惠阳区生活饮用水中稀土元素含量及分布状况

段先兵，周献峰，黄紫欣

（惠州市惠阳区疾病预防控制中心，广东惠州 516211）

自然界中含有丰富的金属元素，其中包含稀土元素。稀土元素是一组性质相似的元素，是地球化学、环境化学研究中非常重要的天然示踪剂，在污染来源解析和生物可获得性研究方面可提供重要依据[1-4]。稀土元素在工农业生产中的应用在不断扩大，导致其越来越多地进入环境（土壤、水体）中，稀土元素污染已成为继化学农药、重金属元素和有机污染物后出现的又一个环境热点问题[5]。稀土元素在土壤及自然水体中的日积月累以及迁移将直接影响到人们日常生活中的饮用水质。水质检测是保障人们饮水安全的一个重要环节，由于国家暂未制定生活饮用水中稀土元素的检验标准和卫生限值，在日常监测中，常规检测项目并未涉及稀土元素，因此很容易忽视饮用水中稀土元素对人体健康的影响。已有研究表明，若进入人体的稀土元素剂量过高会对生物体具有一定的毒性，故对生活饮用水中稀土元素进行含量测量、分析具有重要意义。本文对广东省惠州市惠阳区生活饮用水中稀土元素含量进行监测、分析，可为惠阳区饮用水中稀土元素卫生限值的制定提供参考，同时可为政府相关部门完善对生活饮用水的监督、监管工作，确保全区人们的饮水安全提供数据支持和科学依据。

1 材料和方法

1.1 样本

以2021年3月、4月、7月、12月惠阳区辖区内淡水、秋长、镇隆、沙田、新圩、平潭、永湖、良井和三和经济开发区9个街道（镇）的生活饮用水（包括水源水、出厂水、末梢水、二次供水）为样本，每季度为80份，共320份。

1.2 试剂及标准溶液

硝酸（优级纯），德国默克公司；16种稀土元素混合标准溶液[10 µg·mL-1，铈（Ce）、镝（Dy）、铒（Er）、铕（Eu）、钆（Gd）、钬（Ho）、镧（La）、镥（Lu）、钕（Nd）、镨（Pr）、钪（Sc）、钐（Sm）、铽（Tb）、铥（Tm）、钇（Y）和镱（Yb）]，上海安谱实验科技股份有限公司；铑（Rh）内标溶液（100 µg·mL-1），上海安谱实验科技股份有限公司。

1.3 仪器

电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS 2030型），日本岛津公司。

1.4 实验方法

1.4.1 仪器条件

高频功率：1 200 W；采样深度：5 mm；等离子体气体：9.0 L·min-1；载气流速：0.70 L·min-1；辅助气流速：1.10 L·min-1；分析模式：微型矩管氦气碰撞模式（DBG）；池气体：6.0 mL·min-1；池电压：-21.0 V；能量过滤器：7.0 V；雾化室冷却温度：5 ℃；蠕动泵低转速：20 r·min-1；蠕动泵高转速：60 r·min-1；样品提升时间：60 s；稳定时间：30 s；；测量次数：3。

1.4.2 测量方法

采用调谐液使用液 （1.0 μg·L-1） 对仪器进行调谐，确保仪器调谐参数，如氧化物、双电荷、灵敏度等多项指标均符合相应的检测要求，再以1.0 μg·L-1铑溶液为内标溶液，在线添加内标，逐一对标准曲线系列及样品进行上机测量。

2 结果与分析

2.1 各稀土元素平均含量及分布特征

由图1可知，惠阳区饮用水中稀土元素平均含量有以下5点特征。①稀土元素在惠阳区饮用水中总体含量为1.477 µg·L-1，其中Sc最高，为 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为低含量组，在0.036～0.096 µg·L-1。②从单个稀土元素均值含量占比来看，Sc最高，Ce、Nd、Gd、Yb、Y、Er、Sm、Tm次 之，La、Pr、Tb、Ho、Eu、Dy、Lu最低。③按照稀土分类来看，轻稀土（La、Ce、Pr、Nd）总含量均值最高（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），饮用水中稀土元素均为溶解态，重稀土含量比轻稀土含量低的结论与闫百兴等[6]的研究一致。④含量分布符合Oddo-Harkins（奥多-哈根斯）规则（偶数规则）[7]，即偶原子序数元素的丰度，比其相邻的奇原子序数元素的丰度高，同其他相关研究的分布趋势相似[8-9]。⑤从各稀土元素检出率来看，除La最低及Sc最高外，其余稀土元素检出率基本处在两组范围内，即Ce、Pr、Nd、Eu、Dy、Lu为低检出率一组，检出率在50%～60%，Y、Sm、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb为高检出率一组，检出率在70%～80%，两组间差别明显。

