生活飲用水中鎘檢測技術與質量控制措施

摘 要：生活飲用水中鎘的污染問題日益嚴重，對公共健康構成了威脅。基于此，本文簡要介紹生活飲用水中鎘的常規檢測技術（原子吸收光譜法和電感耦合等離子體質譜法）與新興技術（分子印跡聚合物法和納米傳感器技術），并提出采取標準化控制措施，以及加強實驗室能力驗證與評估、加強水樣管理等措施，以期為提高檢測結果的準確性與檢測效率提供有價值的參考。

關鍵詞：鎘；生活飲用水；檢測技術；質量控制

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.

鎘是一種高毒性重金屬，廣泛存在于工業廢水、農業污染和其他環境污染中[1]。鎘在水中的存在形式包括溶解態、離子型和絡合物，其溶解度受水體pH值、溫度和離子強度等因素的影響。鎘的遷移性較強，能夠在水體中擴散并進入不同水層，影響水質。在非職業暴露人群中，鎘主要通過吸煙、食品、飲用水等途徑進入人體，對人體多個系統造成損害[2]。例如，鎘能夠干擾腎臟的正常生理功能，導致腎臟損傷，嚴重時可能引發腎功能障礙或衰竭[3]。鎘還能影響骨骼健康，促進骨質流失，從而增加骨質疏松的風險。此外，鎘的累積會削弱免疫細胞的活性并減少其數量，從而降低身體對疾病的抵抗力。更為嚴重的是，長期暴露于鎘環境下可能會增加患癌癥的風險。鎘已被世界衛生組織列為致癌物質之一，它能夠引發多種類型的癌癥，包括肺癌、前列腺癌等。

飲用水作為人們日常生活中不可或缺的資源，其安全性直接關系到人類的生命健康。一旦飲用水源受到鎘污染，將會對人體健康構成嚴重威脅[4]。因此，各國政府和環保機構都在積極采取措施，加強對飲用水源的保護和監測，以確保水質安全[5]。當前，各國為保障飲用水安全，制定了嚴格的水質標準，其中包括對鎘濃度限值的規定。然而，當前飲用水中鎘的精準檢測，尤其是在低濃度范圍內，面臨一些技術難題，如傳統檢測方法的靈敏度和準確度不高。為確保水質檢測的可靠性，選擇合適的檢測技術并采取科學、嚴謹的質量控制措施至關重要[6]。

1 生活飲用水中鎘的檢測技術

1.1 常規檢測技術

生活飲用水中鎘的常規檢測技術主要有原子吸收光譜法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）和電感耦合等離子體質譜法（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）[7]。AAS是一種廣泛應用于水質檢測的技術，通過測量鎘在特定波長下的吸收光譜來定量分析其濃度。其優點是靈敏度較高、操作簡便、成本較低，尤其適用于低濃度樣品的分析[8]。然而，AAS也存在一定局限性，如在分析復雜水樣時可能會受到水樣中其他組分或基質的干擾，且不適合同時分析多種元素。此外，AAS的檢測靈敏度有限，無法滿足極低濃度鎘的檢測需求。

與AAS相比，ICP-MS在水質檢測中的應用優勢在于其極高的靈敏度和多元素分析能力。ICP-MS利用高溫等離子體源激發水樣中的金屬元素，并通過質譜分析確定其質荷比進行定量分析[9]。該方法對復雜水樣的適應性較強，能夠實現納克級別的精準檢測，且能同時測定水樣中的多種元素，顯著提高分析效率。然而，ICP-MS的主要缺點是設備成本較高、維護要求高、操作復雜，且對實驗室環境要求較嚴苛。操作人員需要具備較高的技術水平，儀器的日常維護和校準也是確保分析準確性的關鍵[10]。

整體來看，AAS和ICP-MS各有優缺點。AAS適用于較簡單的水樣和中高濃度鎘的檢測，ICP-MS適用于復雜水樣和極低濃度鎘的精密分析。

1.2 新興檢測技術

分子印跡聚合物法（Molecularly Imprinted Polymer，MIP）通過精確的化學手段在聚合物中創造出與特定分子形狀、大小和功能互補的結合位點。這些位點能夠特異性地識別并結合目標分子，類似于生物體中抗體與抗原的相互作用。該技術通過調節聚合物的交聯度和功能基團來優化鎘的識別能力，進而提高檢測的靈敏度與特異性。MIP具有優異的化學穩定性和重現性，能夠有效減少復雜水樣中的基質干擾，尤其適用于低濃度鎘的精準檢測[11]。分子印跡聚合物易于批量制備且操作簡便，因而其在水質檢測中的應用潛力巨大。然而，模板分子設計和合成的復雜性是MIP推廣應用面臨的主要挑戰。

