高效液相色谱法在水质砷检测中的应用研究

王雪

摘 要：高效液相色谱法是一种准确、灵敏、可靠的水质砷检测方法，具有广阔的应用前景。本文探讨了高效液相色谱法在水质砷检测中的应用，介绍了高效液相色谱法的基本原理和操作流程，讨论了高效液相色谱法在水质砷检测中的具体应用，包括样品前处理技术、色谱条件优化策略、检测参数的确定与验证以及实际水样中砷的测定过程，以期为业内检测人员提供理论参考。

关键词：高效液相色谱法；水质；砷检测；应用研究

Abstract： High performance liquid chromatography is an accurate， sensitive， and reliable method for detecting arsenic in water quality， with broad application prospects. This article explores the application of high-performance liquid chromatography in the detection of arsenic in water quality， introduces the basic principle and operating process of high-performance liquid chromatography， discusses the specific application of high-performance liquid chromatography in the detection of arsenic in water quality， including sample pretreatment technology， chromatographic condition optimization strategy， determination and verification of detection parameters， as well as the actual determination process of arsenic in water samples， in order to provide theoretical reference for industry inspectors.

Keywords： high performance liquid chromatography; water quality; arsenic detection; applied research

水质砷污染会对人类健康和生态环境造成严重威胁，因此砷的准确快速检测具有重要的意义。目前，常用的砷检测方法如原子吸收光谱法、分子荧光法等存在一些局限性，包括分析时间长、分离效果差、灵敏度低等。高效液相色谱法（High-Performance Liquid Chromatography，HPLC）作为一种高效、灵敏的分析技术，通过精确的物理化学分离和分析来确定砷的浓度，且可以适应各种水质样品，可选择性地分离和测定砷及其不同形态的化合物，从而得出准确的分析结果。为了提高砷检测的准确性和灵敏度，并满足环境水样中低浓度砷的检测要求，研究和应用新的检测方法具有重要意义。

1 高效液相色谱法概述

1.1 高效液相色谱法的分离原理

高效液相色谱法的分离原理是基于目标化合物与固定相之间的亲水性和亲油性的差异，合理调控和优化相关条件来实现分离与定量测定，为水质砷检测提供了一种有效的方法。高效液相色谱法以液体为流动相，以固定相（柱填料）的亲水性和亲油性来实现分离，分离原理主要涉及液相中目标化合物在固定相中的分配与再分配。在分离过程中，样品溶解于流动相中并通过进样器引入色谱柱，在柱上进行分离后进入检测器。固定相可选择不同填料材料，如疏水材料（C18），疏水作用会使疏水化合物与填料相互作用而停留在柱上，直到被洗脱，疏水化合物在柱上停留时间较长，而亲水化合物的停留时间相对较短[1]。分离的目的是通过控制流速、温度和溶剂成分等条件，使目标化合物与固定相之间表现出不同的分配行为，对分离过程中化合物的保留时间和峰形进行分析和解读，确定目标化合物的存在和浓度。

1.2 高效液相色谱法的检测原理

高效液相色谱法，一般采用不同类型的检测器来监测组分的存在和浓度。常见的检测器包括紫外-可见光谱检测器、荧光检测器和电化学检测器等。

紫外-可见光谱检测器通过监测化合物在特定波长下的吸光度来实现定量分析，当样品流经检测器时，吸光度会随着目标化合物的浓度而变化，从而生成对应的检测信号。该信号经数据处理后可得到化合物的浓度信息。荧光检测器则利用化合物自身的荧光性质进行检测，对于具有荧光特性的化合物具有较高的灵敏度和选择性。电化学检测器则基于电化学信号的变化来检测化合物，适用于具有电活性的物质[2]。高效液相色谱法选择适当的检测器并合理设置检测条件，可实现对目标化合物的准确、快速检测和定量分析，为水质砷检测提供了可靠的方法。

1.3 高效液相色譜法的操作流程

高效液相色谱法的操作流程包括样品制备、色谱条件设定、分析测定和数据处理等步骤。①对水样进行前处理，如固相萃取、溶解或稀释，以提取目标化合物并减少干扰物质。②设定色谱条件，包括流动相的配制、色谱柱的选择和温度控制等，根据目标化合物的特性和分离要求，合理选择色谱参数以实现有效分离与检测。③样品通过进样器引入色谱柱，经过分离柱后进入检测器进行检测，并生成检测信号，记录和分析峰的保留时间和形状，确定目标化合物的存在和浓度。④采集、处理和解释数据，得出目标化合物的浓度结果。数据处理包括峰面积计算、标准曲线绘制和定量分析等步骤，以获得准确的检测结果。

2 高效液相色谱法在水质砷检测中的具体应用

2.1 样品前处理技术

2.1.1 固相萃取法

固相萃取法通过在固相材料上吸附和富集目标化合物，从而减少样品中的干扰物质并提高检测灵敏度。在砷检测中，固相萃取材料常使用具有亲水性的材料，如C18、C8等反相填充材料，样品经过酸化、碱化和调节pH值等处理后，以固定的体积流经固相材料，砷化合物在固相表面吸附，并在洗脱步骤将其从固相上解吸到洗脱溶剂中，固相萃取法能降低干扰物质的存在，有效提高砷的检测灵敏度和准确性。

