惠陽區生活飲用水中稀土元素含量及分布狀況

段先兵，周獻峰，黃紫欣

（惠州市惠陽區疾病預防控制中心，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相似的元素，是地球化學、環境化學研究中非常重要的天然示蹤劑，在污染來源解析和生物可獲得性研究方面可提供重要依據[1-4]。稀土元素在工農業生產中的應用在不斷擴大，導致其越來越多地進入環境（土壤、水體）中，稀土元素污染已成為繼化學農藥、重金屬元素和有機污染物后出現的又一個環境熱點問題[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日常生活中的飲用水質。水質檢測是保障人們飲水安全的一個重要環節，由于國家暫未制定生活飲用水中稀土元素的檢驗標準和衛生限值，在日常監測中，常規檢測項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人體健康的影響。已有研究表明，若進入人體的稀土元素劑量過高會對生物體具有一定的毒性，故對生活飲用水中稀土元素進行含量測量、分析具有重要意義。本文對廣東省惠州市惠陽區生活飲用水中稀土元素含量進行監測、分析，可為惠陽區飲用水中稀土元素衛生限值的制定提供參考，同時可為政府相關部門完善對生活飲用水的監督、監管工作，確保全區人們的飲水安全提供數據支持和科學依據。

1 材料和方法

1.1 樣本

以2021年3月、4月、7月、12月惠陽區轄區內淡水、秋長、鎮隆、沙田、新圩、平潭、永湖、良井和三和經濟開發區9個街道（鎮）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 試劑及標準溶液

硝酸（優級純），德國默克公司；16種稀土元素混合標準溶液[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）]，上海安譜實驗科技股份有限公司；銠（Rh）內標溶液（100 μg·mL-1），上海安譜實驗科技股份有限公司。

1.3 儀器

電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS 2030型），日本島津公司。

1.4 實驗方法

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；能量過濾器：7.0 V；霧化室冷卻溫度：5 ℃；蠕動泵低轉速：20 r·min-1；蠕動泵高轉速：60 r·min-1；樣品提升時間：60 s；穩定時間：30 s；；測量次數：3。

1.4.2 測量方法

采用調諧液使用液 （1.0 μg·L-1） 對儀器進行調諧，確保儀器調諧參數，如氧化物、雙電荷、靈敏度等多項指標均符合相應的檢測要求，再以1.0 μg·L-1銠溶液為內標溶液，在線添加內標，逐一對標準曲線系列及樣品進行上機測量。

2 結果與分析

2.1 各稀土元素平均含量及分布特征

由圖1可知，惠陽區飲用水中稀土元素平均含量有以下5點特征。①稀土元素在惠陽區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從單個稀土元素均值含量占比來看，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，重稀土含量比輕稀土含量低的結論與閆百興等[6]的研究一致。④含量分布符合Oddo-Harkins（奧多-哈根斯）規則（偶數規則）[7]，即偶原子序數元素的豐度，比其相鄰的奇原子序數元素的豐度高，同其他相關研究的分布趨勢相似[8-9]。⑤從各稀土元素檢出率來看，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，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，同時以此分別代表第一、二、三和四季度。實驗數據表明，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）。從數據可以看出，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，流量和儲水量大大增加，水中溶解態稀土元素被稀釋。同時，各水廠處理工藝在不同水期不變，水源水經過處理除去的稀土元素含量基本保持一定，從而導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

結合轄區各街道（鎮）行政規劃圖及圖2可得到，各地區飲用水中稀土元素平均含量。①從南北方位看，中部地區（1.572 μg·L-1）（新圩、三和、沙田）＞南部地區（1.460 μg·L-1）（秋長、淡水）＞北部地區（1.396 μg·L-1）（鎮隆、永湖、良井、平潭）。②從東西方位看，西部地區（1.539 μg·L-1）（鎮隆、新圩、秋長）＞中部地區（1.463 μg·L-1）（永湖、三和、淡水）＞東部地區（1.389 μg·L-1）（沙田、良井、平潭）。③結合各方位總體看，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）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高于北部及南部地區的趨勢，特別是元素Y。上述各街道（鎮）飲用水中稀土元素含量呈現出的分布特點，究其原因可能是由于北部地區各鄉鎮供水單位所用水源基本為水庫水，而其他地區所用水源為江河水，由于水庫水中稀土元素含量低于江河水[6]，從而導致飲用水中稀土元素的含量不同。

圖2 各街道（鎮）稀土元素含量分布趨勢圖

2.4 不同水樣類型含量及分布特征

本次實驗數據顯示，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，但彼此之間數值相差不是很大。在供水單位處理過程中，水源水經過絮凝、沉淀、過濾、消毒等措施而獲得符合衛生標準的出廠水，在此過程中，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。出廠水進入供水管網輸送至供水末端這一過程中，供水管道、二次供水池對稀土元素存在一定的吸附作用，最終導致二次供水、末梢水中稀土元素小于出廠水中稀土元素。

3 結論

①本轄區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，表明經過供水單位處理，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生限值，但本轄區飲用水中稀土元素含量遠低于《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）中常規金屬元素的衛生限值，可認為本轄區飲用水中含有的稀土元素及含量水平是安全的。