生活饮用水重金属检测的关键指标与测定步骤

生活饮用水中的重金属具有蓄积性，长期摄入超标会引发慢性中毒，如铅影响儿童智力、镉损伤肾脏、汞损害神经。准确检测重金属是保障饮水安全的关键。本文结合GB 5749-2022《生活饮用水卫生标准》，梳理铅、镉、汞、铬（六价）、砷等关键指标，详细讲解从采样到测定的全流程操作，为检测人员提供实用指南。

生活饮用水重金属检测的关键指标及限值依据

生活饮用水重金属检测的关键指标需结合毒性、暴露风险及国家标准确定，主要包括铅、镉、汞、铬（六价）、砷5项。根据GB 5749-2022，其限值分别为：铅≤0.01mg/L、镉≤0.005mg/L、汞≤0.001mg/L、六价铬≤0.05mg/L、砷≤0.01mg/L。

铅是典型的蓄积性重金属，儿童血铅超过100μg/L即会影响智力发育，成人长期摄入会导致贫血、肾功能下降；镉会在肾脏中累积，引发“骨痛病”，即使低浓度也可能导致骨质疏松；汞以甲基汞毒性最强，会穿过血脑屏障损伤中枢神经，孕妇摄入可能影响胎儿发育；六价铬具有强氧化性，比三价铬毒性高100倍，是国际癌症研究机构（IARC）认定的1类致癌物；砷会导致皮肤角化、色素沉着，长期暴露增加肺癌、膀胱癌风险。

这些指标的限值设定基于“每日耐受摄入量（TDI）”，即终身摄入不产生健康危害的最大剂量，确保饮用水中重金属含量在安全范围内。

重金属检测的采样与样品保存技巧

采样是检测的第一步，直接影响结果准确性。采样容器需选用聚乙烯瓶或硼硅玻璃瓶，禁用普通玻璃瓶（可能溶出铅、镉）。采样前，容器需用10%硝酸浸泡24小时，再用去离子水冲洗3次，去除表面吸附的重金属。

采样时，应打开水龙头放水5-10分钟，待管道内停滞水排尽后再采集，确保样品代表日常供水状态。水样需充满容器（不留顶空），避免空气中的氧气或二氧化碳进入，防止重金属形态变化（如六价铬还原为三价铬）。

样品保存的核心是防止重金属吸附和形态转变。所有水样需立即加入浓硝酸（每1000mL水样加2mL），调pH<2，抑制微生物活动并防止重金属吸附在容器壁上。不同指标的保存时间不同：汞需在采样后24小时内测定，最长不超过7天（避免汞挥发）；砷、铅、镉可保存14天；六价铬需在采样后24小时内测定，若无法及时测定，需加氢氧化钠调pH至8-9，保存不超过48小时。

采样记录需详细标注采样时间、地点、容器类型、保存条件，为后续检测追溯提供依据。

样品前处理：消解与富集的关键操作

生活饮用水中的重金属可能以溶解态、悬浮态或与有机物结合的形式存在，前处理的目的是破坏有机物、释放结合态重金属，转化为可测定的离子态。

常用的消解方法有两种：湿法消解和干灰化法。湿法消解适用于大多数样品，用硝酸-高氯酸混合酸（体积比4:1）加热消解，温度控制在120-150℃，直至溶液澄清（无黑色残渣），再蒸发至近干，用0.5%硝酸定容。需注意，高氯酸需在硝酸完全分解有机物后加入，避免与有机物反应爆炸。

干灰化法适用于含低挥发性重金属的样品（如铅、镉），将样品置于瓷坩埚中，在马弗炉中500℃灰化4-6小时，冷却后用硝酸溶解残渣。这种方法试剂用量少，但易导致汞、砷等挥发性重金属损失，因此不适合汞、砷检测。

对于低浓度重金属（如铅≤0.005mg/L、镉≤0.001mg/L），需通过富集提高检测灵敏度。常用富集方法有固相萃取（SPE）和螯合树脂富集：固相萃取用C18或螯合树脂柱吸附重金属离子，再用硝酸洗脱；螯合树脂（如D401）可选择性吸附铅、镉等二价金属离子，富集倍数可达10-100倍，适用于低浓度样品。

前处理过程需做空白试验（用去离子水代替水样，按相同步骤处理），扣除试剂带来的误差。

铅与镉的测定：石墨炉原子吸收光谱法

石墨炉原子吸收光谱法是测定铅、镉的首选方法，灵敏度高（检出限铅0.001mg/L、镉0.0001mg/L），符合GB 5749-2022的要求。

方法原理：样品消解后注入石墨炉，经干燥（去除水分）、灰化（破坏有机物）、原子化（将金属离子还原为基态原子）三个阶段，基态原子吸收特定波长的光（铅283.3nm、镉228.8nm），吸光度与浓度成正比。

具体步骤：① 取10mL消解后的样品，加入0.1%磷酸二氢铵溶液（基体改进剂），抑制氯离子等干扰；② 调试仪器：设定干燥温度120℃（30秒）、灰化温度400℃（铅）/300℃（镉）（20秒）、原子化温度1800℃（铅）/1600℃（镉）（5秒）；③ 绘制标准曲线：用0.5%硝酸配制铅（0、5、10、20、30μg/L）、镉（0、1、2、5、10μg/L）标准系列，注入石墨炉测吸光度；④ 样品测定：将处理后的样品注入仪器，根据吸光度从标准曲线查得浓度。

