HPLC-ICP-MS在饮用水微量重金属检测中的应用及质量控制

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

饮用水安全是关乎人们身体健康与生活质量的重大问题。近年来，随着工业化进程的加速与环境污染的加剧，饮用水中微量重金属污染问题日益突显。铅、汞、镉、铬等重金属元素，即使在极低浓度下长期摄入人体，也可能引发各种慢性疾病。因此，建立灵敏、准确的饮用水中微量重金属检测方法对于环境监测、水质安全评价以及保障公众健康具有至关重要的意义。高效液相色谱法（HighPerformanceLiquidChromatography，HPLC）具有分离效率高、选择性好等优点，而电感耦合等离子体质谱（InductivelyCoupled Plasma-MassSpectrometry，ICP-MS）则具备极高的灵敏度与较宽的动态范围，二者联用可以实现对饮用水中微量重金属的高效分析。因此，本文旨在阐述该联用技术在饮用水微量重金属检测中的应用，同时建立完善的质量控制体系，以确保检测结果的准确性与可靠性。

1饮用水微量重金属污染的来源与危害

饮用水微量重金属污染主要源于自然地质过程与人类活动。地质风化释放的重金属随水流迁移至水体，而工业废水排放、矿山开采、农业农药化肥滥用及生活污水未经处理直接排放等人为因素，加剧了水污染。这些重金属在饮用水中逐渐累积，即便浓度较低，长期摄入也会对人体健康构成威胁[1汞、铅、镉等重金属会在人体内累积，损害神经系统、免疫系统和肾脏等器官，影响儿童智力发育，增加患癌症、心血管疾病的风险。

2HPLC-ICP-MS检测饮用水中微量重金属的 优势

ICP-MS具有极低的检测限，能在极低浓度下检测金属元素，检出限通常达到 ng⋅L^-1 级别甚至更低。这种高灵敏度的特性，使得HPLC-ICP-MS适用于环境监测中的微量重金属检测，能够在复杂的基质中准确识别和定量目标金属[2]。此外，HPLC的高效分离能力可以有效去除样品中的干扰物质，减少基质效应，对于提高ICP-MS的检测精度至关重要。通过HPLC的预分离，ICP-MS接收到的是相对纯净的样品组分，从而减少了背景噪音和信号干扰，可提高检测的准确性和可靠性。

3HPLC-ICP-MS技术在饮用水中微量重金属分析中的应用

3.1重金属形态分析

3.1.1 砷形态鉴别

饮用水中砷的毒性与其化学形态相关，无机砷（如三价砷、五价砷）的毒性高于有机砷（如一甲基砷、二甲基砷）。HPLC-ICP-MS技术通过优化色谱分离条件与质谱检测参数，可实现不同砷形态的高效鉴别。在色谱分离中，采用阴离子交换柱，以磷酸盐缓冲液（ pH=6.0 ）为流动相，通过梯度洗脱程序可将三价砷、五价砷与有机砷分离[3。由于三价砷在酸性条件下易氧化为五价砷，样品需在预处理阶段加入还原剂（如L-半胱氨酸）并控制保存温度（ 4^qC 以下），以维持形态稳定性。质谱检测时，选用特定气体反应模式，将砷转化为稳定离子信号，消除质谱干扰。

3.1.2 汞形态检测

一般来说，甲基汞的毒性远高于无机汞。HPLC-ICP-MS技术可通过反相色谱柱与含硫醇基团的流动相实现汞形态分离。甲基汞与乙基汞因疏水性差异，在色谱柱上呈现不同保留时间，结合质谱的高灵敏度，可精准检测痕量有机汞。检测时采用冷蒸汽发生技术，将汞形态转化为气态原子，提升信号稳定性。由于汞易吸附在容器表面，采样时应使用硝酸预处理的惰性材质容器，并避免光照以防止汞降解。实际分析中，水样中的腐殖酸可能络合汞离子，需通过固相萃取选择性富集目标形态，并采用同位素稀释法校正基质效应。

3.1.3 铬氧化态分析

铬的毒性与其氧化态相关，六价铬的致癌性比三价铬高数百倍。HPLC-ICP-MS可通过离子交换色谱与硝酸铵缓冲液（ pH=7.0 ）分离三价铬与六价铬。三价铬在弱碱性条件下易形成羟基络合物，需在流动相中加入络合剂以稳定其离子形态。质谱检测时，消除多原子离子干扰，并通过标准加入法校正水体中常见离子对色谱柱载量的影响[4。由于六价铬在还原性环境中易被还原，样品需现场酸化至 pH<2 并避光保存。对于含有机物的复杂水样，可预先通过吸附柱去除腐殖酸，避免其与三价铬络合导致的分离效率下降。

3.2 多元素同步检测

HPLC-ICP-MS联用技术通过时间分辨数据采集与多元素质谱扫描模式，可一次性分析饮用水中多种重金属元素（如铅、镉、铜、锌）。色谱分离阶段优化梯度洗脱程序，使不同元素的保留时间差异显著。例如，采用混合模式色谱柱，以柠檬酸－硝酸体系为流动相，使不同价态金属离子分阶段洗脱。质谱检测时，开启多通道跳峰模式，针对各元素的质量数设置驻留时间，确保信号采集效率。为减少多元素间的质谱干扰，结合碰撞反应池技术与干扰方程进行校正。实际应用中，需要定期验证仪器质量轴校准与灵敏度，避免长期运行导致的信号漂移。对于高盐度水样，可采用在线稀释或微流量雾化器降低基质沉积风险。

