HPLC-ICP-MS在飲用水微量重金屬檢測中的應用及質(zhì)量控制

Application of HPLC-ICP-MS in the Detection of Trace Heavy Metals in Drinking Water and Its Quality Control

YU Zhenhua，HAOWen，ANQian （Qingdao Center for Disease Control and Prevention （Qingdao Academy of Preventive Medicine） Physical and Chemical Laboratory， Qingdao 266003， China）

Abstract： This article focuses on the detection and analysis oftrace heavy metals in drinking water，and explores the application of high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma-massspectrometry （HPLCICP-MS）in the detection of trace heavy metals in drinking water.At the same time，explain the quality control measures throughout the entire analysis processto ensure the authenticityand reliabilityof the testresults，meet the needs of environmental monitoring and water quality safety assessment，and provide technical support for ensuring drinking water safety.

Keywords： drinking water; trace heavy metals; high performance liquid chromatography; inductively coupled plasma-mass spectrometry

飲用水安全是關(guān)乎人們身體健康與生活質(zhì)量的重大問題。近年來，隨著工業(yè)化進程的加速與環(huán)境污染的加劇，飲用水中微量重金屬污染問題日益突顯。鉛、汞、鎘、鉻等重金屬元素，即使在極低濃度下長期攝入人體，也可能引發(fā)各種慢性疾病。因此，建立靈敏、準確的飲用水中微量重金屬檢測方法對于環(huán)境監(jiān)測、水質(zhì)安全評價以及保障公眾健康具有至關(guān)重要的意義。高效液相色譜法（HighPerformanceLiquidChromatography，HPLC）具有分離效率高、選擇性好等優(yōu)點，而電感耦合等離子體質(zhì)譜（InductivelyCoupled Plasma-MassSpectrometry，ICP-MS）則具備極高的靈敏度與較寬的動態(tài)范圍，二者聯(lián)用可以實現(xiàn)對飲用水中微量重金屬的高效分析。因此，本文旨在闡述該聯(lián)用技術(shù)在飲用水微量重金屬檢測中的應用，同時建立完善的質(zhì)量控制體系，以確保檢測結(jié)果的準確性與可靠性。

1飲用水微量重金屬污染的來源與危害

飲用水微量重金屬污染主要源于自然地質(zhì)過程與人類活動。地質(zhì)風化釋放的重金屬隨水流遷移至水體，而工業(yè)廢水排放、礦山開采、農(nóng)業(yè)農(nóng)藥化肥濫用及生活污水未經(jīng)處理直接排放等人為因素，加劇了水污染。這些重金屬在飲用水中逐漸累積，即便濃度較低，長期攝入也會對人體健康構(gòu)成威脅[1汞、鉛、鎘等重金屬會在人體內(nèi)累積，損害神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和腎臟等器官，影響兒童智力發(fā)育，增加患癌癥、心血管疾病的風險。

2HPLC-ICP-MS檢測飲用水中微量重金屬的 優(yōu)勢

ICP-MS具有極低的檢測限，能在極低濃度下檢測金屬元素，檢出限通常達到 ng?L^-1 級別甚至更低。這種高靈敏度的特性，使得HPLC-ICP-MS適用于環(huán)境監(jiān)測中的微量重金屬檢測，能夠在復雜的基質(zhì)中準確識別和定量目標金屬[2]。此外，HPLC的高效分離能力可以有效去除樣品中的干擾物質(zhì)，減少基質(zhì)效應，對于提高ICP-MS的檢測精度至關(guān)重要。通過HPLC的預分離，ICP-MS接收到的是相對純凈的樣品組分，從而減少了背景噪音和信號干擾，可提高檢測的準確性和可靠性。

3HPLC-ICP-MS技術(shù)在飲用水中微量重金屬分析中的應用

3.1重金屬形態(tài)分析

3.1.1 砷形態(tài)鑒別

飲用水中砷的毒性與其化學形態(tài)相關(guān)，無機砷（如三價砷、五價砷）的毒性高于有機砷（如一甲基砷、二甲基砷）。HPLC-ICP-MS技術(shù)通過優(yōu)化色譜分離條件與質(zhì)譜檢測參數(shù)，可實現(xiàn)不同砷形態(tài)的高效鑒別。在色譜分離中，采用陰離子交換柱，以磷酸鹽緩沖液（ pH=6.0 ）為流動相，通過梯度洗脫程序可將三價砷、五價砷與有機砷分離[3。由于三價砷在酸性條件下易氧化為五價砷，樣品需在預處理階段加入還原劑（如L-半胱氨酸）并控制保存溫度（ 4^qC 以下），以維持形態(tài)穩(wěn)定性。質(zhì)譜檢測時，選用特定氣體反應模式，將砷轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定離子信號，消除質(zhì)譜干擾。

