野外快速檢測偏硅酸等指標在礦泉水源地調查中的應用

彭文彪，戴林湘，劉俊峰，周 安，朱小燕

（1.湖南省核工業地質調查院；2.湖南省核工業地質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到了新高，地熱勘查和飲用天然礦泉水勘查逐漸成為當前地礦勘探的新寵。從2009年至2014年，礦泉水市場規模和產量均呈現穩步增長的態勢。飲用天然礦泉水對水質有著嚴格的要求，其界限指標、限量指標、微生物指標須嚴苛檢驗。水質檢測對水質的采集、樣品的保存與管理做了相應的要求。礦泉水水源地選區在進行大范圍高密度采樣，以期發現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，多則數十天，乃至數月[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，導致項目成本上升。如何快速經濟檢測礦泉水部分重要指標，篩選可能性較大的水樣送實驗室全面檢測，值得探討。

在快速檢測水質方面，目前有較多研究成果。趙學亮等針對水文地質調查中碳酸氫根和碳酸根難以現場檢測的問題，研制了水中碳酸氫根和碳酸根快速檢測儀器，室內和野外試驗證明，該儀器工作穩定、檢出限低、快速和穩定性高，相對誤差低于10%，具有廣泛的應用前景[1]。戰楠等利用雙電極法（pH和二氧化碳電極），可以現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，其他學者實現了野外現場快速檢測，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，對水樣進行野外檢測，建立野外流動實驗室，對野外測試達標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調查中具有較好的應用效果。

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共65項，未列入該標準中但與水質相關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。這些指標均是重要的水文地球化學環境指示標志：pH是重要的地下水環境指標，不同酸堿性條件下地下水中的元素表現出不同的化學狀態，游離CO2反映了水溶液二氧化碳分壓，影響酸堿度。根據戰楠等人的研究，利用雙電極法（pH和二氧化碳電極）可以現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，是礦泉水界限指標之一，可以反映地下水的徑流速度、徑流長度、循環深度等[8]。

地下水水溫的高低能反映地下水循環的深度，一般溫度越高，循環深度越大，礦物質含量越高。ORP綜合pH等其他水質指標可以反映地下水的形成環境，判別是否受到污染。偏硅酸、游離二氧化碳本身是礦泉水8項界限指標中的兩項，同時根據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，具體組成的儀器設備為手持pH計、手持電導率儀（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，用于運輸實驗設備的越野車等。將儀器設備安放在儀器箱中，然后放置在越野車后備箱中，可以實現長距離安全運輸，方便在野外開展相關試驗工作，野外化驗占地非常小，流動性非常強，既可批量就近測試，也可在取樣點現場測試。主要試驗儀器技術指標如表1所示。

表1 主要儀器設備簡介

3 檢測結果準確性分析

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

由表2～表5可以看出，pH值野外測試結果與實驗室結果吻合較好，二氧化碳與偏硅酸測試值比實驗室測試偏高。根據相關規范，游離二氧化碳測試需在現場進行，并且根據多次試驗情況，取水樣后，隨著時間的推移、氣體不可避免或多或少逃逸，導致測試值相應偏低，因此現場測試二氧化碳值應比實驗室準確。表2中，偏硅酸值野外測試結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），對應于H2SiO3量程為0～0.57 mg（H2SiO3）），與稀釋水樣有關，一般稀釋倍數越大，偏差也容易增大，野外操作一般稀釋的倍數有100倍、200倍、500倍和1000倍。不過，由于是野外操作控制，控制精度達不到實驗室標準。總體就野外檢測而言，檢測結果較準確，可以作為礦泉水檢測參考依據，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 野外測試結果和實驗室結果對比（偏硅酸）

表3 野外測試結果和實驗室結果對比（游離二氧化碳）

表4 野外測試結果和實驗室結果對比（pH）

表5 野外測試結果和實驗室結果對比（TDS）

4 時效性與經濟分析

偏硅酸分析測試時間較長，野外測試步驟為儀器預熱、標定和試劑反應時間上，一般一天標定一次儀器即可，故當測試的樣品較多時，平均每個樣品的測試時間分攤變少。根據野外工作情況，一般一天采集6～8個樣，分析化驗6個指標所需時間為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《地質調查項目預算標準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達標的水樣送實驗室進行全分析，若野外達標率為M，則分析測試費用總共為N×18+N×M×1957。一般M較小，故經濟性好。

5 實際運用效果

筆者所在單位在承擔本單位的CSJ-SP礦泉水選區立項研究當中，利用流動實驗室，通過野外分析6項指標，野外現場測試水樣78份，發現偏硅酸達標的水樣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，發現偏硅酸指標均達標，其他指標符合礦泉水要求。另送檢1份偏硅酸未達標的水樣作為對比，實驗室測試偏硅酸值也未達標。可見篩選準確，準確率基本能達到100%，基本杜絕了實驗費的浪費，節約了成本。

6 結論

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環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含量，進一步評價礦泉水的可能性。在初評的基礎上，通過實驗室全面檢測，能夠有效節約時間和經濟成本。本文總結的方法具有一定的使用價值和借鑒意義。