ICP-OES测定不同市售矿泉水及市政自来水的微量元素

□ 陈新拓 赖承钺 钟 科 王以尧 成都市环境保护科学研究院

世界卫生组织公布的健康水七项国际标准中明确指出水中必须包含人体所需的矿物质微量元素[1]，而日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，还加剧了水资源短缺的矛盾，对中国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到广大人民的饮水安全和健康。无任何营养、大分子团酸性的退化水，不符合人体生理的需要；虽有过滤，但是达不到彻底清除细菌、病毒、重金属、有机化合物、余氯的水是不安全的；没有净化的水，更不能作为日常饮用的水[2，3]。然而随着消费水平和生活质量的提高，人们不只满足于有水喝，而更多的是注重优质的饮用水所带来的健康。随着最新的《食品安全国家标准-饮用天然矿泉水（GB8537-2018）》发布，关于饮用矿泉水的要求更加苛刻，特别是相关界限指标、限量指标等相比旧标准都更加严格。面对市场上众多品牌的饮用矿泉水，消费者仅凭肉眼观察、味觉感知等手段并无法准确判断水质的优劣。本文将利用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）检测不同品牌的市售矿泉水，快速准确地同时检测多种微量元素。根据检测的结果，可指导人们科学合理地选择饮用矿泉水。

1 实验

1.1 仪器和试剂

美国PerkinElmer公司Avio200等离子体发射光谱仪；硝酸（优级纯，国药集团化学试剂有限公司）；氩气（纯度 ＞99.999%）；钙、钾、钠、镁、硅、铁、锰、锌、硒、锂、镍、铬、镉、铅混合标准溶液（1 000 mg/L，德国Merck公司）；实验分析用水均为自制超纯水，电阻率≥18.2 MΩ·cm（25 ℃）。

1.2 仪器参数

仪器发射功率1.3 KW；等离子气流量15.0 L/min；雾化器流量0.8 L/min；辅助气0.8 L/min；试样流量1.2 mL/min；读取次数为3次；测量时间 5～15 s。

1.3 检测样品

自购成都市本地市售矿泉水，包括：农夫山泉饮用天然水（四川峨眉山水源地）、恒大冰泉饮用天然矿泉水（吉林长白山）、景天百岁山饮用天然矿泉水（广东惠州市罗浮山脉百岁山）、涵养泉饮用天然矿泉水（四川乐山夹江水源地）、昆仑山饮用天然矿泉水（青海格尔木昆仑山）。对比检测样品为成都市市政自来水和实验室去离子水，去离子水用于空白实验。

1.4 实验方法

用混合标准溶液配制不同浓度标样：含量分别为 0.000、0.500、1.00、2.00、 4.00、6.00、8.00、10.00 mg/L。将配好的标准溶液、样品及空白样等，按仪器操作规程，进行标准曲线的制作以及各样品的测定并进行数据分析，若样品浓度超过检测范围，则稀释后重测。

2 结果与讨论

2.1 分析波长和检出限

Avio200等离子体发射光谱仪可对每种元素的测定同时选择多条特征谱线，且具有同步背景校正功能。通过试验并结合标准《水质-32种元素的测定-电感耦合等离子体发射光谱（HJ776-2015）》中推荐的元素测定波长，对每种检测元素选取1条特定波长谱线进行测定，综合分析强度、干扰情况及稳定性，选择干扰少、精密度高的分析谱线。检出限的计算方法为：重复测定10次的全程序空白样品，取其标准偏差的3倍作为检出限[4]，结果见表1。

2.2 标准曲线和灵敏度

通过测定标准溶液绘制各元素标准曲线，线性相关系数 R 和拟合方程见表2。各元素标准曲线均具有很好的线性相关性（≥0.995），满足标准HJ776-2015的质量控制要求。

2.3 检测结果

仪器稳定并确定好标准曲线后，依次对各样品进行检测，得到各元素含量结果，见表3。

所有样品均未检测出对人体有害的Mn、Cd、Pb。5种市售矿泉水均含有对人体有益的微量元素，其中Ca、Si、Mg的含量普遍较高，昆仑山矿泉水源自高海拔地区（因在水源地包装，开瓶时有液面上升甚至水体溢出瓶口现象），属深层地下水，天然矿物质本底值高，其Ca、Na、Mg、Si的含量在所有样品中最高。而成都市市政自来水来自岷江上游水源地，属地表河流型，可溶性钙镁化合物较多，水质较硬，加热烧开过程中易在容器壁上结垢，口感也不及矿泉水。市政自来水通过管道传输，特别是镀锌钢管的使用导致其Zn含量在所有样品中最高，但不影响作为饮用水使用。在检测中还发现：所有市售矿泉水中均检测出极少量的Cr，百岁山和昆仑山两个样品还检测出含量极低的Ni，这可能是由于瓶装水生产过程中的设备普遍都是含Ni、Cr的不锈钢，且包装用聚酯瓶在合成和加工过程中（催化剂和设备的介入）也会含有少量金属元素，使得瓶装水含有上述元素[5-7]，但根据标准GB8537-2018，Ni和Cr的限量指标分别为0.02 mg/L和0.05 mg/L，以上样品均符合要求。

2.4 精密度和回收率

通过检测加标溶液（加标浓度1.00 mg/L），每个样品重复测定10次，计算相对标准偏差（RSD）和加标回收率，见表4。各元素测定结果的回收率在97.36～106.52%，RSD均在5%以下，精密度和重复性良好，完全满足标准方法HJ776-2015中的质量控制要求。

表1 各元素分析波长及检出限

表2 检测元素标准曲线方程及相关系数

表3 各样品中微量元素检测结果（mg/L）

表4 加标样品的回收率及精密度（n=10）

3 结论

利用ICP-OES法可对矿泉水中的多种微量元素进行同时测定，Ca、Mg、Si含 量 普 遍 较 高，Mn、Cr、Cd、Pb无检出或含量极低。该方法效率高、速度快、线性范围宽、精密度和准确度良好，检测结果符合相关标准的质量要求，可作为饮用矿泉水鉴定和评估的方法依据。对于痕量元素可根据实际情况，利用传统标准方法如原子吸收、原子荧光法等进行准确定量测定。需要引起关注的是：现代工业的发展也给包装水带了一些弊端，如生产过程引入的一些杂质元素，这些杂质对于人体健康的影响有待进一步研究。