2.1.2 液液萃取法

液液萃取法可以与高效液相色谱法结合使用，用于水质砷检测。液液萃取法基于样品中化合物在两个不相溶溶液（萃取剂和水样）中的不同溶解度而达到分离或提取目的。常用的液液萃取剂包括甲苯、二氯甲烷等有机溶剂。在砷检测中，根据砷化合物的溶解度，选择合适的有机溶剂进行反萃取。根据不同的液液萃取方法，使用分液漏斗、离心管等设备进行相分离，进而分析萃取相中的砷化合物[3]。液液萃取法具有操作简便、提取效率高的优点，适用于大样品量的处理和砷含量较高的样品。

2.1.3 微波消解法

微波消解法是一种快速、有效的样品前处理技术，常用于水质砷检测。微波消解法利用微波加热的原理，快速提高样品中砷化合物的溶解度，该方法将样品与酸或氧化剂混合，并在微波加热下加压，使样品中的砷化合物溶解。微波消解可高效地破坏样品中的有机物和无机物的结构，使砷化合物更易于测定。消解后的样品经过适当的稀释和调节，再使用高效液相色谱法进行分析测定。微波消解法具有操作简便、耗时短等优点，可广泛应用于环境样品中砷的提取和测定。

2.2 色谱条件优化策略

2.2.1 流动相的选择与配比

高效液相色谱法应用过程中，流动相的优化有利于实现有效分离和提高检测灵敏度。在水质砷检测中，常用的流动相包括水和有机溶剂（如甲醇、乙腈等）。合适的流动相成分能有效控制溶剂的极性，影响化合物在固定相上的保留时间和分离度。

流动相配比优化过程中要考虑样品中目标化合物的极性，并采用试错法或设计实验确定最佳的配比，通常采用梯度洗脱的方式，在分析中逐渐改变流动相的成分来实现对目标化合物的分离。梯度洗脱应根据目标化合物的特性和分离要求，逐步提高或降低有机溶剂的浓度，以调节保留时间和分离度。此外，还需要考虑引入缓冲剂来调节流动相的pH值，以改变化合物的电荷状态和相互作用，选择合适的缓冲剂种类和浓度，提高分离效果和检测灵敏度。

2.2.2 固定相（色谱柱）的选择

固定相（色谱柱）能影响水质砷检测的准确性和灵敏度，色谱柱的选择需要考虑填料材料、填料粒径和柱尺寸。填料材料决定了色谱柱的选择性和分离效果，在水质砷检测中，常用的填料包括反相材料（如C18、C8等），其具有较强的疏水性，适用于疏水性砷化合物的分离。填料粒径和柱尺寸直接影响分离效果和分析时间，较小的填料粒径和柱尺寸能提供更高的分离效率和分辨率，但也会增加压力和分析时间，根据样品的复杂性和分离要求，需要权衡这些因素来选择合适的柱尺寸[4]。色谱柱的選择要考虑色谱柱的稳定性、耐久性和可重复使用性等因素，以确保分析结果的稳定性。

2.2.3 柱温与流速的控制

柱温的选择与样品的分离度和分析时间密切相关，调节柱温能改变样品中化合物的溶解度、扩散速率和分配行为，合适的温度能提高柱效、分离度和检测灵敏度。较高的流速能缩短分析时间，但也会降低分离度和检测灵敏度，流速需要根据分析要求和柱性能进行优化，以实现分离和灵敏度的平衡。优化柱温和流速时，常采用试错法和设计实验的方法，通过调整参数和分析结果的变化来确定最佳的条件组合，以实现对砷的准确、高效检测。

2.3 检测参数的确定与验证

2.3.1 检出限和定量限的计算

在高效液相色谱法应用过程中，检出限（Limit Of Detection，LOD）和定量限（Limit Of Quantitation，LOQ）是评估方法灵敏度的重要参数。检出限是指在给定条件下，仪器能准确检测到目标化合物的最低浓度，而定量限则是能够准确测量结果的最低浓度。

计算检出限和定量限时首先要测量一系列标准溶液，其中包括目标化合物在一定浓度范围内的溶液，分析所测得的样品信号，根据基线噪声法、信噪比法和标准偏差法等进行计算。基线噪声法根据分析结果中的基线噪声，计算出目标化合物在低浓度下的信号与噪声之间的比值，以得到检出限和定量限；信噪比法则是将目标化合物的信号与噪声的差异与其浓度之间的关系进行比较，以确定检出限和定量限；标准偏差法则是分析一系列标准溶液测得的信号的标准偏差，利用统计学原理计算检出限和定量限。

