野外快速檢測偏硅酸等指標(biāo)在礦泉水源地調(diào)查中的應(yīng)用

彭文彪，戴林湘，劉俊峰，周 安，朱小燕

（1.湖南省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院；2.湖南省核工業(yè)地質(zhì)局放射性元素檢測中心，長沙 410011）

近年來，人們對飲用水的重視達(dá)到了新高，地?zé)峥辈楹惋嬘锰烊坏V泉水勘查逐漸成為當(dāng)前地礦勘探的新寵。從2009年至2014年，礦泉水市場規(guī)模和產(chǎn)量均呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的態(tài)勢。飲用天然礦泉水對水質(zhì)有著嚴(yán)格的要求，其界限指標(biāo)、限量指標(biāo)、微生物指標(biāo)須嚴(yán)苛檢驗。水質(zhì)檢測對水質(zhì)的采集、樣品的保存與管理做了相應(yīng)的要求。礦泉水水源地選區(qū)在進行大范圍高密度采樣，以期發(fā)現(xiàn)潛在礦泉水點或線索時，采樣分析工作將變得繁重，大量水樣送往實驗室耗時較長，花費時間少則一天，多則數(shù)十天，乃至數(shù)月[1]。由于野外采樣工作較長和樣品保存時限較短，只能分批送檢，導(dǎo)致項目成本上升。如何快速經(jīng)濟檢測礦泉水部分重要指標(biāo)，篩選可能性較大的水樣送實驗室全面檢測，值得探討。

在快速檢測水質(zhì)方面，目前有較多研究成果。趙學(xué)亮等針對水文地質(zhì)調(diào)查中碳酸氫根和碳酸根難以現(xiàn)場檢測的問題，研制了水中碳酸氫根和碳酸根快速檢測儀器，室內(nèi)和野外試驗證明，該儀器工作穩(wěn)定、檢出限低、快速和穩(wěn)定性高，相對誤差低于10%，具有廣泛的應(yīng)用前景[1]。戰(zhàn)楠等利用雙電極法（pH和二氧化碳電極），可以現(xiàn)場快速檢測地下水和湖水中碳酸氫根和碳酸根[2]。針對污染檢測或某些組分的檢測，其他學(xué)者實現(xiàn)了野外現(xiàn)場快速檢測，取得了較好的成果[3-5]。但對于野外礦泉水快速檢測并確定重點水樣點，目前未見相關(guān)文獻報道。

針對上述問題，為快速檢測評估水樣，本文通過分析選取幾項重要指標(biāo)，對水樣進行野外檢測，建立野外流動實驗室，對野外測試達(dá)標(biāo)的水樣集中取樣送實驗室檢測，極大地提高了野外工作效率，減少了檢測費用。因此，該方法在礦泉水的選區(qū)調(diào)查中具有較好的應(yīng)用效果。

1 檢測因子的選取

按《飲用天然礦泉水》（GB8537-2008）要求，飲用天然礦泉水檢測指標(biāo)共65項，未列入該標(biāo)準(zhǔn)中但與水質(zhì)相關(guān)檢測項目還有氧化還原電位（ORP）等。這些檢測項目中，有的檢測項目較簡單，根據(jù)人體感官便可評定，如氣味、渾濁度等。另一些檢測項目則可能具有一定相關(guān)性，例如，地表水的各項陰陽離子含量較少，其溶解性總固體較低。游離二氧化碳含量與pH有相關(guān)性，較高游離二氧化碳含量的地下水其pH較低等，人類活動對地下水pH也有一定影響[6-7]。

盡可能少地選取檢測項目，并可方便在野外實施，是提高調(diào)查工作效率的重要手段。本文選擇pH、TDS（溶解性總固體）、水溫、ORP、偏硅酸和游離二氧化碳6項檢測項目作為野外礦泉水篩選的重要指標(biāo)。這些指標(biāo)均是重要的水文地球化學(xué)環(huán)境指示標(biāo)志：pH是重要的地下水環(huán)境指標(biāo)，不同酸堿性條件下地下水中的元素表現(xiàn)出不同的化學(xué)狀態(tài)，游離CO2反映了水溶液二氧化碳分壓，影響酸堿度。根據(jù)戰(zhàn)楠等人的研究，利用雙電極法（pH和二氧化碳電極）可以現(xiàn)場快速檢測地下水和湖水中碳酸氫根和碳酸根，并且在碳酸氫根和碳酸根含量較低的地下水和湖水樣品中，滴定法并不適用，而檢出限較低的電極法則適用。地下水的TDS表征水中溶解的離子多少，是礦泉水界限指標(biāo)之一，可以反映地下水的徑流速度、徑流長度、循環(huán)深度等[8]。

地下水水溫的高低能反映地下水循環(huán)的深度，一般溫度越高，循環(huán)深度越大，礦物質(zhì)含量越高。ORP綜合pH等其他水質(zhì)指標(biāo)可以反映地下水的形成環(huán)境，判別是否受到污染。偏硅酸、游離二氧化碳本身是礦泉水8項界限指標(biāo)中的兩項，同時根據(jù)SiO2含量可以估算地下水的熱動力平衡溫度和熱儲深度，高SiO2含量意味著礦泉水的形成溫度較高、形成深度較大，這兩個條件有利于其他礦物質(zhì)的溶解。

