddelde RSD in triplo (herhaalbaarheid in praktijkmonsters).
Type monster: Gemiddelde RSD(%) 171 m/z: Gemiddelde RSD(%) 183 m/z: Ongeaddeerd 54.9 54.4 0,068 µg/L paraquat 0,051 µg/L diquat additie 13.4 30.5 0,68 µg/L paraquat 0,51 µg/L diquat additie 5.2 6.2
In tabel 7 is te zien dat er een zeer hoog gemiddelde RSD wordt waargenomen bij de ongeaddeerde monsters. Dit is te verklaren door de afwezigheid van duidelijke paraquat en diquat signalen. Bij de 0,068 µg/L paraquat 0,051 µg/L diquat gead- deerde monsters werd voor paraquat een redelijk acceptabel en voor diquat een relatief hoge spreiding terug gevonden. De 0,68 µg/L paraquat 0,51 µg/L diquat geaddeerde monsters hebben een vrij lage relatieve standaarddeviatie. Deze zijn rond de 5% en dus acceptabel. Door de vrij lage spreiding kan uit de 0,68 µg/L pa- raquat 0,51 µg/L diquat geaddeerde monsters vrij betrouwbare bepalingen gedaan
worden. Monsters met zeer lage concentraties paraquat en diquat hebben een vrij grote onderlinge spreiding. Dit is vermoedelijk veroorzaakt door degradatie in de monstervail van paraquat en diquat. Ook is de ruis hoger in de praktijkmonsters dan bij standaarden. Mogelijk wordt dit veroorzaakt door vervuiling van de massaspec- trometer door de vele opvolgende metingen. Dit heeft een negatief effect op de minimale signaal/ruis verhoudingen welke nodig zijn voor de minimale detectie (LOD). Dit betekent dat de herhaalbaarheid steeds lager wordt naarmate de concen- tratie in het monster lager wordt en de meetserie langer wordt zonder tussendoor schoonmaken van de massaspectrometer.
4
Conclusies
Er is een methode ontwikkeld voor het analyseren van paraquat en diquat in water. Met behulp van de IonPac CS18, een 80 mM MSA isocratisch eluens en een flow van 0,3 ml/min worden alle veel voorkomende kationen vlak na het dode volume van de kolom gescheiden. Dit is duidelijk te zien met de geleidbaarheid detector. Deze zou- ten ondervinden bij deze omstandigheden vrijwel geen retentie en zijn ruim ge- scheiden van paraquat en diquat. Hierdoor wordt de matrixinterferentie van de zou- ten zoveel mogelijk gereduceerd. Na 4 minuten wordt de omschakeling naar de MS ingezet en heeft de MS voldoende tijd om te stabiliseren. Vervolgens wordt diquat1+ bij 183.15 m/z en een fragmentatie van paraquat1+ bij 171.15 m/z gedetecteerd. Dit gebeurd bij een cone voltage van 95 V, probe temperatuur van 400 °C en een needle voltage van 2.5 kV. De retentietijd voor diquat is 5.7 minuten en paraquat 6 minuten. Dit resulteert tot een zeer snelle analysetijd van 8 minuten.
Om het signaal te versterken is er onderzoek gedaan naar het solvent effect. Met handmatige vooraf gemengde mengsels is gebleken dat acetonitril het grootste ef- fect heeft tot een signaal versterking van 10 maal. Echter is gebleken dat mengen met een tweede (acetonitril) pomp het solvent effect minder efficiënt is. Bij de meest ideale omstandigheden werd het paraquat signaal met 56% verlaagd en het diquat signaal met 12% versterkt. Aan de hand van deze resultaten is besloten het geautomatiseerde solvent effect voorlopig niet meer toe te passen.
Met een kalibratielijn is gebleken dat er een liniear verband tussen het piekopper- vlakte en de concentratie in standaarden van 0,03 µg/L t/m 15 µg/L voor paraquat en 0,025 µg/L t/m 12,7 µg/L voor diquat is. De herhaalbaarheid in standaarden van 0,68 µg/L paraquat 0,51 µg/L diquat is zeer acceptabel met een RSD van 5.8% voor diquat en 2.5% voor paraquat. Met een 250 µL sampleloop is de LOD in standaar- den voor paraquat 0,019 µg/L en diquat 0,012 µg/L. Hierbij is het doel om een me- thode op te stellen voor het scheiden en analyseren van paraquat en diquat bij con- centraties van 0,1 µg/L in standaarden behaald.
