生活饮用水中镉检测技术与质量控制措施

摘 要：生活饮用水中镉的污染问题日益严重，对公共健康构成了威胁。基于此，本文简要介绍生活饮用水中镉的常规检测技术（原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法）与新兴技术（分子印迹聚合物法和纳米传感器技术），并提出采取标准化控制措施，以及加强实验室能力验证与评估、加强水样管理等措施，以期为提高检测结果的准确性与检测效率提供有价值的参考。

关键词：镉；生活饮用水；检测技术；质量控制

Abstract： Cadmium pollution in drinking water is becoming more and more serious， which poses a threat to public health. Based on this， this paper briefly introduces the conventional detection technologies （atomic absorption spectrometry and inductively coupled plasma mass spectrometry） and emerging technologies （molecularly imprinted polymer method and nanosensor technology） for cadmium in drinking water， and proposes to adopt standardized control measures， strengthen laboratory capacity verification and evaluation， strengthen water sample management and other measures， in order to improve the accuracy of detection results and detection efficiency to provide a valuable reference.

镉是一种高毒性重金属，广泛存在于工业废水、农业污染和其他环境污染中[1]。镉在水中的存在形式包括溶解态、离子型和络合物，其溶解度受水体pH值、温度和离子强度等因素的影响。镉的迁移性较强，能够在水体中扩散并进入不同水层，影响水质。在非职业暴露人群中，镉主要通过吸烟、食品、饮用水等途径进入人体，对人体多个系统造成损害[2]。例如，镉能够干扰肾脏的正常生理功能，导致肾脏损伤，严重时可能引发肾功能障碍或衰竭[3]。镉还能影响骨骼健康，促进骨质流失，从而增加骨质疏松的风险。此外，镉的累积会削弱免疫细胞的活性并减少其数量，从而降低身体对疾病的抵抗力。更为严重的是，长期暴露于镉环境下可能会增加患癌症的风险。镉已被世界卫生组织列为致癌物质之一，它能够引发多种类型的癌症，包括肺癌、前列腺癌等。

饮用水作为人们日常生活中不可或缺的资源，其安全性直接关系到人类的生命健康。一旦饮用水源受到镉污染，将会对人体健康构成严重威胁[4]。因此，各国政府和环保机构都在积极采取措施，加强对饮用水源的保护和监测，以确保水质安全[5]。当前，各国为保障饮用水安全，制定了严格的水质标准，其中包括对镉浓度限值的规定。然而，当前饮用水中镉的精准检测，尤其是在低浓度范围内，面临一些技术难题，如传统检测方法的灵敏度和准确度不高。为确保水质检测的可靠性，选择合适的检测技术并采取科学、严谨的质量控制措施至关重要[6]。

1 生活饮用水中镉的检测技术

1.1 常规检测技术

生活饮用水中镉的常规检测技术主要有原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）和电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）[7]。AAS是一种广泛应用于水质检测的技术，通过测量镉在特定波长下的吸收光谱来定量分析其浓度。其优点是灵敏度较高、操作简便、成本较低，尤其适用于低浓度样品的分析[8]。然而，AAS也存在一定局限性，如在分析复杂水样时可能会受到水样中其他组分或基质的干扰，且不适合同时分析多种元素。此外，AAS的检测灵敏度有限，无法满足极低浓度镉的检测需求。

与AAS相比，ICP-MS在水质检测中的应用优势在于其极高的灵敏度和多元素分析能力。ICP-MS利用高温等离子体源激发水样中的金属元素，并通过质谱分析确定其质荷比进行定量分析[9]。该方法对复杂水样的适应性较强，能够实现纳克级别的精准检测，且能同时测定水样中的多种元素，显著提高分析效率。然而，ICP-MS的主要缺点是设备成本较高、维护要求高、操作复杂，且对实验室环境要求较严苛。操作人员需要具备较高的技术水平，仪器的日常维护和校准也是确保分析准确性的关键[10]。

整体来看，AAS和ICP-MS各有优缺点。AAS适用于较简单的水样和中高浓度镉的检测，ICP-MS适用于复杂水样和极低浓度镉的精密分析。

1.2 新兴检测技术

分子印迹聚合物法（Molecularly Imprinted Polymer，MIP）通过精确的化学手段在聚合物中创造出与特定分子形状、大小和功能互补的结合位点。这些位点能够特异性地识别并结合目标分子，类似于生物体中抗体与抗原的相互作用。该技术通过调节聚合物的交联度和功能基团来优化镉的识别能力，进而提高检测的灵敏度与特异性。MIP具有优异的化学稳定性和重现性，能够有效减少复杂水样中的基质干扰，尤其适用于低浓度镉的精准检测[11]。分子印迹聚合物易于批量制备且操作简便，因而其在水质检测中的应用潜力巨大。然而，模板分子设计和合成的复杂性是MIP推广应用面临的主要挑战。

