土壤颗粒对地下水钠检测的影响

The influence of soil on the detection of groundwater sodium

邓玉龙、刘榜城

摘要：分两组，以实验室样品、含土监测井实际采样样品同步取样，分析地下水钠及同类型碱金属钾、钙、镁，发现土壤中钠、钾、钙、镁均有一定的水溶性，地下水测定数据与水中土壤含量相关，地下水酸化后会增加水体中土壤悬浮颗粒钠、钾、钙、镁析出，取样后上清液测定、上清液酸化测定、离心酸化、过滤酸化测定数据均对监测结果有影响。

关键词：地下水钠

Abstract: Divided into two groups, simultaneous sampling of laboratory samples and actual samples from soil-containing monitoring wells were used to analyze groundwater sodium and the same type of alkali metals potassium, calcium, and magnesium. It was found that sodium, potassium, calcium, and magnesium in the soil were all soluble in water. Groundwater measurement data is related to the soil content in the water. After groundwater acidification, it will increase the precipitation of suspended soil particles of sodium, potassium, calcium and magnesium in the water. After sampling, the supernatant liquid is measured, the supernatant acidification measurement, centrifugal acidification, and filtration acidification measurement data All have an impact on the monitoring results.

Keywords:groundwater sodium

1引言

元素钠原子量11，由18世纪初英国学者Davy发现并命名，地球中重量占比达0.49%是地球中含量丰度较多的元素之一^[1]，元素钠与人类健康息息相关，有研究发现，饮食摄入大量钠会引起高血压和女性糖尿病骨代谢的影响，同时高钠也与老年肺栓塞密切相关^[2-4]。元素钠是环境监测中的重要常规指标，我国《GB14848-2017地下水质量标准》对地下水钠含量进行了分级，把不同含量污染分为了5级别，作者在日常采样和监测分析工作中发现，监测钠以及相关碱金属时，偶尔有不同顺序贝勒管取样，数据不平行现象，并针对此现象深入研究，该研究对我国环境地下水监测有一定参考意义。

2材料方法与实验

2.1仪器与试剂

美国铂金埃尔默公司PE OPTIMA8300型电感耦合等离子体发射光谱仪，观测波长：钠588.995nm、钾766.490nm、钙317.933nm、285.213nm；仪器发射功率为1300W，等离子体流量为12L/min,提升量为1.0ml/min，雾化器流量为0.55mL/min。上海安亭TDL-5C型台式离心机。电阻率18.25兆欧超纯去离子水，上海国药集团GR级硝酸，国家有证标准物质，HTSB-1标准土，

2.2样品制备与测定

样品制备分为两个路线同时进行即：A组实验室样品和B组实际样品。A组实验室样品主要考察①A-1：去离子水经过土壤颗粒后，水中钠与土壤颗粒的关系规律。②A-2：考察不同转速离心酸化后，测定数据并寻找其规律。③A-3：考察样品制备后，离心酸化、过滤酸化、上清液酸化、上清液非酸化数据并考察其数据规律；B组实际采样样品主要考察①B-1：贝勒管连续取样，不同贝勒管水样测定数据与水体土壤含量关系。②B-2不同离心转速处理后，酸化测定数据的逻辑规律。③B-3，地下水离心酸化、过滤酸化、上清液酸化、上清液非酸化数据并考察其数据规律。为了使数据更有说服力与更直观表达数据准确性，同时监控同类型碱金属钾、钙、镁平行对照。实验室样品和实际采样样品均在制备完毕24后小时后，依据GB5750.6-2007电感耦合发射光谱法直接测定。

2.2.1实验室样品制备与测定

A-1：别向50ml离心管中添加0g、0.1000g、0.2000g、0.3000g、0.4000g、0.5000g(HTSB-1)国家有证标准土壤充分震荡，静置24小时后收集上清液，加入1%硝酸（体积比），依据GB5750.6-2007电感耦合发射光谱法直接测定上清液。

A-2:向50ml离心管中添加0.5000g(HTSB-1)国家有证标准土壤充分震荡摇匀，使用离心机1000、2000、3000、4000、5000转/每分钟离心15分钟，收集上清液加入1%硝酸（体积比），依据GB5750.6-2007电感耦合发射光谱法直接测定。