2 流動實驗室的組建

野外流動實驗室，具體組成的儀器設(shè)備為手持pH計、手持電導(dǎo)率儀（可測溶解性總固體）、溫度計、游離二氧化碳&氧化還原電位等多功能分析儀、硅酸根分析儀、大功率鋰電池、各種玻璃器具（三角瓶、燒杯等）、試劑藥物天平、去離子水器、便攜式折疊臺等，用于運輸實驗設(shè)備的越野車等。將儀器設(shè)備安放在儀器箱中，然后放置在越野車后備箱中，可以實現(xiàn)長距離安全運輸，方便在野外開展相關(guān)試驗工作，野外化驗占地非常小，流動性非常強，既可批量就近測試，也可在取樣點現(xiàn)場測試。主要試驗儀器技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 主要儀器設(shè)備簡介

3 檢測結(jié)果準(zhǔn)確性分析

pH、TDS（溶解性總固體）、水溫、ORP、偏硅酸、游離二氧化碳測試技術(shù)為目前現(xiàn)有成熟技術(shù)，結(jié)果準(zhǔn)確度較高。為了對比野外測試結(jié)果和實驗室結(jié)果，將送檢實驗室樣品的分析結(jié)果與野外測試結(jié)果進行對比，對比結(jié)果如表2～表5所示。水溫、ORP按現(xiàn)場測試值則無需對比。

由表2～表5可以看出，pH值野外測試結(jié)果與實驗室結(jié)果吻合較好，二氧化碳與偏硅酸測試值比實驗室測試偏高。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，游離二氧化碳測試需在現(xiàn)場進行，并且根據(jù)多次試驗情況，取水樣后，隨著時間的推移、氣體不可避免或多或少逃逸，導(dǎo)致測試值相應(yīng)偏低，因此現(xiàn)場測試二氧化碳值應(yīng)比實驗室準(zhǔn)確。表2中，偏硅酸值野外測試結(jié)果與實驗室有較大偏差，這與受儀器量程限制（所用儀器量程為0～199.9 μg/L（Si），對應(yīng)于H2SiO3量程為0～0.57 mg（H2SiO3）），與稀釋水樣有關(guān)，一般稀釋倍數(shù)越大，偏差也容易增大，野外操作一般稀釋的倍數(shù)有100倍、200倍、500倍和1000倍。不過，由于是野外操作控制，控制精度達(dá)不到實驗室標(biāo)準(zhǔn)。總體就野外檢測而言，檢測結(jié)果較準(zhǔn)確，可以作為礦泉水檢測參考依據(jù)，在一定程度上能夠分析出水樣的形成深度和形成條件。

表2 野外測試結(jié)果和實驗室結(jié)果對比（偏硅酸）

表3 野外測試結(jié)果和實驗室結(jié)果對比（游離二氧化碳）

表4 野外測試結(jié)果和實驗室結(jié)果對比（pH）

表5 野外測試結(jié)果和實驗室結(jié)果對比（TDS）

4 時效性與經(jīng)濟分析

偏硅酸分析測試時間較長，野外測試步驟為儀器預(yù)熱、標(biāo)定和試劑反應(yīng)時間上，一般一天標(biāo)定一次儀器即可，故當(dāng)測試的樣品較多時，平均每個樣品的測試時間分?jǐn)傋兩佟８鶕?jù)野外工作情況，一般一天采集6～8個樣，分析化驗6個指標(biāo)所需時間為4～7 h，平均5 h左右，高效快捷。

若某項目共需取水樣N個，如按每個水樣進行礦泉水全分析，按《地質(zhì)調(diào)查項目預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)2010》分析測試費用為N×1957。如采取野外篩選，只對野外測試礦泉水界限指標(biāo)達(dá)標(biāo)的水樣送實驗室進行全分析，若野外達(dá)標(biāo)率為M，則分析測試費用總共為N×18+N×M×1957。一般M較小，故經(jīng)濟性好。

5 實際運用效果

筆者所在單位在承擔(dān)本單位的CSJ-SP礦泉水選區(qū)立項研究當(dāng)中，利用流動實驗室，通過野外分析6項指標(biāo)，野外現(xiàn)場測試水樣78份，發(fā)現(xiàn)偏硅酸達(dá)標(biāo)的水樣33份，這些水樣TDS大于100，ORP和pH正常，將這些水樣送實驗室進行礦泉水全分析，發(fā)現(xiàn)偏硅酸指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，其他指標(biāo)符合礦泉水要求。另送檢1份偏硅酸未達(dá)標(biāo)的水樣作為對比，實驗室測試偏硅酸值也未達(dá)標(biāo)。可見篩選準(zhǔn)確，準(zhǔn)確率基本能達(dá)到100%，基本杜絕了實驗費的浪費，節(jié)約了成本。

6 結(jié)論

通過pH、TDS（溶解性總固體）、水溫、ORP、偏硅酸、游離二氧化碳水文地球化學(xué)環(huán)境等檢測項目的野外檢測，人們可以定量分析地下水的礦物質(zhì)含量，進一步評價礦泉水的可能性。在初評的基礎(chǔ)上，通過實驗室全面檢測，能夠有效節(jié)約時間和經(jīng)濟成本。本文總結(jié)的方法具有一定的使用價值和借鑒意義。