纳米传感器技术主要利用金属纳米颗粒、碳纳米管和石墨烯等材料与镉离子发生选择性反应或吸附，进而产生可检测的电学或光学信号，通过检测这些信号的变化，可以实现对镉离子的定量分析。纳米传感器具有灵敏度较高、响应速度快和成本低等优点。纳米材料具有极高的比表面积和反应活性，能够与镉离子形成强烈的相互作用。这使得纳米传感器在检测镉离子时具有极高的灵敏度，能够检测到极低浓度的镉离子[12]。纳米传感器响应速度快，能够在短时间内完成对镉离子的检测。与传统的检测方法相比，纳米传感器的制备和检测成本相对较低。这有利于纳米传感器技术的推广和应用。另外，纳米材料易于进行表面修饰和功能化，可以通过引入特定的官能团或分子来提高传感器的选择性和稳定性。这使得纳米传感器在复杂环境中仍然能够保持优异的性能。但是，纳米传感器的长期稳定性和重复性仍需进一步优化，以确保其在实际应用中的可靠性与精确性。

2 生活饮用水中镉检测的质量控制措施

2.1 采取标准化控制措施

①必须使用符合国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）、国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）认证的标准物质和校准溶液，以确保仪器的准确校准和测量结果的可靠性。标准溶液应涵盖多个浓度级别，并通过建立校准曲线来验证仪器在不同浓度下的线性响应和准确度。②实验室应通过多基质水样的交叉验证来评估检测方法的适应性和准确性[13]。复杂水样的成分和基质效应可能会影响镉检测的准确性，因此必须在不同水体类型下进行多次验证，确保方法在各种条件下的稳定性。在方法验证过程中，必须使用质量控制样品，如平行样品、认证标准物质等，通过与已知浓度的样品对比，确认检测结果的稳定性和一致性。③实验室需要进行定期的仪器校准和维护，确保设备在整个检测过程中性能稳定。所有检测设备应定期进行校准与性能测试。校准工作必须按照国际或国家标准执行，并使用经认证的校准物质，确保仪器的准确性和稳定性。仪器的校准周期应参考设备制造商的建议或国家标准，除了定期校准外，实验室还应根据需要进行性能测试。性能测试可以评估设备在特定条件下的表现，如温度、湿度、压力等，以确保其在这些条件下仍能保持精度和稳定性。所有检测设备的使用应严格按照标准操作程序（Standard Operation Procedure，SOP）执行。操作人员应经过ISO/IEC 17025认证的培训，熟悉相关检测方法和质量控制流程，掌握最新的检测技术与标准操作程序，并定期对其进行技能考核。加强设备和人员标准化管理，可有效减少操作误差，确保检测结果的可靠性和一致性。

2.2 加强实验室能力验证与评估

①实验室应参与由认证机构主办的能力验证计划，如国际能力验证计划（Proficiency Testing，PT），通过盲样测试和精度评估，确保其采用的检测方法在不同环境条件下的适用性。通过这些验证，能够评估检测结果的可重复性和一致性，从而确认检测方法的稳定性和可靠性。②实验室应定期进行内部审核和自我评估，检查质量管理体系和操作流程的执行情况。内部审核包括对实验室各个部门和岗位的检查，确保各环节均符合质量控制要求。自我评估则侧重于对实际操作中的潜在问题进行识别，并采取改进措施，以提高实验室的整体检测能力和水平。所有操作过程需要严格按照ISO/IEC 17025标准执行，保证每一环节的规范性和可控性。通过定期的能力验证与评估，实验室能够不断优化检测技术，提高检测水平，确保水质检测数据的准确性。

2.3 加强水样管理

水样采集、保存与运输中的质量控制直接影响镉检测结果的准确性。采样过程中，必须使用符合ISO标准的无污染容器，确保水样的代表性并避免交叉污染。应详细记录所有采样条件，如采样时间、地点、样品体积等，确保水样的可追溯性。水样保存应根据水体类型和镉的化学特性选用合适的方法，通常进行低温存储（4 ℃），避免镉的化学形态变化，如发生沉淀或形成络合物，从而确保镉在样品中的稳定性。水样运输时，应严格控制温度并最大限度地减少震动，使用专用设备如温控运输箱，防止运输过程中水样变质或污染。此外，为确保水样的分析结果与实际水质状况一致，实验室应在样品接收后立即进行预处理，并在检测前执行质量检查，以提升检测结果的准确性。

3 结语

在生活饮用水中隔的检测方面，AAS适用于较简单的水样和中高浓度镉的检测；ICP-MS适用于复杂水样和极低浓度镉的精密分析；MIP具有优异的化学稳定性和重现性，能够有效减少复杂水样中的基质干扰，尤其适用于低浓度镉的精准检测；纳米传感器具有灵敏度较高、响应速度快和成本低等优点，在镉离子检测方面具有广阔的应用前景。同时，采取标准化控制措施以及加强实验室能力验证与评估、加强水样管理等，能够显著提高检测结果的准确性和可靠性，为生活饮用水监管提供有力保障。随着技术的不断进步，未来生活饮用水中镉的检测将朝着更加精准、便捷和多样化的方向发展，尤其是新兴检测技术的应用将大大提高检测效率和灵敏度，全面保障公众的健康与安全。

参考文献

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作者简介：邹琳琳（1989—），女，山东威海人，本科，工程师。研究方向：检验检测。