＊張 睿

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊(duì) 寧夏 750021）

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)生活飲用水的安全和質(zhì)量要求越來(lái)越高。水中金屬元素的檢測(cè)是判斷水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)的重要指標(biāo)之一。金屬元素對(duì)人體健康的影響非常大，有些金屬元素存在著積累效應(yīng)，長(zhǎng)期攝入過(guò)量會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重的危害，如慢性中毒、免疫功能下降、癌癥等。因此，對(duì)生活飲用水中金屬元素的檢測(cè)及其質(zhì)量控制，對(duì)保護(hù)公眾健康和人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的意義。

1.生活飲用水中金屬元素的危害

人體本身對(duì)金屬元素是有需求的，如鈣、鎂、鐵等。但是當(dāng)金屬元素達(dá)到一定的含量將對(duì)人體健康產(chǎn)生不利影響。人們賴(lài)以生存的生活飲用水中也含有豐富的金屬元素，常見(jiàn)的金屬元素主要有銅、鉛、鋅、鎘、鉻、汞等[1]。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，生活飲用水中的銅不可超過(guò)1.0mg/L，鉛不超過(guò)0.01mg/L，鋅不超過(guò)1.0mg/L，鎘不可超過(guò)0.005mg/L，鉻不超過(guò)0.05mg/L，汞不應(yīng)超過(guò)0.001mg/L。而基于金屬元素的不同，當(dāng)機(jī)體攝入過(guò)多后也會(huì)出現(xiàn)不同的不良反應(yīng)。常見(jiàn)的金屬中毒反應(yīng)包含惡心、嘔吐、眩暈、腹瀉等，嚴(yán)重的情況下會(huì)對(duì)患者的生殖系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管等多個(gè)系統(tǒng)或重要的器官造成損害[2]。

2.生活飲用水中金屬元素檢測(cè)方法

(1)原子吸收光譜法

原子吸收光譜法是一種基于原子吸收特性進(jìn)行分析的方法。其原理是將樣品中的金屬元素轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)原子，然后通過(guò)光束對(duì)其進(jìn)行激發(fā)，使其吸收特定波長(zhǎng)的光線，并利用測(cè)量吸收光的強(qiáng)度計(jì)算出樣品中金屬元素的含量[3]。原子吸收光譜法主要包括火焰原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法和冷蒸汽原子吸收光譜法等[4]。

其中，火焰原子吸收光譜法是最常用的一種方法，該檢測(cè)方法可用于檢測(cè)鈉、鉀、鐵、鎂等元素的含量。基于原子吸收光譜法靈敏度高、精度高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，其在檢測(cè)生活飲用水中的金屬元素時(shí)得到了廣泛應(yīng)用。在使用該檢測(cè)方法時(shí)首先需要采集樣品并進(jìn)行前處理，如過(guò)濾等。常用的樣品采集容器有聚乙烯瓶、玻璃瓶等。隨后將樣品溶解于適當(dāng)?shù)娜芤褐校缌蛩?、氫氟酸等。在這一環(huán)節(jié)需要注意樣品的溶解度和反應(yīng)性，以確保溶解徹底且不會(huì)影響后續(xù)的分析。樣品徹底溶解后需要將樣品溶液蒸發(fā)至干燥，在這一過(guò)程中往往需要重復(fù)多次蒸發(fā)，才能保證樣品的干燥程度達(dá)到相對(duì)理想的狀態(tài)。待樣品完全干燥后對(duì)其進(jìn)行研磨處理，磨成適當(dāng)?shù)姆蹱詈蠹尤胂胍獪y(cè)定的金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以制備標(biāo)準(zhǔn)曲線。最后，將樣品溶于適當(dāng)?shù)妮d體溶液中，然后通過(guò)火焰或電弧產(chǎn)生氣態(tài)原子。利用特定波長(zhǎng)的光束對(duì)其進(jìn)行激發(fā)，測(cè)量吸收光的強(qiáng)度，并參照標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出樣品中金屬元素的含量?；趯?shí)驗(yàn)測(cè)得的吸光度，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出樣品中金屬元素的含量，并進(jìn)行結(jié)果分析和討論。

(2)原子熒光光譜法

原子熒光光譜法是一種基于原子熒光特性進(jìn)行分析的方法。其原理是將樣品中的金屬元素激發(fā)為高能狀態(tài)的原子，然后產(chǎn)生由電子躍遷引起的熒光發(fā)射，利用測(cè)量熒光強(qiáng)度來(lái)計(jì)算出樣品中金屬元素的含量[5]。由于該檢測(cè)方法在靈敏度、分辨率、檢測(cè)速度以及檢測(cè)元素品類(lèi)等方面具有良好的優(yōu)勢(shì)，因此也是檢測(cè)生活飲用水中金屬元素含量的常用方法之一。在使用該檢測(cè)方法檢測(cè)應(yīng)用水中的金屬元素時(shí)，步驟與原子吸收光譜法相似，不同點(diǎn)在于將樣品溶解液由硫酸換成硝酸，在具體測(cè)定環(huán)節(jié)需將樣品溶液轉(zhuǎn)移到原子熒光光譜儀中，通過(guò)高能電子轟擊的方式激發(fā)樣品中的金屬元素，產(chǎn)生熒光發(fā)射，測(cè)量熒光強(qiáng)度，并參照標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出樣品中金屬元素的含量。