2.3.2 方法的准确度评估

方法的准确度评估是确定分析方法的结果与真实值之间偏差程度的过程。准确度评估常使用标准参考物质进行，测量标准参考物质的浓度，将所得结果与其真实值进行比较，计算偏差和误差。常用的评估指标包括相对误差和回收率。相对误差是测量结果与真实值之间的相对差异百分比，通常不超过±10%。回收率是向实际样品中人为加入标准参考物质，然后测量加入前后的浓度差异，计算加标回收率。高效液相色谱法在水质砷检测中，通常要求回收率在80%～120%。准确度评估时，需要考虑样品基质的干扰和砷形态的转化等因素，并比对标准参考物质的浓度和真实值，验证方法的准确性和可靠性。

2.3.3 方法的精密度测试

方法的精密度测试是评估分析方法的重复性和再现性的过程。在高效液相色谱法的应用过程中，一般通过测量多个重复样品的结果，计算相对标准偏差来评估方法的精密度。重复性是在相同实验条件下，同一操作员对同一样品进行重复测量得到的结果的离散程度。再现性是在不同时间、不同仪器或不同实验室中，对同一样品进行测量得到的结果的离散程度。进行精密度测试时，常使用一系列重复测量样品的结果，计算相对标准偏差，一般要求精密度在2%～5%。精密度测试能评估方法的稳定性和可重复性，并确定分析结果的精确度。

2.4 实际水样中砷的测定

2.4.1 地表水样中砷含量分析

地表水是指在地表自然形成或人工建造的湖泊、河流、水库等水体。检测地表水样中砷含量时，应采用适当的样品前处理技术对地表水样本进行前处理，如固相萃取法或液液萃取法，富集和净化目标化合物，对前处理后的样品进行高效液相色谱法分析。在选择高效液相色谱条件参数时，需要考虑砷形态转化和基质干扰等因素。为了提高测定结果的准确性和灵敏度，常常需要采用化学洗脱和前柱衍生化等技术[5-6]。

2.4.2 地下水样本中砷含量分析

地下水是指地下土壤中的水体，是重要的饮用水和工业用水来源。利用高效液相色谱法对地下水样本中砷含量进行检测时，首先需要采集地下水样本，并进行适当的前处理，如采用固相萃取法或液液萃取法进行砷的富集和净化。地下水样本中存在多种砷形态，有机砷和无机砷的含量不同，因此需要选择适当的色谱柱和流动相来实现它们的有效分离。高效液相色谱法是检测地下水样本中砷含量的常用方法，其通过固定相上的分离基质将样品中的砷分离出来，并利用检测器检测其浓度。在地下水样本中，无机砷是最常见的形式，具有较高的毒性，高效液相色谱法利用色谱柱的特定性质和固定相，通过物质在流动相和固定相之间的相互作用实现对砷的有效分离。为了提高分析结果的准确性和灵敏度，通常需要对地下水样本进行前处理，如过滤和固相萃取。

2.4.3 饮用水样本中砷含量分析

饮用水的安全对人类健康至关重要，因此及时准确地测定饮用水中砷的含量对于确保人们的身体健康至关重要。高效液相色谱法是一种常用的分析技术，可以有效检测和分析饮用水样本中的砷含量。为了提高分析的准确性和灵敏度，通常需要进行样品前处理，如过滤和固相萃取，以去除干扰物质。在高效液相色谱分析中，通常使用特定的色谱柱和流动相以实现对砷的有效分离和检测。在分离过程中，基于其与色谱柱上的固定相发生相互作用，使其在色谱柱中被分离出来，然后通过检测器进行砷含量检测。对于无机砷和有机砷的检测，通常使用的检测器不同，如紫外检测器或荧光检测器，以提高测定的灵敏度和特异性。

3 结语

本文综述了高效液相色谱法在水质砷检测中的应用研究，总结了关键的方法和技术。通过合理选择和优化前处理技术、色谱条件和检测参数，高效液相色谱法能够实现对水样中砷含量的准确测定。目前，该技术仍存在一些挑戰和改进的空间，后续研究应重点关注前处理方法的改进、色谱条件的优化、检测参数的验证，并加强实际应用和验证，推动高效液相色谱法在水质砷检测领域的广泛应用，并与其他分析方法相结合，提高水质监测的整体水平。

参考文献

[1]翁荣莉.高效液相色谱技术在水质检测中的应用探讨[J].皮革制作与环保科技，2024，5（1）：8-10.

[2]陈清.高效液相色谱与质谱联用技术在水质检测中的应用探讨[J].全面腐蚀控制，2021，35（10）：107-108.

[3]陈柳源．高效液相色谱技术在水质检测中的应用研究[J].科学与财富，2017（4）：45.

[4]杨海蓉，李永锋.高效液相色谱技术在水质检测中的应用研究[J].广东化工，2020，47（3）：201.

[5]李锰.高效液相色谱技术在水质检测中的应用分析[J].绿色科技，2018（16）：66-67.

[6]魏顺芝.高效液相色谱技术在水质检测中的应用分析[J].地下水，2017，39（6）：79-80.