納米傳感器技術主要利用金屬納米顆粒、碳納米管和石墨烯等材料與鎘離子發生選擇性反應或吸附，進而產生可檢測的電學或光學信號，通過檢測這些信號的變化，可以實現對鎘離子的定量分析。納米傳感器具有靈敏度較高、響應速度快和成本低等優點。納米材料具有極高的比表面積和反應活性，能夠與鎘離子形成強烈的相互作用。這使得納米傳感器在檢測鎘離子時具有極高的靈敏度，能夠檢測到極低濃度的鎘離子[12]。納米傳感器響應速度快，能夠在短時間內完成對鎘離子的檢測。與傳統的檢測方法相比，納米傳感器的制備和檢測成本相對較低。這有利于納米傳感器技術的推廣和應用。另外，納米材料易于進行表面修飾和功能化，可以通過引入特定的官能團或分子來提高傳感器的選擇性和穩定性。這使得納米傳感器在復雜環境中仍然能夠保持優異的性能。但是，納米傳感器的長期穩定性和重復性仍需進一步優化，以確保其在實際應用中的可靠性與精確性。

2 生活飲用水中鎘檢測的質量控制措施

2.1 采取標準化控制措施

①必須使用符合國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）、國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）認證的標準物質和校準溶液，以確保儀器的準確校準和測量結果的可靠性。標準溶液應涵蓋多個濃度級別，并通過建立校準曲線來驗證儀器在不同濃度下的線性響應和準確度。②實驗室應通過多基質水樣的交叉驗證來評估檢測方法的適應性和準確性[13]。復雜水樣的成分和基質效應可能會影響鎘檢測的準確性，因此必須在不同水體類型下進行多次驗證，確保方法在各種條件下的穩定性。在方法驗證過程中，必須使用質量控制樣品，如平行樣品、認證標準物質等，通過與已知濃度的樣品對比，確認檢測結果的穩定性和一致性。③實驗室需要進行定期的儀器校準和維護，確保設備在整個檢測過程中性能穩定。所有檢測設備應定期進行校準與性能測試。校準工作必須按照國際或國家標準執行，并使用經認證的校準物質，確保儀器的準確性和穩定性。儀器的校準周期應參考設備制造商的建議或國家標準，除了定期校準外，實驗室還應根據需要進行性能測試。性能測試可以評估設備在特定條件下的表現，如溫度、濕度、壓力等，以確保其在這些條件下仍能保持精度和穩定性。所有檢測設備的使用應嚴格按照標準操作程序（Standard Operation Procedure，SOP）執行。操作人員應經過ISO/IEC 17025認證的培訓，熟悉相關檢測方法和質量控制流程，掌握最新的檢測技術與標準操作程序，并定期對其進行技能考核。加強設備和人員標準化管理，可有效減少操作誤差，確保檢測結果的可靠性和一致性。

2.2 加強實驗室能力驗證與評估

①實驗室應參與由認證機構主辦的能力驗證計劃，如國際能力驗證計劃（Proficiency Testing，PT），通過盲樣測試和精度評估，確保其采用的檢測方法在不同環境條件下的適用性。通過這些驗證，能夠評估檢測結果的可重復性和一致性，從而確認檢測方法的穩定性和可靠性。②實驗室應定期進行內部審核和自我評估，檢查質量管理體系和操作流程的執行情況。內部審核包括對實驗室各個部門和崗位的檢查，確保各環節均符合質量控制要求。自我評估則側重于對實際操作中的潛在問題進行識別，并采取改進措施，以提高實驗室的整體檢測能力和水平。所有操作過程需要嚴格按照ISO/IEC 17025標準執行，保證每一環節的規范性和可控性。通過定期的能力驗證與評估，實驗室能夠不斷優化檢測技術，提高檢測水平，確保水質檢測數據的準確性。

2.3 加強水樣管理

水樣采集、保存與運輸中的質量控制直接影響鎘檢測結果的準確性。采樣過程中，必須使用符合ISO標準的無污染容器，確保水樣的代表性并避免交叉污染。應詳細記錄所有采樣條件，如采樣時間、地點、樣品體積等，確保水樣的可追溯性。水樣保存應根據水體類型和鎘的化學特性選用合適的方法，通常進行低溫存儲（4 ℃），避免鎘的化學形態變化，如發生沉淀或形成絡合物，從而確保鎘在樣品中的穩定性。水樣運輸時，應嚴格控制溫度并最大限度地減少震動，使用專用設備如溫控運輸箱，防止運輸過程中水樣變質或污染。此外，為確保水樣的分析結果與實際水質狀況一致，實驗室應在樣品接收后立即進行預處理，并在檢測前執行質量檢查，以提升檢測結果的準確性。

3 結語

在生活飲用水中隔的檢測方面，AAS適用于較簡單的水樣和中高濃度鎘的檢測；ICP-MS適用于復雜水樣和極低濃度鎘的精密分析；MIP具有優異的化學穩定性和重現性，能夠有效減少復雜水樣中的基質干擾，尤其適用于低濃度鎘的精準檢測；納米傳感器具有靈敏度較高、響應速度快和成本低等優點，在鎘離子檢測方面具有廣闊的應用前景。同時，采取標準化控制措施以及加強實驗室能力驗證與評估、加強水樣管理等，能夠顯著提高檢測結果的準確性和可靠性，為生活飲用水監管提供有力保障。隨著技術的不斷進步，未來生活飲用水中鎘的檢測將朝著更加精準、便捷和多樣化的方向發展，尤其是新興檢測技術的應用將大大提高檢測效率和靈敏度，全面保障公眾的健康與安全。

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作者簡介：鄒琳琳（1989—），女，山東威海人，本科，工程師。研究方向：檢驗檢測。