Vervolgens zijn praktijkmonsters gemeten. Hierbij bleek dat de gebruikte methode voor standaarden ook toe te passen is bij praktijkmonsters. De herhaalbaarheid en kwantificatie van paraquat en diquat in 0,68 µg/L paraquat 0,51 µg/L diquat gead- deerde praktijkmonsters is hoog met een RSD van 6.2%. De herhaalbaarheid bij 0,068 µg/L paraquat 0,051 µg/L diquat geaddeerde praktijkmonsters is lager geble- ken met een RSD van 30,5%. Met 0,68 µg/L paraquat 0,51 µg/L diquat geaddeerde praktijkmonsters werden recovery's van circa 200% voor paraquat en 30% voor diquat behaald. Deze recovery’s zijn niet ideaal maar wel zeer herhaalbaar. Mogelijk is dit te verklaren door de toepassing van standaarden in ultrapuur water. Wanneer een interne standaard of een geaddeerd praktijkmonster als standaard wordt ge- bruikt wordt een recovery van circa 100% verwacht. Wel wordt amplificatie van het paraquat signaal en onderdrukking van het diquat signaal in praktijkmonsters aan- getroffen. Aan de hand van deze resultaten kan geconcludeerd worden dat de me- thode voor het meten van 0,1 µg/L paraquat of diquat in oppervlaktewater nog niet voldoende is en dus open staat voor verdere ontwikkeling.
5
Aanbevelingen
Aan de hand van de behaalde resultaten van dit onderzoek zijn voor in het vervolg de volgende aanbevelingen naar voren gekomen:
- Toepassen van een multiquadrupool massaspectrometer voor het tegelijk analyse- ren van zowel parent als dochterionen en de mogelijk wisselende verhoudingen tus- sen beiden. Mogelijk kan de spreiding verlaagd worden wanneer alleen het parent ion gemeten wordt. Dit door de massaspectrometer zo te optimaliseren dat er geen tot weinig fragmentaties in mogelijk wisselende verhoudingen ontstaan. Ook zou een nieuwe massaspectrometer mogelijk de gevoeligheid en robuustheid kunnen verbeteren omdat de huidige massaspectrometer sterk is versleten, verouderd en de optimalisatie opties beperkt zijn.
- Heronderzoeken solvent effect. Mogelijk wordt de flow uit de IC niet goed met de flow uit de tweede pomp gemengd. Ook zou de oplosbaarheid van paraquat en di- quat in de toegepaste organische oplosmiddelen moeten worden onderzocht. De oplosbaarheid is een essentieel onderdeel om het solvent effect effectief te laten werken. Ook is er nog geen inzicht over de ontstane spreiding door de aankoppeling van een tweede pomp. Bovendien is het mogelijk dat bij verschillende samenstellin- gen van flow uit de IC en solvent effect er verschillende optimale massaspectrome- terinstellingen nodig zijn. Ook dit zou nog onderzocht kunnen worden
- Toevoegen van gedeutereerde paraquat en diquat interne standaarden in prak- tijkmonsters. Dit zou mogelijk een oplossing zijn voor het corrigeren van de degra- datie van paraquat en diquat in de monstervials in de autosampler. Ook worden mogelijk wisselende matrixinterferenties op de kwantificatie van paraquat en diquat in verschillende praktijkmonsters op deze manier gecorrigeerd. Hiervoor zou ook een geaddeerd praktijkmonster als standaard gebruikt kunnen worden. Hiermee is een herhaalbare en robuuste kwantificatie eventueel mogelijk.
- Doorverdunning maken waar daadwerkelijk de aangegeven hoeveelheid paraquat of diquat in aanwezig is. Hierdoor hoeven de concentraties niet gecorrigeerd te wor- den met 50,8% voor diquat en 67,6% voor paraquat. Hierdoor zijn de resultaten onderling makkelijker te vergelijken en zijn de aanwezige concentraties duidelijker. Ook worden mogelijke concentratie en/of verdunnings fouten vermeden.
