惠陽(yáng)區(qū)生活飲用水中稀土元素含量及分布狀況

段先兵，周獻(xiàn)峰，黃紫欣

（惠州市惠陽(yáng)區(qū)疾病預(yù)防控制中心，廣東惠州 516211）

自然界中含有豐富的金屬元素，其中包含稀土元素。稀土元素是一組性質(zhì)相似的元素，是地球化學(xué)、環(huán)境化學(xué)研究中非常重要的天然示蹤劑，在污染來(lái)源解析和生物可獲得性研究方面可提供重要依據(jù)[1-4]。稀土元素在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用在不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致其越來(lái)越多地進(jìn)入環(huán)境（土壤、水體）中，稀土元素污染已成為繼化學(xué)農(nóng)藥、重金屬元素和有機(jī)污染物后出現(xiàn)的又一個(gè)環(huán)境熱點(diǎn)問(wèn)題[5]。稀土元素在土壤及自然水體中的日積月累以及遷移將直接影響到人們?nèi)粘Ｉ钪械娘嬘盟|(zhì)。水質(zhì)檢測(cè)是保障人們飲水安全的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，由于國(guó)家暫未制定生活飲用水中稀土元素的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和衛(wèi)生限值，在日常監(jiān)測(cè)中，常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目并未涉及稀土元素，因此很容易忽視飲用水中稀土元素對(duì)人體健康的影響。已有研究表明，若進(jìn)入人體的稀土元素劑量過(guò)高會(huì)對(duì)生物體具有一定的毒性，故對(duì)生活飲用水中稀土元素進(jìn)行含量測(cè)量、分析具有重要意義。本文對(duì)廣東省惠州市惠陽(yáng)區(qū)生活飲用水中稀土元素含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析，可為惠陽(yáng)區(qū)飲用水中稀土元素衛(wèi)生限值的制定提供參考，同時(shí)可為政府相關(guān)部門(mén)完善對(duì)生活飲用水的監(jiān)督、監(jiān)管工作，確保全區(qū)人們的飲水安全提供數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 樣本

以2021年3月、4月、7月、12月惠陽(yáng)區(qū)轄區(qū)內(nèi)淡水、秋長(zhǎng)、鎮(zhèn)隆、沙田、新圩、平潭、永湖、良井和三和經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)9個(gè)街道（鎮(zhèn)）的生活飲用水（包括水源水、出廠水、末梢水、二次供水）為樣本，每季度為80份，共320份。

1.2 試劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液

硝酸（優(yōu)級(jí)純），德國(guó)默克公司；16種稀土元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液[10 μg·mL-1，鈰（Ce）、鏑（Dy）、鉺（Er）、銪（Eu）、釓（Gd）、鈥（Ho）、鑭（La）、镥（Lu）、釹（Nd）、鐠（Pr）、鈧（Sc）、釤（Sm）、鋱（Tb）、銩（Tm）、釔（Y）和鐿（Yb）]，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；銠（Rh）內(nèi)標(biāo)溶液（100 μg·mL-1），上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

1.3 儀器

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS 2030型），日本島津公司。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 儀器條件

高頻功率：1 200 W；采樣深度：5 mm；等離子體氣體：9.0 L·min-1；載氣流速：0.70 L·min-1；輔助氣流速：1.10 L·min-1；分析模式：微型矩管氦氣碰撞模式（DBG）；池氣體：6.0 mL·min-1；池電壓：-21.0 V；能量過(guò)濾器：7.0 V；霧化室冷卻溫度：5 ℃；蠕動(dòng)泵低轉(zhuǎn)速：20 r·min-1；蠕動(dòng)泵高轉(zhuǎn)速：60 r·min-1；樣品提升時(shí)間：60 s；穩(wěn)定時(shí)間：30 s；；測(cè)量次數(shù)：3。

1.4.2 測(cè)量方法

采用調(diào)諧液使用液 （1.0 μg·L-1） 對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)諧，確保儀器調(diào)諧參數(shù)，如氧化物、雙電荷、靈敏度等多項(xiàng)指標(biāo)均符合相應(yīng)的檢測(cè)要求，再以1.0 μg·L-1銠溶液為內(nèi)標(biāo)溶液，在線添加內(nèi)標(biāo)，逐一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線系列及樣品進(jìn)行上機(jī)測(cè)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 各稀土元素平均含量及分布特征

由圖1可知，惠陽(yáng)區(qū)飲用水中稀土元素平均含量有以下5點(diǎn)特征。①稀土元素在惠陽(yáng)區(qū)飲用水中總體含量為1.477 μg·L-1，其中Sc最高，為 0.321 μg·L-1，Y、Yb、Gd、Nd、Ce次之，在0.101～0.119 μg·L-1，Lu、Dy、Eu、Ho、Tb、Pr、La、Tm 、Sm、Er為低含量組，在0.036～0.096 μg·L-1。②從單個(gè)稀土元素均值含量占比來(lái)看，Sc最高，Ce、Nd、Gd、Yb、Y、Er、Sm、Tm次 之，La、Pr、Tb、Ho、Eu、Dy、Lu最低。③按照稀土分類來(lái)看，輕稀土（La、Ce、Pr、Nd）總含量均值最高（0.095 μg·L-1），重稀土（Y、Ho、Er、Tm、Yb、Lu）次 之（0.079 μg·L-1），中 稀土（Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、）最低（0.069 μg·L-1），飲用水中稀土元素均為溶解態(tài)，重稀土含量比輕稀土含量低的結(jié)論與閆百興等[6]的研究一致。④含量分布符合Oddo-Harkins（奧多-哈根斯）規(guī)則（偶數(shù)規(guī)則）[7]，即偶原子序數(shù)元素的豐度，比其相鄰的奇原子序數(shù)元素的豐度高，同其他相關(guān)研究的分布趨勢(shì)相似[8-9]。⑤從各稀土元素檢出率來(lái)看，除La最低及Sc最高外，其余稀土元素檢出率基本處在兩組范圍內(nèi)，即Ce、Pr、Nd、Eu、Dy、Lu為低檢出率一組，檢出率在50%～60%，Y、Sm、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb為高檢出率一組，檢出率在70%～80%，兩組間差別明顯。

