泉水中部分矿物质元素的测定

李永君，陈家龙

（青海师范大学，青海 西宁 810016）

西宁市大通县景阳镇位于大通县西南部，东连长宁镇，西南连湟中县，北连黄家寨镇，总面积106km2。景阳镇林木葱茏，风景优美，多种动植物共存。伴随其多山脉地形涌现出的大小泉眼不计其数，当地居民将它当作饮用水。泉水除了为村民提供方便的生活用水和优质的生产用水外，还能起到调节当地气候的作用，并且可以作为旅游景点，带动当地的经济发展。在中国有很多广泛分布和各种类型的泉，泉水在全国是不胜枚举［1-2］。

化学元素构成了世界上的一切，人体也不例外，人体每时每刻都在进行着非常精细的化学反应，这些矿物质元素都参与其中［3］。在人类生长发育的过程中，人体各种化学元素的含量通过新陈代谢与周围环境之间的物质和能量的交换来平衡［4］。矿物元素是人体所需要的营养元素之一，对人体的生长发育及代谢过程起着至关重要的作用［5］。凭借矿物质元素占人体的重量可以分为两类，其中钙、钠、钾、镁、碳、氢、氧、硫、氮、磷、氯、硅等为常量元素，占身体总质量的99.95%；铁、铜、锌、锰、钴、钒、铬、钼、硒、碘、氟、锶等为微量元素，约占身体总质量的0.05%［6］。矿物质元素与人体代谢、组织代谢和器官代谢息息相关，在三大代谢中起着重要的作用［7］。“民以食为天”，随着生活质量的提高，人们从饮食中补充矿物质元素。因此，矿物质元素与人体健康密不可分，对人体尤为重要。

大通县景阳镇泉水是当地居民生活中重要的水资源，其水量和水质与人类生活密切相关。本实验以大通县景阳镇泉水为研究对象，采用AAS法对泉水进行初步测定，确定泉水中所含矿物质元素是否符合国家饮用水标准和天然矿泉水标准［8］。本实验对景阳镇水资源的合理开发和综合利用具有重要的现实意义，为景阳镇泉水的进一步开发利用奠定了科学基础，提供了科学数据［9］。

1 实验部分

1.1 样品的采集

本实验所测样品选自景阳镇六个村庄 （小寨村，泉头村，山城村，小寺村，什家村，甘树湾村）的山泉水各一份及生活饮用自来水一份 （由于每个村的自来水水源相同，只采集一份自来水样品）。

分别在景阳镇六个村庄泉水出口点进行采样，用水样反复冲洗聚乙烯塑料水瓶，然后装存水样，每处采集水样600mL，采集完毕，贴标签封存。

1.2 样品的处理

因为样品收集区 （景阳镇）在西宁市大通县，远离实验室，运输时间会比较长，在运输和储存过程中，矿物质元素可能被密封的容器壁吸附，出现挂壁现象，所以需要对容器壁吸附的矿物质元素进行处理。挂壁现象的处理：首先，对泉水样品和自来水样品的体积进行测量和记录。其次取一定量的硝酸溶液，稀释成6 mol／L的50mL，将2mL的稀硝酸溶液倒入装存样品的容器，完全摇动，确保溶解吸附在容器壁的矿物质元素。然后与原样品混合，之后倒入一个烧杯中，用电炉加热，使其恢复到原始取得的体积，如果操作不慎，在加热过程中体积小于原采集量，可通过加入二次蒸馏水进行补充，处理后，放入容量瓶中，等待测量。

1.3 标准溶液的制备

用1000μg／mL的各元素储备液用蒸馏水将其稀释至相应浓度作为标准工作液浓度，如表1所示。

表1 各元素标准工作液浓度

1.4 实验仪器工作条件

实验均采用空气-乙炔火焰原子吸收光度计，选定的试验条件见表2。

表2 火焰原子吸收法工作条件

表2 （续）

1.5 样品溶液的测定

根据表2工作条件，测量了各标准系列工作液和待测溶液以及空白样品的吸光度。根据测定的吸光度和标准曲线对含量进行计算。由于样品含量的差异和元素测定的灵敏度不同，测定时需要各元素稀释不同的倍数。

