GBT 43966-2024 高效液相色谱-四极杆电感耦合等离子体质谱联用法通则标准立项发展报告

高效液相色谱-四极杆电感耦合等离子体质谱联用法通则标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:GeneralRulesforHighPerformanceLiquidChromatography-QuadrupoleInductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry摘要高效液相色谱-四极杆电感耦合等离子体质谱联用技术（HPLC-Q-ICP-MS）作为元素形态分析的核心分析工具，融合了高效液相色谱的高效分离能力与电感耦合等离子体质谱的高灵敏度、多元素同时检测优势，已成为食品安全、环境监测、临床检验及药物分析等领域不可或缺的标准分析方法。随着元素形态分析需求的日益增长，行业内对该技术规范化应用的呼声不断提高，亟需建立统一的通用技术标准。在此背景下，国家标准化管理委员会批准发布了GB/T43966-2024《高效液相色谱-四极杆电感耦合等离子体质谱联用法通则》，该标准于2024年4月25日发布并同日实施。本标准系统规定了高效液相色谱-四极杆电感耦合等离子体质谱联用分析方法的术语定义、原理、试剂材料、仪器设备、测试步骤、数据处理及质量保证与控制等关键技术要求，填补了我国在该技术领域通用标准的空白。本报告系统梳理了该标准的立项背景、制定过程、主要技术内容及其行业影响，分析了标准的技术先进性与实用性，并对标准未来在相关领域的推广应用前景进行了展望。关键词：高效液相色谱；四极杆电感耦合等离子体质谱；联用技术；元素形态分析；分析方法通则；标准化Keywords:HighPerformanceLiquidChromatography;QuadrupoleInductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry;HyphenatedTechnique;ElementalSpeciationAnalysis;GeneralRulesofAnalyticalMethod;Standardization1引言元素在自然界中并非仅以单一形态存在，其化学形态（包括价态、有机态、络合态等）与其毒性、生物可利用性及环境行为密切相关。例如，三价砷（As³⁺）与五价砷（As⁵⁺）的毒性差异显著，而有机汞与无机汞的生物富集效应截然不同；铬的六价形态具有强致癌性，而三价铬则是人体必需的微量元素。因此，仅测定元素的总量已无法满足现代分析科学对食品安全、环境监测、职业健康等领域日益严格的要求，元素形态分析应运而生。在众多形态分析技术中，高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术以其卓越的分离性能和灵敏的元素检测能力脱颖而出。其中，四极杆电感耦合等离子体质谱（Q-ICP-MS）因性价比高、操作便捷、稳定性好等优势，成为目前应用最为广泛的ICP-MS类型。该联用技术已广泛应用于砷形态、汞形态、硒形态、铬形态、锡形态等多种元素的形态分析，在国家标准和行业标准中得到了日益广泛的应用。然而，长期以来，我国在该领域缺乏一项系统、通用的方法通则类标准。各实验室在仪器参数设置、色谱条件选择、数据处理方法及质量控制措施等方面存在较大差异，导致分析结果的可靠性和可比性不足。为此，制定一项科学、规范的方法通则类国家标准，统一高效液相色谱-四极杆电感耦合等离子体质谱联用分析方法的通用技术要求，具有重要的现实意义和深远的行业影响。2标准立项背景2.1技术发展现状高效液相色谱-四极杆电感耦合等离子体质谱联用技术（HPLC-Q-ICP-MS）的发展可追溯至二十世纪八十年代。1980年，Hirschfeld首次提出了联用技术的概念，此后色谱分离技术与原子光谱检测技术的联用逐渐成为分析化学的重要发展方向。