3.3 有机-无机复合物分析

饮用水中重金属常与天然有机物（如腐殖酸）形成稳定络合物，影响其迁移性与毒性。HPLC-ICP-MS通过分子排阻色谱或反相色谱分离复合物，结合质谱元素特异性检测，可解析重金属的络合形态。例如，采用特定孔径的分子排阻柱，按分子量大小分离腐殖酸-金属络合物与游离金属离子。质谱检测时，优化雾化器温度与等离子体功率，防止高温导致络合物解离。为验证络合物稳定性，可对比离线超滤与在线色谱分离的结果差异。对于易变价的金属，应在样品中添加抗氧化剂并严格控制分离时间，避免氧化还原反应改变络合形态。

4HPLC-ICP-MS分析饮用水中微量重金属的质量控制措施

4.1样品采集与预处理阶段

采样器具的选择上，选用无重金属污染的材料制成的采样瓶、采样管等器具，如高纯度的聚乙烯或聚四氟乙烯材质，以避免采样过程中引入外来的重金属杂质。在使用前，对采样器具进行清洗和预处理，通常采用稀酸浸泡、超纯水冲洗等方法，确保器具表面干净且无残留杂质。

采样点的布设要具有代表性，对于饮用水水源地，根据水域面积、水流情况、周边环境等因素布局采样点。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样点；对于湖泊型水源地，要考虑不同湖区、深浅水区以及人湖河流口等位置进行采样[5]。同时，记录采样信息，包括采样时间、地点、天气状况、水温等，这些信息有助于后续的数据分析和结果解释。样品采集过程中，确保采样深度合适，避免采集到表层受污染的水样或者底部沉积物搅动后的水样。对于分层明显的水体，按照不同水层分别采集样品，以保证样品能够准确反映水体中重金属的实际分布情况。采集回来的样品及时进行处理，防止重金属离子在存放过程中发生形态变化或沉淀。常用的预处理方法包括过滤、消解等。过滤可以去除水中的悬浮颗粒物和微生物，避免其对后续分析产生干扰；消解则是将水中的有机物和无机物分解，使重金属元素转化为适合HPLC-ICP-MS分析的形态。

4.3应急与特殊场景控制

突发的环境污染事件如工厂废水泄漏、矿山尾矿库溃坝等，会导致饮用水源受到污染，此时需要迅速启动应急预案。立即停止对该水源的正常采样工作，转而在受污染区域及其周边增加应急监测点，加密采样频次，以便及时掌握污染物的扩散范围和浓度变化情况。特殊场景下，如高温、高湿或严寒等极端天气条件，会对样品的采集、运输和保存产生影响。在这些情况下，要采取防护措施。例如，在高温天气下，为了防止样品中的重金属离子因温度过高而发生形态变化或挥发损失，在采样过程中应对样品进行低温保存，并尽快将其运送至实验室进行分析；在高湿环境中，应注意防止水分对样品产生影响，使用干燥剂或密封包装来保持样品的干燥；对于严寒天气，应避免样品冻结，采用保温措施或在室内进行预处理操作。

5结语

高效液相色谱－电感耦合等离子体质谱联用技术能够分离并准确检测出饮用水中的多种微量重金属，其检出限低、灵敏度高、线性范围宽，可满足环境中微量重金属检测的需求。未来，应进一步探索快速应急检测方案，特别是在突发性重金属污染事件中，开发微型化色谱柱与便携式质谱联用设备，以缩短样品处理与检测周期。同时，结合人工智能算法优化数据解析流程（如自动峰识别与干扰校正），提升复杂水样的分析通量与准确性。

4.2 仪器分析与检测阶段

检查仪器的分辨率、灵敏度、稳定性等指标，以及使用已知浓度的标准溶液进行校准曲线的绘制。通过校准曲线，将未知样品中金属元素的信号强度转换为具体的浓度值。在实际操作中，定期对仪器进行维护和保养，及时更换老化或损坏的部件，如雾化器、炬管等。此外，为了消除基体效应的影响，可以采用内标校正法或标准加入法来提高测量的准确性。内标校正法是在样品中加入一种与目标元素行为相似的内部标准物质，通过比较两者的信号强度变化来校正非特异性干扰；而标准加入法则是通过向样品中添加不同浓度的标准溶液，根据信号强度的变化趋势来计算原始样品中的元素浓度。

参考文献

[1]张建伟，李沛，金红.HPLC-ICP-MS联用技术应用于饮用水中砷形态分析的方法研究[J].给水排水，2021，57（增刊2）：37-42.

[2]江阳，李九龙，袁悦，等.基于全自动在线顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术测定生活饮用水中4种氯酚[J].环境化学，2025，44（1）：131-139.

[3]侯婧，刘双德.同位素内标稀释-UPLC-MS/MS法同时测定生活饮用水中5种消毒副产物和高氯酸盐[J]化学试剂，2025，47（1）：67-73.

[4]张建伟，李沛，金红.HPLC-ICP-MS联用技术检测饮用水中铬形态的方法研究[J].城镇供水，2021（5）：69-72.

[5]祝银，刘琴，杨承虎，等.RPIP-HPLC-ICP-MS测定饮用水中铬形态[J].现代农业科技，2018（1）：174-175.