2 实验结果

2.1 各元素的标准曲线

根据表2所列仪器的工作条件，分别测定各标准系列工作液的吸光度A。以吸光度A为纵坐标，以质量浓度C（μg／mL）为横坐标，以质量浓度为横坐标 （x），吸光度为纵坐标 （y）绘制出各元素的标准曲线，结果见图1～图8，拟合得到线性回归方程和相关系数，结果见表3。

图1 K的标准曲线

图2 Cu的标准曲线

图3 Fe的标准曲线

图4 Zn的标准曲线

图5 Na的标准曲线

图6 Ca的标准曲线

图7 Mn的标准曲线

图8 Mg的标准曲线

表3 各元素回归方程和相关系数

由表3看出，Fe、K、Cu、Zn、Mg、Mn、Ca、Na的吸光度与浓度呈良好的线性关系，相关系数均在0.99以上，满足分析要求。

样品及自来水中Fe、K、Cu、Zn、Mg、Mn、Ca、Na的质量浓度见表4和图9。

表4 各元素含量的测定结果 μg／mL

图9 各元素在样品中的含量

3 结果分析与讨论

由实验结果看出，景阳镇泉水中富含Ca。Ca不仅可以促进体内某些酶的活性，调节激素的分泌，调节酶的活性，并且补充Ca会缓解身体四肢抽筋，增强骨骼密度。此外，Ca还可以控制炎症和水肿，调节心率，降低心血管通透性，维持酸碱平衡，而且可以起到激活人体体内酶的活性的作用［10］。因此，多喝泉水对人体中Ca含量的补充有一定的帮助。

其次，景阳镇泉水中K的含量较多。K是维持人体生命的重要元素之一，也是人体最重要的阳离子之一。K的主要生理功能是维持体内离子、渗透压和酸碱平衡，维持细胞的正常代谢、神经和肌细胞膜的兴奋性和心肌细胞的正常功能［11］。

景阳镇泉水样品中还富含Mg元素。Mg元素是人体细胞中的一种重要阳离子，当Mg缺乏时，血管收缩和血管反应性增强，细胞内钙水平增加［12］。

Na和K在体内的作用是不可分割的，它们控制着细胞、组织液和电解质在血液中的平衡，保持平衡的压力水平，过多的出汗会使神经和肌肉的这些离子浓度大大降低，就会出现不平衡，影响肌肉和神经的反应程度，引起恶心、呕吐、肌肉痉挛等症状。

Fe是肌红蛋白和血红蛋白中氧的载体。没有Fe，就不能合成血红蛋白，不能运输氧气，组织细胞也不能代谢。Fe使MPO系统具有良好的杀菌抑菌效果，乳铁蛋白能抑制革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞膜，阻止细菌在吞噬细胞和白细胞内的再生，具有抗菌作用［13］。而泉水中也含有较多Fe，所以泉水也是补充Fe的来源之一。

由实验结果看出景阳镇泉水中所含矿物质元素是符合国家生活饮用水卫生标准GB5749-2006和国家饮用天然矿泉水标准GB8537-2018［14-15］。泉水中Ca含量最高达66.493μg／mL，Cu、Zn、Mn未检出，K、Na、Mg含量的含量较少。所有泉水样品均符合国家生话饮用水卫生标准和国家饮用天然矿泉水国家标准，所以当地村民将泉水作为生活饮用水是健康的。本实验对西宁市大通县景阳镇城市供水、农田灌溉、生态环境维护和水资源的合理开发利用具有重要的现实意义，为景阳镇泉水的进一步开发和综合利用奠定了科学基础，提供了科学数据。