(3)電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法是一種高分辨率、高精度、多元素同時(shí)檢測(cè)的元素分析方法[6]。該檢測(cè)方法的實(shí)施步驟與前文兩種檢測(cè)方法的步驟大致相同，而與前三種檢測(cè)方法的不同點(diǎn)在于具體的檢測(cè)方式。電感耦合等離子體質(zhì)譜法是將金屬離子攝入電感耦合等離子體中，產(chǎn)生高溫、高能量等離子體，然后通過(guò)其質(zhì)量分析儀器-質(zhì)譜儀，對(duì)金屬離子進(jìn)行分析和檢測(cè)。

(4)感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜法

感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜法主要是基于高溫感應(yīng)耦合等離子體的原子化和離子化作用，結(jié)合質(zhì)譜儀的高分辨能力，對(duì)金屬元素進(jìn)行定量分析[7]。樣品經(jīng)過(guò)前處理后，被轉(zhuǎn)化為離子態(tài)，然后進(jìn)入感應(yīng)耦合等離子體，被電離、激發(fā)和解離。離子經(jīng)過(guò)分離和加速后進(jìn)入質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)離子的質(zhì)量和荷質(zhì)比，可以準(zhǔn)確測(cè)量樣品中各種金屬元素的含量[8]。感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜法具有高靈敏度、高準(zhǔn)確度、多元素分析等優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于生活飲用水中金屬元素的檢測(cè)。然而，該方法需要專(zhuān)業(yè)設(shè)備和儀器的支持，并需要進(jìn)行嚴(yán)格的操作和質(zhì)量控制，以確保測(cè)量結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

(5)電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法屬于高性能分析技術(shù)，主要用于金屬元素的定量分析。該檢測(cè)方法通過(guò)將樣品離子化使之成為高溫、高能量的等離子體，并使用光譜分析方法來(lái)檢測(cè)金屬元素的含量[9]。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法具有分析速度快、檢測(cè)限低和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，因此在檢測(cè)生活飲用水中的金屬元素時(shí)應(yīng)用也較為廣泛。

3.生活飲用水中金屬元素的檢測(cè)質(zhì)量控制

(1)樣品、標(biāo)準(zhǔn)品的選擇與處理

在進(jìn)行樣品選擇與處理時(shí)需要做好以下幾項(xiàng)工作。

第一，工作人員需根據(jù)實(shí)際情況選擇不同來(lái)源和地點(diǎn)的飲用水樣品。確保樣品的代表性，可以通過(guò)隨機(jī)采集、多點(diǎn)采樣等方式進(jìn)行。

第二，采集的樣品需在適當(dāng)?shù)臈l件下保存，以避免金屬元素的遷移和損失。通常應(yīng)將樣品存放在干燥、陰涼的地方，避免陽(yáng)光直射和溫度變化，如果需要長(zhǎng)期保存，可以考慮冷凍或冷藏[10]。

第三，樣品前處理的目的是提取樣品中的金屬元素，并消除可能干擾分析的物質(zhì)，常用的前處理方法包括過(guò)濾、溶解、稀釋等。

同時(shí)，在樣品處理過(guò)程中，應(yīng)設(shè)置空白樣品作為負(fù)對(duì)照，用于檢測(cè)試劑、設(shè)備或環(huán)境中的金屬污染。另外，標(biāo)準(zhǔn)品的選擇和制備是確保檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵因素。標(biāo)準(zhǔn)品應(yīng)具有已知的金屬元素濃度，并且與待測(cè)樣品的性質(zhì)相近。目前，在檢測(cè)過(guò)程中所使用的標(biāo)準(zhǔn)品可以通過(guò)購(gòu)買(mǎi)已經(jīng)配制好的標(biāo)準(zhǔn)品，或使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品。若無(wú)法購(gòu)買(mǎi)到所需的標(biāo)準(zhǔn)品，可以選擇自行制備，制備標(biāo)準(zhǔn)品需要使用純度較高的金屬元素溶液，以及純凈水或其他溶劑[11]。

(2)檢測(cè)方法的驗(yàn)證

檢測(cè)方法的驗(yàn)證是一種系統(tǒng)性的評(píng)估方法，旨在評(píng)估檢測(cè)方法的適用性、精確性和可靠性。在進(jìn)行檢測(cè)方法的驗(yàn)證時(shí)可以從以下幾方面著手。