圖1 飲用水中稀土元素含量均值及檢出率分布特征

2.2 不同時(shí)段含量及分布特征

本研究分別在2021年3月、4月、7月、12月采集80份樣本，同時(shí)以此分別代表第一、二、三和四季度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，飲用水中稀土元素在第四季度含量最高（1.810 μg·L-1），第二季度（1.460 μg·L-1）、第 三 季 度（1.115 μg·L-1）次 之，第 一 季 度 最 低（0.834 μg·L-1）。從數(shù)據(jù)可以看出，飲用水中稀土元素含量為枯水期＞豐水期，究其原因可能是7月處于豐水期，作為水源的河流及水庫(kù)，流量和儲(chǔ)水量大大增加，水中溶解態(tài)稀土元素被稀釋。同時(shí)，各水廠處理工藝在不同水期不變，水源水經(jīng)過(guò)處理除去的稀土元素含量基本保持一定，從而導(dǎo)致飲用水中枯水期的稀土元素含量大于豐水期。

2.3 不同空間含量及分布特征

結(jié)合轄區(qū)各街道（鎮(zhèn)）行政規(guī)劃圖及圖2可得到，各地區(qū)飲用水中稀土元素平均含量。①?gòu)哪媳狈轿豢?，中部地區(qū)（1.572 μg·L-1）（新圩、三和、沙田）＞南部地區(qū)（1.460 μg·L-1）（秋長(zhǎng)、淡水）＞北部地區(qū)（1.396 μg·L-1）（鎮(zhèn)隆、永湖、良井、平潭）。②從東西方位看，西部地區(qū)（1.539 μg·L-1）（鎮(zhèn)隆、新圩、秋長(zhǎng)）＞中部地區(qū)（1.463 μg·L-1）（永湖、三和、淡水）＞東部地區(qū)（1.389 μg·L-1）（沙田、良井、平潭）。③結(jié)合各方位總體看，位于東北部的良井，飲用水中稀土元素總體含量最低，位于中西部的新圩最高。④從各種稀土元素含量占比看，大部分的稀土元素在各街道（鎮(zhèn)）差別不大，但Y、Sc、Nd、La和Gd的含量占比基本符合上述稀土元素平均含量中部地區(qū)高于北部及南部地區(qū)的趨勢(shì)，特別是元素Y。上述各街道（鎮(zhèn)）飲用水中稀土元素含量呈現(xiàn)出的分布特點(diǎn)，究其原因可能是由于北部地區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水單位所用水源基本為水庫(kù)水，而其他地區(qū)所用水源為江河水，由于水庫(kù)水中稀土元素含量低于江河水[6]，從而導(dǎo)致飲用水中稀土元素的含量不同。

圖2 各街道（鎮(zhèn)）稀土元素含量分布趨勢(shì)圖

2.4 不同水樣類型含量及分布特征

本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，不同水樣類型的稀土元素總體含量存在差異，具體為水源水（2.227 μg·L-1）＞出廠水（1.512 μg·L-1）＞末梢水（1.439 μg·L-1）＞二次供水（1.374 μg·L-1），其中水源水與其他類型水樣間差別比較明顯，而出廠水、末梢水、二次供水之間雖然也呈遞減趨勢(shì)，但彼此之間數(shù)值相差不是很大。在供水單位處理過(guò)程中，水源水經(jīng)過(guò)絮凝、沉淀、過(guò)濾、消毒等措施而獲得符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的出廠水，在此過(guò)程中，水源水中的稀土元素部分被吸附沉淀而去除，待成為出廠水后，水中的稀土元素明顯降低，因此出廠水中的稀土元素含量小于水源水中的稀土元素含量。出廠水進(jìn)入供水管網(wǎng)輸送至供水末端這一過(guò)程中，供水管道、二次供水池對(duì)稀土元素存在一定的吸附作用，最終導(dǎo)致二次供水、末梢水中稀土元素小于出廠水中稀土元素。

3 結(jié)論

①本轄區(qū)飲用水中稀土元素總體含量不高，主要含有Sc、Y、Sm、Gd、Er、Tm、Yb、Ce、Nd。②在一年不同時(shí)間段中，第四季度飲用水中稀土元素含量最高，并且枯水期含量比豐水期含量高。③從南北方位看，中部地區(qū)飲用水中稀土元素含量平均值高于南、北部，從東西方位看，西部地區(qū)飲用水中稀土元素含量平均值高于中、東部。④水源水中稀土元素明顯高于出廠水、末梢水及二次供水，表明經(jīng)過(guò)供水單位處理，水中稀土元素能去除一部分。⑤雖然飲用水中稀土元素暫未制定衛(wèi)生限值，但本轄區(qū)飲用水中稀土元素含量遠(yuǎn)低于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）中常規(guī)金屬元素的衛(wèi)生限值，可認(rèn)為本轄區(qū)飲用水中含有的稀土元素及含量水平是安全的。