1990年代，随着ICP-MS技术日趋成熟，HPLC与ICP-MS的在线联用实现了从“总量分析”到“形态分析”的跨越。该技术的核心原理在于：样品经高效液相色谱分离后，不同形态的目标化合物按保留时间依次洗脱，通过接口系统在线引入ICP-MS的等离子体炬中，在高温（约6000-10000K）下被原子化、电离，随后经四极杆质量分析器按质荷比进行分离检测。HPLC部分提供分离能力，ICP-MS部分则作为元素特异性检测器，两者通过接口的优化耦合实现连续在线分析。近年来，该技术呈现出以下发展趋势：一是色谱分离模式的多样化，反相色谱、离子交换色谱、尺寸排阻色谱等多种模式各有应用场景；二是接口技术的改进，包括雾化效率提升、基体效应抑制等；三是与样品前处理技术的联用，如固相萃取、衍生化等技术的前置集成；四是数据处理智能化，基于色谱保留时间、同位素比值等多维信息的定性定量方法不断丰富。2.2国内外标准现状在国际标准化层面，国际标准化组织（ISO）和国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）等机构已发布了一系列与元素形态分析相关的标准和技术报告。欧盟标准化委员会（CEN）在食品安全领域的元素形态分析标准制定方面起步较早，如EN16802:2016规定了食品中无机砷的测定方法。美国环境保护署（USEPA）也发布了多项与形态分析相关的方法标准。在我国，涉及高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术的国家标准和行业标准近年来快速增长。在食品安全领域，GB5009.11-2024《食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定》中采用了HPLC-ICP-MS方法测定无机砷；GB5009.17-2021规定了食品中总汞及有机汞的测定方法。在环境监测领域，HJ766-2015《固体废物金属元素的测定电感耦合等离子体质谱法》等标准也有所涉及。在检验检疫行业标准（SN系列）中，多项标准涉及HPLC-ICP-MS联用技术。然而，上述标准均针对特定样品基质和特定目标元素而制定，属于产品方法标准或专项检测标准，其适用范围有限，无法涵盖该联用技术的通用性技术问题和共性要求。在通用方法标准层面，我国此前尚无一项专门针对高效液相色谱-四极杆电感耦合等离子体质谱联用法的通则类标准。这种局面导致方法开发者在建立新分析方法时缺乏统一的指导性技术文件，不同标准之间的仪器参数、试剂要求、方法验证指标等存在差异，不利于技术的规范化发展。2.3立项必要性（1）规范技术应用的需要。HPLC-Q-ICP-MS联用技术涉及色谱分离、接口耦合、质谱检测、数据处理等多个技术环节，各环节的参数设置相互影响、错综复杂。通则类标准的制定有助于统一对关键技术和核心参数的认识，为方法开发和日常操作提供规范化指引。（2）保障检测结果可靠性的需要。形态分析结果的可靠性高度依赖于分析条件的优化和质控措施的到位。通过建立统一的性能指标（如检出限、精密度、加标回收率等）要求，可有效保障不同实验室间检测结果的可比性。（3）促进标准体系完善的需要。GB/T43966-2024的发布填补了通用方法标准的空白，与各专项检测标准形成配套，完善了元素形态分析标准体系，有助于推动该技术在更广泛领域的应用。（4）对接国际标准的需要。该标准的制定参考了国际先进技术规范，有助于提升我国在元素形态分析标准化领域的国际影响力和话语权。3标准主要内容GB/T43966-2024《高效液相色谱-四极杆电感耦合等离子体质谱联用法通则》作为一项方法通则类国家标准，其内容涵盖了该联用方法从原理到操作全流程的通用技术要求。3.1适用范围本标准规定了高效液相色谱-四极杆电感耦合等离子体质谱联用法的术语和定义、方法原理、试剂和材料、仪器与设备、样品处理、色谱分析条件的选择与优化、质谱检测条件的设置、定性和定量分析、干扰消除、质量保证与控制以及试验记录与报告等通用技术要求。