一是準(zhǔn)確性驗(yàn)證，通過(guò)添加已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)品到待測(cè)樣品中進(jìn)行檢測(cè)，并與真實(shí)值進(jìn)行比對(duì)，可以計(jì)算出方法的偏差，并評(píng)估方法對(duì)樣品的準(zhǔn)確度的影響[12]。

二是精密度驗(yàn)證，即通過(guò)重復(fù)測(cè)量同一樣品，或測(cè)量多個(gè)相同性質(zhì)的樣品，計(jì)算出方法的精密度和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。

三是線性范圍驗(yàn)證，主要是通過(guò)測(cè)量一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)品，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并計(jì)算出線性相關(guān)系數(shù)，從而確保方法在指定范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。

四是檢出限驗(yàn)證，通過(guò)準(zhǔn)備一系列低濃度的標(biāo)準(zhǔn)品，測(cè)量并計(jì)算出方法的檢出限，從而確保方法能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到低濃度的金屬元素。

五是選擇性驗(yàn)證，即通過(guò)添加干擾物到待測(cè)樣品中，并測(cè)量樣品的金屬元素含量，以此評(píng)估方法對(duì)干擾物的影響，并確保方法能夠正確識(shí)別和測(cè)量目標(biāo)金屬元素。

六是可靠性驗(yàn)證，即通過(guò)對(duì)同一樣品進(jìn)行反復(fù)測(cè)量，加上不同操作者之間的比對(duì)，或者參與國(guó)家或國(guó)際互認(rèn)試驗(yàn)，以此評(píng)估方法的可靠性和一致性。

(3)質(zhì)控樣品的使用

質(zhì)控樣品是具有已知金屬元素濃度的樣品，用于監(jiān)控分析過(guò)程中的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。在進(jìn)行質(zhì)控樣品選擇時(shí)，所選擇的質(zhì)控樣品應(yīng)具有與待測(cè)樣品相似的特性和組成，并與待測(cè)樣品的處理過(guò)程相同。同時(shí)，可以選擇具有不同濃度的質(zhì)控樣品，以覆蓋待測(cè)樣品可能出現(xiàn)的低、中、高濃度情況。在使用質(zhì)控樣品的過(guò)程中，可以使用質(zhì)控樣品的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的校準(zhǔn)，或者計(jì)算回收率等指標(biāo)。在儲(chǔ)存質(zhì)控樣品時(shí)為避免金屬元素濃度發(fā)生變化，應(yīng)遵循樣品存儲(chǔ)的特定要求，如避光、避濕、冷凍等，并定期檢測(cè)質(zhì)控樣品的穩(wěn)定性，以確認(rèn)其存儲(chǔ)條件是否適合[13]。

(4)數(shù)據(jù)的分析與判定

通過(guò)合理的數(shù)據(jù)分析和判定，可以確定樣品中金屬元素的含量是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。針對(duì)數(shù)據(jù)的分析與判定需要相關(guān)工作人員落實(shí)以下幾項(xiàng)工作。

第一，對(duì)測(cè)量得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)。計(jì)算樣品的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，以評(píng)估數(shù)據(jù)的集中程度和分散程度[14]。

第二，根據(jù)國(guó)家或地區(qū)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，判斷樣品中金屬元素的含量是否超過(guò)限定值。如果超過(guò)限定值，則需要采取相應(yīng)的解決措施。

第三，可以使用控制圖表，如西格瑪控制圖、運(yùn)行圖等，評(píng)估數(shù)據(jù)是否在控制限范圍內(nèi)。

第四，根據(jù)數(shù)據(jù)的分析和判定，確定樣品中金屬元素含量的結(jié)果。如果數(shù)據(jù)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)要求，則判定樣品合格。如果數(shù)據(jù)不符合要求，則判定樣品不合格，并采取相應(yīng)的措施，如重新采樣、進(jìn)一步分析、調(diào)查原因等。

4.結(jié)束語(yǔ)

基于生活飲用水對(duì)于人類(lèi)生存的重要性，對(duì)生活飲用水中的金屬元素進(jìn)行檢測(cè)十分必要。在選擇檢測(cè)方法時(shí)需要根據(jù)檢測(cè)元素的種類(lèi)、需求的靈敏度和精度以及實(shí)際操作的難易程度等因素進(jìn)行評(píng)估和選擇。同時(shí)，保障檢測(cè)過(guò)程的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，不僅能正確認(rèn)識(shí)到飲用水中的金屬元素類(lèi)型和含量，同時(shí)也能為凈化飲用水提供重要的信息依據(jù)。基于此，相關(guān)工作人員在操作時(shí)需嚴(yán)格遵守操作規(guī)范和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，以保證金屬元素檢測(cè)工作的質(zhì)量和效率。