3.1.2 汞形態(tài)檢測

一般來說，甲基汞的毒性遠高于無機汞。HPLC-ICP-MS技術(shù)可通過反相色譜柱與含硫醇基團的流動相實現(xiàn)汞形態(tài)分離。甲基汞與乙基汞因疏水性差異，在色譜柱上呈現(xiàn)不同保留時間，結(jié)合質(zhì)譜的高靈敏度，可精準檢測痕量有機汞。檢測時采用冷蒸汽發(fā)生技術(shù)，將汞形態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)原子，提升信號穩(wěn)定性。由于汞易吸附在容器表面，采樣時應使用硝酸預處理的惰性材質(zhì)容器，并避免光照以防止汞降解。實際分析中，水樣中的腐殖酸可能絡(luò)合汞離子，需通過固相萃取選擇性富集目標形態(tài)，并采用同位素稀釋法校正基質(zhì)效應。

3.1.3 鉻氧化態(tài)分析

鉻的毒性與其氧化態(tài)相關(guān)，六價鉻的致癌性比三價鉻高數(shù)百倍。HPLC-ICP-MS可通過離子交換色譜與硝酸銨緩沖液（ pH=7.0 ）分離三價鉻與六價鉻。三價鉻在弱堿性條件下易形成羥基絡(luò)合物，需在流動相中加入絡(luò)合劑以穩(wěn)定其離子形態(tài)。質(zhì)譜檢測時，消除多原子離子干擾，并通過標準加入法校正水體中常見離子對色譜柱載量的影響[4。由于六價鉻在還原性環(huán)境中易被還原，樣品需現(xiàn)場酸化至 pHlt;2 并避光保存。對于含有機物的復雜水樣，可預先通過吸附柱去除腐殖酸，避免其與三價鉻絡(luò)合導致的分離效率下降。

3.2 多元素同步檢測

HPLC-ICP-MS聯(lián)用技術(shù)通過時間分辨數(shù)據(jù)采集與多元素質(zhì)譜掃描模式，可一次性分析飲用水中多種重金屬元素（如鉛、鎘、銅、鋅）。色譜分離階段優(yōu)化梯度洗脫程序，使不同元素的保留時間差異顯著。例如，采用混合模式色譜柱，以檸檬酸－硝酸體系為流動相，使不同價態(tài)金屬離子分階段洗脫。質(zhì)譜檢測時，開啟多通道跳峰模式，針對各元素的質(zhì)量數(shù)設(shè)置駐留時間，確保信號采集效率。為減少多元素間的質(zhì)譜干擾，結(jié)合碰撞反應池技術(shù)與干擾方程進行校正。實際應用中，需要定期驗證儀器質(zhì)量軸校準與靈敏度，避免長期運行導致的信號漂移。對于高鹽度水樣，可采用在線稀釋或微流量霧化器降低基質(zhì)沉積風險。

3.3 有機-無機復合物分析

飲用水中重金屬常與天然有機物（如腐殖酸）形成穩(wěn)定絡(luò)合物，影響其遷移性與毒性。HPLC-ICP-MS通過分子排阻色譜或反相色譜分離復合物，結(jié)合質(zhì)譜元素特異性檢測，可解析重金屬的絡(luò)合形態(tài)。例如，采用特定孔徑的分子排阻柱，按分子量大小分離腐殖酸-金屬絡(luò)合物與游離金屬離子。質(zhì)譜檢測時，優(yōu)化霧化器溫度與等離子體功率，防止高溫導致絡(luò)合物解離。為驗證絡(luò)合物穩(wěn)定性，可對比離線超濾與在線色譜分離的結(jié)果差異。對于易變價的金屬，應在樣品中添加抗氧化劑并嚴格控制分離時間，避免氧化還原反應改變絡(luò)合形態(tài)。

4HPLC-ICP-MS分析飲用水中微量重金屬的質(zhì)量控制措施

4.1樣品采集與預處理階段

采樣器具的選擇上，選用無重金屬污染的材料制成的采樣瓶、采樣管等器具，如高純度的聚乙烯或聚四氟乙烯材質(zhì)，以避免采樣過程中引入外來的重金屬雜質(zhì)。在使用前，對采樣器具進行清洗和預處理，通常采用稀酸浸泡、超純水沖洗等方法，確保器具表面干凈且無殘留雜質(zhì)。