适用于采用HPLC-Q-ICP-MS技术对液体样品或经前处理后转化为液体状态的固体样品中目标元素各形态的定性和定量分析。标准所适用的目标元素范围涵盖但不仅限于：砷（As）、汞（Hg）、硒（Se）、铬（Cr）、锡（Sn）、锑（Sb）、溴（Br）、碘（I）等可通过液相色谱分离并可经电感耦合等离子体质谱检测的元素形态。3.2方法原理高效液相色谱-四极杆电感耦合等离子体质谱联用法的方法原理可概括为：样品溶液经高效液相色谱系统进样后，目标化合物在色谱柱上基于不同形态组分与固定相之间的相互作用差异实现分离。经分离的各形态组分随流动相依次洗脱，通过接口系统（通常包含雾化器和雾化室）转化为气溶胶后进入电感耦合等离子体炬中。在等离子体高温（约6000-8000K）作用下，样品组分经蒸发、原子化、电离等过程，形成带正电荷的离子。这些离子经采样锥和截取锥进入质谱仪的真空系统，在离子透镜系统的聚焦和传输下进入四极杆质量分析器。四极杆质量分析器通过施加特定射频（RF）和直流（DC）电压组合，实现按质荷比（m/z）对目标离子进行选择性过滤，最终由电子倍增器或类似的检测器进行离子计数检测。该联用技术的核心优势在于：色谱分离在常压条件下进行，而质谱检测在超高真空条件下进行，两者通过接口系统实现了压力和流速的匹配转换。四极杆质量分析器具有扫描速度快、灵敏度高、稳定性好、操作维护相对简便等优点，能够满足大多数元素形态分析的检测需求。3.3关键技术要求（1）试剂与材料。标准对实验用水（一般为超纯水，电阻率≥18MΩ·cm）、色谱级有机溶剂（甲醇、乙腈等）、各形态标准品及内标物、pH调节剂、缓冲盐等试剂的质量等级和储存条件提出了明确要求。标准品应溯源至有证参考物质或采用纯度已知的标准物质进行标定。（2）仪器设备。高效液相色谱仪应具备梯度洗脱功能（如需），泵流量精度RSD应≤0.3%，进样器进样量精度RSD应≤1.0%。四极杆电感耦合等离子体质谱仪应具备标准的接口、离子透镜系统、四极杆质量分析器和检测器，质量分辨率和灵敏度应满足目标元素分析要求。色谱与质谱的接口部分应配备适宜的雾化器（如同心雾化器或微流雾化器）和雾化室（如旋流雾化室或斯科特雾化室），确保在色谱流速条件下获得较高的雾化效率。（3）样品处理。样品前处理应遵循以下原则：保持目标元素各形态的原始分布状态不被破坏（不改变价态、不引起形态转化）、满足仪器检测灵敏度要求、适应色谱分离体系。常见的前处理方法包括：水或缓冲溶液直接提取、稀酸提取、酶解提取、固相萃取富集净化等。标准对提取溶剂选择、提取时间、温度控制、pH调节等条件提出了通用指导要求。（4）色谱条件的优化。流动相的选择应综合考虑目标分析物的性质（酸碱性、极性、电荷状态等）以及色谱柱的适用范围。缓冲液的种类、浓度、pH值直接影响分离效果和质谱信号的稳定性。流动相中含盐量较高时，可能造成ICP-MS采样锥和截取锥的堵塞和基体效应增强，应通过优化流速和稀释系数等进行平衡。标准推荐了色谱柱选择（如阴离子交换柱、C18反相柱等）、柱温控制、流速范围（通常为0.3-1.5mL/min）等通用参数范围。（5）质谱条件的优化。射频功率（通常为1200-1600W）、载气流量（通常为0.8-1.2L/min）、辅助气流量、采样深度（通常为5-10mm）、碰撞反应池参数（如使用）等关键参数的优化应以目标元素的灵敏度最大化和基体干扰最小化为目标。标准强调，在优化质谱参数时，应采用适宜浓度的调谐液对仪器进行调谐，确保质量轴准确性和灵敏度满足分析要求。（6）干扰消除。标准系统阐述了HPLC-Q-ICP-MS分析中可能遇到的干扰类型及其消除策略。多原子离子干扰可通过碰撞反应池技术（如氦气碰撞模式、氢气反应模式）进行有效抑制；同量异位素干扰可通过选择无干扰同位素或采用高分辨质谱进行区分；基体效应可通过内标校正、标准加入法或稀释等手段予以补偿；色谱分离过程中的碳沉积效应可通过优化等离子体条件和引入适宜氧气流量进行消除。