注意事项：石墨管需定期更换（每测定50-100个样品），避免管内积碳影响原子化效率；每次测定前需用空白溶液冲洗进样针，防止交叉污染。

汞的测定：冷原子吸收光谱法

汞的沸点低（356.7℃），易挥发，冷原子吸收光谱法利用汞蒸气对253.7nm紫外线的强吸收特性，无需高温原子化，灵敏度高（检出限0.0001mg/L）。

方法原理：水样中的汞离子被氯化亚锡还原为金属汞蒸气，用载气（氮气或氩气）带入吸收池，测吸光度。

步骤：① 样品消解：取50mL水样，加入5mL硝酸、1mL高锰酸钾溶液（50g/L），加热至微沸10分钟，冷却后加入2mL盐酸羟胺溶液（100g/L），还原过量的高锰酸钾（溶液由紫红色变为无色）；② 还原：将消解后的样品移入反应瓶，加入2mL氯化亚锡溶液（100g/L），立即密封，产生的汞蒸气由载气带入吸收池；③ 测定：设定仪器波长253.7nm，测吸光度，与标准曲线对比得到汞浓度。

注意事项：氯化亚锡需现用现配（易氧化失效）；反应瓶需用硝酸浸泡，避免汞残留；载气需通过活性炭柱净化，去除杂质干扰。若水样中汞浓度极低，可采用巯基棉富集法：将水样通过巯基棉柱，汞被吸附后用盐酸洗脱，再用冷原子吸收法测定，富集倍数可达100倍。

六价铬的测定：二苯碳酰二肼分光光度法

六价铬的测定需避免形态转变（如还原为三价铬），二苯碳酰二肼分光光度法是国家标准推荐方法（GB/T 5750.6-2023），原理是六价铬在酸性条件下与二苯碳酰二肼反应生成紫红色络合物，最大吸收波长540nm。

步骤：① 样品预处理：取50mL水样，过滤去除悬浮物（避免颗粒物吸附六价铬）；② 显色：加入0.5mL硫酸（1+1）、0.5mL磷酸（1+1），调pH至1.0-1.5，加入2mL二苯碳酰二肼丙酮溶液（0.25g/L），摇匀后放置10分钟；③ 比色：用1cm比色皿，以空白溶液为参比，测吸光度；④ 标准曲线：用六价铬标准溶液（0、0.5、1.0、2.0、5.0μg）绘制曲线，计算样品浓度。

关键注意事项：显色剂需现用现配（二苯碳酰二肼易氧化）；酸性条件需严格控制（pH>2会导致显色不完全，pH<1会使络合物分解）；样品中的还原性物质（如亚硝酸盐）会干扰测定，需加入高锰酸钾氧化后再还原。

砷的测定：氢化物发生-原子荧光光谱法

砷的毒性与形态有关（三价砷毒性高于五价砷），氢化物发生-原子荧光光谱法利用砷化氢（AsH3）的挥发性，将砷从样品中分离，避免基体干扰，检出限可达0.0001mg/L。

原理：水样中的砷（五价）被硫脲-抗坏血酸还原为三价砷，再与硼氢化钾反应生成砷化氢气体，经原子化后测荧光强度。

步骤：① 样品消解：取20mL水样，加入5mL硝酸、1mL硫酸，加热至冒白烟（去除硝酸），冷却后用去离子水定容至50mL；② 预还原：加入5mL硫脲-抗坏血酸混合溶液（100g/L硫脲+100g/L抗坏血酸），摇匀后放置30分钟（将五价砷还原为三价砷）；③ 测定：设定仪器波长193.7nm，将样品注入反应系统，加入硼氢化钾溶液（20g/L），产生的砷化氢由载气带入原子化器，测荧光强度；④ 标准曲线：用砷标准溶液（0、1.0、2.0、5.0、10.0μg/L）绘制曲线，计算浓度。

注意事项：预还原时间需足够（30分钟以上），确保五价砷完全还原；硼氢化钾溶液需现用现配（易分解）；载气流量需稳定（400-500mL/min），避免荧光强度波动。

检测质量控制的核心措施

质量控制是确保检测结果可靠的关键，需贯穿全流程：① 空白试验：每批样品做2个空白，空白值需低于方法检出限，否则检查试剂或容器污染；② 平行样：每10个样品做1个平行样，相对偏差≤10%（铅、镉≤15%，汞≤20%）；③ 加标回收率：每批样品做1个加标样，回收率需在80%-120%之间（低浓度可放宽至70%-130%）；④ 标准物质验证：定期用国家标准物质（如GBW08607）测定，结果需在不确定度范围内；⑤ 仪器校准：每天测定前用标准溶液校准仪器，确保灵敏度一致；⑥ 人员培训：检测人员需熟悉操作和原理，定期参加能力验证（如CNAS比对）。

质量控制记录需如实填写，包括空白值、平行样偏差、加标回收率等，为检测报告的有效性提供支持。