6
Literatuur
[1] World Health Organization . Paraquat and Diquat. International Programme on Chemical Safety, Environmental Health Criteria (1984), 39
http://www.inchem.org/documents/ehc/ehc/ehc39.htm
[2] J. M. Way. Some Ecological Effects of the Use of Paraquat for the Control of Weeds in Small Lakes. Journal of Applied Ecology (1971), 8: 509-532
[3] Dionex (Thermo Scientific). Sensitive On-Line SPE-HPLC Determination of Paraquat and Diquat in Drinking and Environmental Waters. Application Note (2011), 274: 1-9
[4] N. Cullum. Rapid Screening Method for the Analysis of Paraquat and Diquat by LC/MSD Using Selective Ion Monitoring and Large Volume Injection. Agilent Tech- nologies: Environmental (2002): 1-6
[5] H. E. Aribi. Fast and Sensitive Analysis of Paraquat and Diquat in Drinking Wa- ter. AB SCIEX (2010), 1281110-01: 1-4
[6] R. D. Whitehead. Method for measurement of the quaternary amine compounds paraquat and diquat in human urine using high-performance liquid chromatography- tandem mass spectrometry. Journal of Chromatography B (2010), 878: 2548-2553 [7] Paraquat
http://www.chemspider.com/Chemical-Structure.15146.html?rid=a084b595-4bc2- 4fb5-b814-bbda9b209e7b
Geraadpleegd op 7-2-2014
[9] HP Technical Assistance Hydrology Project. Major Ions in Water. Training module # WQ – 28 (1991), 28: 7-8
[10] J. Kalff. Limnology. Prentice Hall (2002), 1: Chapter 13-14
[11] S. R. Grattan. Irrigation Water Salinity and Crop Production. University of Cali- fornia: Agriculture and Natural Resources, Publication 8066 (2002), 8066: 1 [12] L. Grey. Liquid chromatography–electrospray ionization isotope dilution mass spectrometry analysis of paraquat and diquat using conventional and multilayer solid-phase extraction cartridges. Journal of Chromatography A (2002), 958: 23-33 [13] V. Y. Taguchi. Determination of diquat and paraquat in water by liquid chroma- tography-(electrospray ionization) mass spectrometry. Journal of the American So- ciety for Mass Spectrometry (1998), 9: 830-839
[14] M. Yoshida. Determination of paraquat and diquat by liquid chromatography- thermospray mass spectrometry. Journal of Chromatography A (1993), 628: 235- 239
[15] C. Hao. Optimized liquid chromatography tandem mass spectrometry approach for the determination of diquat and paraquat herbicides. Journal of Chromatography A (2013), 1304: 169-176
[16] M. Ibáñez. On-line liquid chromatographic trace enrichment and high-
performance liquid chromatographic determination of diquat, paraquat and difenzo- quat in water. Journal of Chromatography A (1996), 728: 325-331
[17] M. Ibáñez. Influence of organic matter and surfactants on solid-phase extrac- tion of diquat, paraquat and difenzoquat from waters. Journal of Chromatography A (1996), 727: 245-252
[18] O. Núñez. Sample stacking with matrix removal for the determination of paraquat, diquat and difenzoquat in water by capillary electrophoresis. Journal of Chromatography A (2001), 912: 353-361
[19] F. Yao. Determination of paraquat in water samples using a sensitive fluores- cent probe titration method. Journal of Environmental Sciences (2013), 25: 1245- 1251
[20] M. A. El Mhammedi. Square wave voltammetry for analytical determination of paraquat at carbon paste electrode modified with fluoroapatite. Food Chemistry (2008), 110: 1001-1006
[21] M. A. El Mhammedi. Electrochemical studies and square wave voltammetry of paraquat at natural phosphate modified carbon paste electrode. Journal of Hazard- ous Materials (2007), 145: 1-7
[22] M. A. El Mhammedi. Investigation of square wave voltammetric detection of diquat at carbon paste electrode impregnated with Ca10(PO4)6F2: Application in natural water samples. Materials Chemistry and Physics (2008), 109: 519-525 [23] L. L. C. Garcia. Square-wave voltammetric determination of paraquat using a glassy carbon electrode modified with multiwalled carbon nanotubes within a di- hexadecylhydrogenphosphate (DHP) film. Sensors and Actuators B: Chemical (2013), 181: 306-311
[24] E. El Harmoudi. Square wave voltammetric determination of diquat using natu- ral phosphate modified platinum electrode. Arabian Journal of Chemistry (2012). (Geen volledige publicatie)