采樣點的布設(shè)要具有代表性，對于飲用水水源地，根據(jù)水域面積、水流情況、周邊環(huán)境等因素布局采樣點。例如，在河流型水源地，要在上游、中游、下游以及主要支流入口等位置采樣點；對于湖泊型水源地，要考慮不同湖區(qū)、深淺水區(qū)以及人湖河流口等位置進行采樣[5]。同時，記錄采樣信息，包括采樣時間、地點、天氣狀況、水溫等，這些信息有助于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和結(jié)果解釋。樣品采集過程中，確保采樣深度合適，避免采集到表層受污染的水樣或者底部沉積物攪動后的水樣。對于分層明顯的水體，按照不同水層分別采集樣品，以保證樣品能夠準確反映水體中重金屬的實際分布情況。采集回來的樣品及時進行處理，防止重金屬離子在存放過程中發(fā)生形態(tài)變化或沉淀。常用的預處理方法包括過濾、消解等。過濾可以去除水中的懸浮顆粒物和微生物，避免其對后續(xù)分析產(chǎn)生干擾；消解則是將水中的有機物和無機物分解，使重金屬元素轉(zhuǎn)化為適合HPLC-ICP-MS分析的形態(tài)。

4.3應急與特殊場景控制

突發(fā)的環(huán)境污染事件如工廠廢水泄漏、礦山尾礦庫潰壩等，會導致飲用水源受到污染，此時需要迅速啟動應急預案。立即停止對該水源的正常采樣工作，轉(zhuǎn)而在受污染區(qū)域及其周邊增加應急監(jiān)測點，加密采樣頻次，以便及時掌握污染物的擴散范圍和濃度變化情況。特殊場景下，如高溫、高濕或嚴寒等極端天氣條件，會對樣品的采集、運輸和保存產(chǎn)生影響。在這些情況下，要采取防護措施。例如，在高溫天氣下，為了防止樣品中的重金屬離子因溫度過高而發(fā)生形態(tài)變化或揮發(fā)損失，在采樣過程中應對樣品進行低溫保存，并盡快將其運送至實驗室進行分析；在高濕環(huán)境中，應注意防止水分對樣品產(chǎn)生影響，使用干燥劑或密封包裝來保持樣品的干燥；對于嚴寒天氣，應避免樣品凍結(jié)，采用保溫措施或在室內(nèi)進行預處理操作。

5結(jié)語

高效液相色譜－電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)能夠分離并準確檢測出飲用水中的多種微量重金屬，其檢出限低、靈敏度高、線性范圍寬，可滿足環(huán)境中微量重金屬檢測的需求。未來，應進一步探索快速應急檢測方案，特別是在突發(fā)性重金屬污染事件中，開發(fā)微型化色譜柱與便攜式質(zhì)譜聯(lián)用設(shè)備，以縮短樣品處理與檢測周期。同時，結(jié)合人工智能算法優(yōu)化數(shù)據(jù)解析流程（如自動峰識別與干擾校正），提升復雜水樣的分析通量與準確性。

4.2 儀器分析與檢測階段

檢查儀器的分辨率、靈敏度、穩(wěn)定性等指標，以及使用已知濃度的標準溶液進行校準曲線的繪制。通過校準曲線，將未知樣品中金屬元素的信號強度轉(zhuǎn)換為具體的濃度值。在實際操作中，定期對儀器進行維護和保養(yǎng)，及時更換老化或損壞的部件，如霧化器、炬管等。此外，為了消除基體效應的影響，可以采用內(nèi)標校正法或標準加入法來提高測量的準確性。內(nèi)標校正法是在樣品中加入一種與目標元素行為相似的內(nèi)部標準物質(zhì)，通過比較兩者的信號強度變化來校正非特異性干擾；而標準加入法則是通過向樣品中添加不同濃度的標準溶液，根據(jù)信號強度的變化趨勢來計算原始樣品中的元素濃度。

參考文獻

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[2]江陽，李九龍，袁悅，等.基于全自動在線頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定生活飲用水中4種氯酚[J].環(huán)境化學，2025，44（1）：131-139.

[3]侯婧，劉雙德.同位素內(nèi)標稀釋-UPLC-MS/MS法同時測定生活飲用水中5種消毒副產(chǎn)物和高氯酸鹽[J]化學試劑，2025，47（1）：67-73.

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