（7）定性和定量分析。定性分析依据目标分析物色谱峰的保留时间与标准品的保留时间进行比对确认，必要时可采用标准加入法进一步确证。定量分析可采用外标法、内标法或标准加入法。内标物的选择应遵循物理化学性质与目标分析物相近、天然样品中不含或含量极低、对目标分析物的分离和检测无干扰等原则。标准对各定量方法的适用情形和计算方式做出了明确规定。（8）质量保证与控制。标准设置了系统的质量控制要求，包括：仪器性能核查（质量轴校准、灵敏度检查、氧化物产率、双电荷产率等）、方法性能验证（线性范围、检出限、定量限、精密度、准确度等）、空白试验、平行样测定、加标回收率测定、有证标准物质/质控样品测定等。标准明确要求每批样品分析应设置空白样品、平行样品、加标样品和质控样品，并对各项质控指标的可接受范围提出了参考值。4标准制定的主要参与单位GB/T43966-2024《高效液相色谱-四极杆电感耦合等离子体质谱联用法通则》由全国仪器分析测试标准化技术委员会（SAC/TC481）归口管理。在该标准的制定过程中，中国计量科学研究院作为主要起草单位发挥了核心作用。中国计量科学研究院（NationalInstituteofMetrology,NIM）是国家最高的计量科学研究中心和国家级法定计量技术机构，隶属国家市场监督管理总局。作为国家计量院，NIM承担着建立国家计量基准和标准、研制标准物质、开展量值传递和溯源、承担计量标准和测试方法的国际比对等核心任务。在化学计量与分析领域，NIM设有化学计量与分析科学研究所，长期致力于元素形态分析技术的理论研究和标准化工作，在砷、汞、硒、铬等元素的形态分析方面积累了丰富的研究经验和多项核心技术成果。在高效液相色谱-四极杆电感耦合等离子体质谱联用技术领域，中国计量科学研究院取得了多项代表性成果：研制了多种元素形态分析标准物质（如砷形态溶液标准物质、汞形态溶液标准物质等），为形态分析结果的可靠性和溯源性提供了关键物质基础；建立了基于HPLC-ICP-MS联用技术的多种食品和环境基体中元素形态的准确测量方法；积极参与国际计量委员会（CIPM）框架下的国际比对研究，在国际元素形态分析测量能力方面取得了显著成绩。在本标准的制定过程中，中国计量科学研究院负责牵头组织标准的整体框架设计，起草标准的核心技术内容，开展实验室间的协同验证实验，汇总和分析实验数据，编写标准文本及编制说明。此外，中国计量科学研究院还联合了中国检验检疫科学研究院、多家省级质量检验机构、高等院校和仪器厂商等单位共同参与研究和验证工作，确保了标准内容的科学性、全面性和可操作性。5标准的技术特点与创新5.1系统性与已有的专项产品标准不同，GB/T43966-2024采取了“通则”式的编写模式，从方法原理到操作细节对HPLC-Q-ICP-MS联用技术进行了全面而系统的规范。标准内容涵盖了样品处理、色谱分离、质谱检测、数据处理等全流程的技术要求，构建了该联用技术完整的通用方法框架。5.2兼容性与灵活性标准充分考虑了不同实验室在仪器配置、应用领域、目标分析物等方面的差异，在技术指标设定上兼顾了一定的弹性空间。例如，在色谱条件部分，标准并未将特定色谱柱或流动相配比固定化，而是以性能指标为导向（如分离度、灵敏度等），允许方法开发者根据具体应用场景进行选择和优化。这种“基于性能”的规范理念体现了当代标准制定的先进思想。5.3质量保证体系的嵌入标准将质量保证与控制理念贯穿于全部分析流程之中，从仪器核查、方法验证到日常分析质量控制，构建了三级质控体系。这一设计确保了标准不仅适用于方法开发阶段的性能确认，也能有效指导实验室日常分析的质量控制工作。6标准实施的意义与展望6.1实施意义GB/T43966-2024的发布与实施对我国元素形态分析标准化工作具有里程碑意义。首先，该标准填补了通用方法标准的空白，与各专项检测标准形成了“通则+专项”的有机配