电感耦合等离子体质谱法测定湖州地区瓶装天然饮用水中的10种金属元素及污染物元素

杨帆

摘 要：通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术对湖州地区不同水源地生产的瓶装天然饮用水中的10种金属元素及污染物元素进行检测和分析，以期通过此种方法追溯污染物来源，为水源地的选择和污染防治提供科学理论依据，结果表明，湖州地区水源地的主要污染物为Ni和Cr，高山水水质优良，矿化率高。

关键词：金属元素；污染物；天然饮用水

水在人们日常生活中扮演着至关重要的角色。市面上在售的包装饮用水分为天然矿泉水、饮用纯净水和其他饮用水3类，受资源限制，本地山泉水矿化度低，而淡水湖泊资源丰富，因此除了纯净水之外，本地市民普遍饮用天然饮用水。ICP-MS是一种新型的痕量或超痕量分析仪器，从20世纪80年代发展起来，可同一时间快速测定多种元素。近年来，不少研究者致力于将ICP-MS全定量方法应用于检测水中的痕量元素，并取得了阶段性进展[1-3]。本文主要采集本市不同地区水源地的瓶装天然饮用水，运用ICP-MS技术分析天然饮用水中的10种微量元素，并进行区域性比较。探索本地饮用水水源优劣势，为本土天然饮用水寻求品质突破、扩大市场格局及制定营销策略提供理论依据。

1？材料与方法

1.1？样品来源

样本为购买自本市3个地区的市售瓶装天然饮用水，放置于4 ℃冰箱冷藏以保存水样。

1.2？主要仪器与试剂

Agilent7900 ICP-MS；Milli-Q 超純水机制备的超纯水；浓HNO3（德国默克）；33种元素混合标准储备液（美国IV）；内标元素混合溶液（美国IV）；ICP-MS调谐液（Agilent）。

1.3？实验方法

1.3.1 样品前处理

取出储存于4 ℃冰箱中的水样，用移液管吸取45 mL水样，经0.45 μm针头式滤膜过滤后，转移至 50 mL的一次性药用聚乙烯瓶中，加入5 mL浓硝酸酸化，待测。

1.3.2 标准曲线的绘制与进样

根据文献资料[4-5]及实验探索建立多种金属元素的混合标准曲线。将待测样品和标准曲线溶液放置于ICP-MS自动进样盘进样检测。

1.3.3 ICP-MS工作参数

冷却气流速：15 L/min；载气流速：1.00 L/min；辅助气体流速：0.9 L/min；功率：1 500 W；雾化室温度：2 ℃；氦气流速：4.3 mL/min；采样深度：8 mm；元素重复采样次数：3。

2？结果与讨论

2.1？实验数据可靠性分析

本文建立了同时测定多种金属元素的分析方法，10种元素的标准曲线的线性相关系数均达到0.999以上。稳定性良好。方法准确可靠。

2.2？湖州地区天然饮用水中元素分布情况及水质分析

2.2.1 湖州地区天然饮用水中重金属元素与污染物元素分布情况

Pb、Cd、Ni、Cr和As元素是影响水源质量的主要元素。饮用水中这些重金属元素存在或含量过大会对当地居民饮用水安全会构成潜在危害风险，湖州地区天然饮用水水源地水中这些重金属元素的含量检测结果见表1。

水源地水的重金属元素分布呈现区域特征。检测得到长兴地区天然水中Ni为主要污染物。安吉地区的Cr为主要污染物。长兴地区生产的天然饮用水总重金属元素含量整体水平高，德清地区毗邻天目山脉，拥有优质的莫干山水资源，水源受污染程度最轻，水质更加洁净。

从本地水质数据来看，Cr和Ni的含量具有相关性，这可能与土壤中元素的分布特征有关，补建伟2016年研究发现，土壤中的Ni、As和Cr含量关系密切[6]。在丘陵平原地区，土壤中的金属元素可能更容易渗透进而迁移到水中。

2.2.2 湖州地区天然饮用水中微量元素分布情况

对湖州地区天然饮用水水源地水中的4种微量元素进行检测，数据见表2。

对人体健康有益的微量元素硒Se和锶Sr通常作为矿泉水的检测指标，从表2中得知，Se元素在本地所有地区的天然饮用水中几乎无检出，说明湖州地质中缺少天然硒的存在，3个地区均检测到少量Sr在，并以长兴地区尤为突出，锶是一种亲骨性元素，可以改善心血管功能，增强神经肌肉的兴奋性[7]。4号和7号饮用水皆为高山泉水，Sr的含量要显著高于地表或地下天然水，说明高山水源水质更加优质。Zn和Mn因对DNA聚合酶和RNA聚合酶的催化作用被称为生命动力元素[8]，在长兴地区的天然饮用水中，普遍检测到Zn、Mn元素，其中7号与8号高山泉水再次显示出一定的优越性，矿物元素的形成与高山水源的水岩作用有关[9]。

3？结论

长兴地区饮用水的污染物元素含量最高且Ni为主要污染元素；安吉地区次之且Cr为主要污染物，德清地区污染物元素含量最低。Cr和Ni的含量具有明显相关性，表明其或具有相同的污染物来源，为本地的水源保护和污染防范提供线索支撑。

高山水的水质显著优于地表水，表现在富含多种有益元素，污染物元素含量更低。可能是由于高山水源避开了地表人类活动的干扰以及水岩作用下的高山水源，矿化率更高。

参考文献

[1]谢云欣，李东雷，左宇昕.ICP-MS检测饮用水中汞的方法研究[J].生命科学仪器，2009（7）：19-20.

[2]刘妍.ICP-MS测定生活饮用水中的金属元素[J].广东化工，2006，8（33）： 83-85.

[3]耿梦含.电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）在饮用水金属元素分析中的应用研究[D].北京：中国人民解放军军事科学院，2016.

[4]崔晓娇，周鹏.电感耦合等离子体质谱同时测定饮用水中42种元素[J].食品安全导刊，2018（8）：68-73.

[5]陈鲁松.曲靖市辖区水环境中痕量金属元素的线性指纹图谱特征及应用设想[J].环境科学导刊，2019，38（4）： 87-90.

[6]田言亮.湿润区水循环条件对土壤金属元素分布的影响特征与机制[D].北京：中国地质科学院，2019.

[7]张小雨.长白山天然矿泉水水质特性及健康意义研究[D].长春：吉林建筑工程学院，2009.

[8]程润，周游，刘卫卫，等.巴马水与其他地区水的生命动力元素比较及与巴马人长寿关系的考察[J].北京化工大学学报（自然科学版），2012，39（2）：18-22.

[9]Aa M V D. Classification of mineral water types and comparison with drinking water standards[J]. Environmental Geology，2003， 44（5）：554-563.