图1 饮用水中稀土元素含量均值及检出率分布特征

2.2 不同时段含量及分布特征

本研究分别在2021年3月、4月、7月、12月采集80份样本，同时以此分别代表第一、二、三和四季度。实验数据表明，饮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）。从数据可以看出，饮用水中稀土元素含量为枯水期＞丰水期，究其原因可能是7月处于丰水期，作为水源的河流及水库，流量和储水量大大增加，水中溶解态稀土元素被稀释。同时，各水厂处理工艺在不同水期不变，水源水经过处理除去的稀土元素含量基本保持一定，从而导致饮用水中枯水期的稀土元素含量大于丰水期。

2.3 不同空间含量及分布特征

结合辖区各街道（镇）行政规划图及图2可得到，各地区饮用水中稀土元素平均含量。①从南北方位看，中部地区（1.572 µg·L-1）（新圩、三和、沙田）＞南部地区（1.460 µg·L-1）（秋长、淡水）＞北部地区（1.396 µg·L-1）（镇隆、永湖、良井、平潭）。②从东西方位看，西部地区（1.539 µg·L-1）（镇隆、新圩、秋长）＞中部地区（1.463 µg·L-1）（永湖、三和、淡水）＞东部地区（1.389 µg·L-1）（沙田、良井、平潭）。③结合各方位总体看，位于东北部的良井，饮用水中稀土元素总体含量最低，位于中西部的新圩最高。④从各种稀土元素含量占比看，大部分的稀土元素在各街道（镇）差别不大，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区高于北部及南部地区的趋势，特别是元素Y。上述各街道（镇）饮用水中稀土元素含量呈现出的分布特点，究其原因可能是由于北部地区各乡镇供水单位所用水源基本为水库水，而其他地区所用水源为江河水，由于水库水中稀土元素含量低于江河水[6]，从而导致饮用水中稀土元素的含量不同。

图2 各街道（镇）稀土元素含量分布趋势图

2.4 不同水样类型含量及分布特征

本次实验数据显示，不同水样类型的稀土元素总体含量存在差异，具体为水源水（2.227 µg·L-1）＞出厂水（1.512 µg·L-1）＞末梢水（1.439 µg·L-1）＞二次供水（1.374 µg·L-1），其中水源水与其他类型水样间差别比较明显，而出厂水、末梢水、二次供水之间虽然也呈递减趋势，但彼此之间数值相差不是很大。在供水单位处理过程中，水源水经过絮凝、沉淀、过滤、消毒等措施而获得符合卫生标准的出厂水，在此过程中，水源水中的稀土元素部分被吸附沉淀而去除，待成为出厂水后，水中的稀土元素明显降低，因此出厂水中的稀土元素含量小于水源水中的稀土元素含量。出厂水进入供水管网输送至供水末端这一过程中，供水管道、二次供水池对稀土元素存在一定的吸附作用，最终导致二次供水、末梢水中稀土元素小于出厂水中稀土元素。

3 结论

①本辖区饮用水中稀土元素总体含量不高，主要含有Sc、Y、Sm、Gd、Er、Tm、Yb、Ce、Nd。②在一年不同时间段中，第四季度饮用水中稀土元素含量最高，并且枯水期含量比丰水期含量高。③从南北方位看，中部地区饮用水中稀土元素含量平均值高于南、北部，从东西方位看，西部地区饮用水中稀土元素含量平均值高于中、东部。④水源水中稀土元素明显高于出厂水、末梢水及二次供水，表明经过供水单位处理，水中稀土元素能去除一部分。⑤虽然饮用水中稀土元素暂未制定卫生限值，但本辖区饮用水中稀土元素含量远低于《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）中常规金属元素的卫生限值，可认为本辖区饮用水中含有的稀土元素及含量水平是安全的。