[25] J. Weiss. Handbook of Ion Chromatography. Wiley (2004), 3: 27-28
[26] G. E. Healthcare. Ion Exchange Chromatography & Chromatofocusing: Princi- ples and Methods. General Electric Company (2010): 11-13
[27] Thermo Scientific. Eluent Generator Cartridges Product Manual. 065018-04 (2012): 10-11
[28] http://www.dionex.com/en-us/products/accessories/reagent-free-ic- accessories/rfic-eg/lp-73695.html
[30] Thermo Scientific. Continuously Regenerated Trap (CR-TC 500, Capillary) Col- umn Product manual. 079684-01 (2002): 7
[31] Dionex CS14
http://www.dionex.com/en-us/products/columns/ic-rfic/cation-packed/ionpac- cs14/lp-73225.html
Geraadpleegd op 12-2-2014
[32] Thermo Scientific. Dionex IonPac CS14 Columns Product Manual. 034848-10 (2012): 5
[33] Thermo Scientific Dionex ERS 500 Suppressor Product Manual. 031956-08 (2013): 13
[34] Structuur MSA
http://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-
aldrich/structure9/036/mfcd00007518.eps/_jcr_content/renditions/large.png [35] C. S. Ho. Eletrospray Ionisation Mass Spectrometry: Principles and Clinical Ap- plications. Clinical Biochemist Reviews (2003), 24: 3-12
[36] P. Kebarle. Electrospray: From ions in solution to ions in the gas phase, what we know now. Mass Spectrometry Reviews (2009), 28: 898-917
[37] Thermo Electron Corporation. Finnigan Surveyor MSQ Plus Hardware Manual. 60111-97033 (2004), A: 12-13
[38] Magnet Lab. Electrospray Ionisation
http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/tools/ionization_esi.html Geraadpleegd op 14-2-2014
[39] R. B. Cole. Solvent effect on analyte charge state, signal intensity, and stability in negatieve ion electrospray mass spectrometry; implications for the mechanism of negatieve ion formation. Journal of the American Society for Mass Sepctrometry (1993), 4: 546-556
[40] S. v.d. Schuur. Solvent Effect in Ionchromatografie-massaspectrometrie, De detectiegrens verlagen met simplex methode. Rijkswaterstaat (2012), Definitief: 8 [41] Thermo Electron Corporation. Finnigan Surveyor MSQ Plus Hardware Manual. 60111-97033 (2004), A: 15-20
[42] Chromeleon 6.80 Help Index: LOD
[43]H. El Aribi. Fast and Sensitive Analysis of Paraquat and Diquat in Drinking Wa- ter. AB SCIEX 1281110-01 (2010): 1-4
[44]W. M. A. Niessen. Liquid Chromatography: Mass Spectrometry. Chromatic Sci- ence Series (1991), 79: 378.
Bijlage A
Projectplan v2
Bijlage B
Instellingen IC
Sampler.AcquireExclusiveAccess Sampler_DiverterValve.Position_1 Flush Volume = 500 Wait FlushState Column_TC.AcquireExclusiveAccess Compartment_TC.AcquireExclusiveAccess Pump_MS.Pressure.LowerLimit = 0 [psi] Pump_MS.Pressure.UpperLimit = 3000 [psi] Pump_MS.MaximumFlowRamp = 0.50 [ml/min²] Pump_MS.%A.Equate = "ACN" Pump_1.Pressure.LowerLimit = 200 [psi] Pump_1.Pressure.UpperLimit = 3000 [psi] Pump_1.MaximumFlowRamp = 6.00 [ml/min²] Pump_1.%A.Equate = "H2O" CR_TC = On NeedleHeight = 4 [mm] CutSegmentVolume = 10 [µl] SyringeSpeed = 4 CycleTime = 0 [min] WaitForTemperature = False Data_Collection_Rate = 2.0 [Hz] Temperature_Compensation = 1.7 [%/°C] CellHeater.Mode = On CellHeater.TemperatureSet = 35.00 [°C] Range = 6 Smoothing = None Column_TC.Mode = On Column_TC.TemperatureSet = 30.00 [°C] Compartment_TC.Mode = On Compartment_TC.TemperatureSet = 17.00 [°C] Suppressor1.Type = CSRS_2mm CurrentSet = 71 [mA] Pump_1.Flow = 0.300 [ml/min] Pump_1.Curve = 5 Wait Column_TC.TemperatureState Wait Compartment_TC.TemperatureState ; Suppressor1.H2SO4 = 0.0 ; Suppressor1.MSA = 80.0 ; Suppressor1.Other eluent = 0.0 ; Suppressor1.Recommended Current = 71 Wait SampleReady Concentration = 80.00 [mM] Pump_MS.Flow = 0.000 [ml/min] Valve.Position = 20.000 CDet1.Autozero Wait Ready Load Wait CycleTimeState Inject Wait InjectState CD_1_Total.AcqOn ;MS Data Acquisition On Pump_Relay_1.Closed Duration=2.00 Sampler.ReleaseExclusiveAccess 4.000 Valve.Position = 1 8.000 CD_1_Total.AcqOff ;MS Data Acquisition Off Valve.Position = 2
Compartment_TC.ReleaseExclusiveAccess Column_TC.ReleaseExclusiveAccess End