A-3:向50ml离心管中添加0.5000g(HTSB-1)国家有证标准土壤充分震荡，静置24小时后收集上清液，①使用离心机5000转/每分钟离心15分钟，加入1%硝酸（体积比），获得离心酸化酸化样品。②向50ml离心管中添加0.5000g(HTSB-1)国家有证标准土壤充分震荡，静置24小时后收集上清液，过滤酸化获得过滤酸化样品。③向50ml离心管中添加0.5000g(HTSB-1)国家有证标准土壤充分震荡，静置24小时后收集上清液，直接加入1%硝酸（体积比）获得上清液酸化样品。④向50ml离心管中添加0.5000g(HTSB-1)国家有证标准土壤充分震荡，静置24小时后，收集上清液获得上清液液非酸化样品。收集①②③④依据B5750.6-2007电感耦合发射光谱法直接测定。

2.2.2实际样品制备与测定

监测井经纬度坐标为：121.51645，31.02607，建井完毕直接取水发现该点位地下水浑浊且有明显土壤颗粒，建井完毕24小时后，依据HJ/T164-2014采样规范采集实际样品，采样完毕后迅速放置于样品冷藏箱转移至实验室待分析，现场均为同一口监测井取样。

B-1：使用贝勒管连续取5管地下水，分别取样并做好标记迅速转移至实验室，样品摇匀分装转移至50ml离心管，静置24小时后收集上清液，加入1%硝酸（体积比），依据GB5750.6-2007电感耦合发射光谱法直接测定上清液。收集固态物质，置于烘箱105°C烘干称重。

B-2取第5管贝勒管地下水，样品摇匀分装转移至50ml离心管，使用离心机1000、2000、3000、4000、5000转/每分钟离心15分钟，加入1%硝酸（体积比），依据GB5750.6-2007电感耦合发射光谱法直接测定。

B-3组组使用贝勒管连续取5管地下水，分别取样并做好标记迅速转移至实验室，第五次取样贝勒管样品摇匀，并分装转移至50ml离心管静置24小时，①使用离心机5000转/每分钟离心15分钟，加入1%硝酸（体积比），获得离心酸化酸化样品。②过滤酸化获得过滤酸化样品。③直接加入1%硝酸（体积比）获得上清液酸化样品。④收集上清液获得上清液非酸化样品。收集①②③④依据B5750.6-2007电感耦合发射光谱法直接测定。

3实验结果

3.1实验室样品测定结果

A-1去离子水经过土壤颗粒后，水中钠与土壤颗粒的关系规律。

由下图1可知，水中金属钠测定含量会随着土壤的增加含量呈正增长趋势，同类型碱金属钾、钙、镁也有相同的规律，金属钠增长幅度低于其他金属，金属钠测定数据与土壤颗粒含量成正比，金属钠以及同类型碱金属钾、钙、镁具有水溶性。

图1水中钠与土壤颗粒的关系规律与钾、钙、镁、对比

A-2不同转速离心后，水中钠测定规律

由图2可知，随着转速的提高，钠测定数据呈降低趋势，同类型碱金属钾、钙、镁也有相同的规律，测定数据与离心转速呈反比关系。1000r/min测定钠数据为2.005mg/L,5000r/min测定数据为1.281mg/L，测定数据相对减少36.1%。其他同类型碱金属钾、钙、镁也有相同的规律，其中钾、钙、镁相对减少分别为：54.9%，50.8%,73.9%,钠的测定数据减少最低。此结果说明经过不同转速离心后，水中土壤颗粒不同程度减少。

图2不同转速离心后，水中钠测定规律

A-3离心酸化、过滤酸化、上清液酸化、上清液非酸化数据规律

由下表1可知，元素钠不同处理方式后测定数据有所差别，数据大小规律依次为：过滤酸化＜离心酸化＜上清液非酸化＜上清液酸化，同类型碱金属钾、钙、镁规律亦是如此；金属钠的精密度大小依次为：过滤酸化＜离心酸化＜上清液非酸化＜上清液酸化，同类型碱金属只有钾与钠顺序相同，镁、钙有所不同，大小依次为：离心酸化＜过滤酸化＜上清液非酸化＜上清液酸化。

取样方式	元素
取样方式	钾	钙	钠	镁
离心酸化1	5.82	12.15	1.19	1.45
离心酸化2	5.97	12.44	1.24	1.47
离心酸化3	6.05	12.38	1.23	1.51
均值	5.95	12.32	1.22	1.47
相对标准偏差	1.9%	1.2%	2.2%	2.1%
过滤酸化1	4.86	11.25	1.13	1.01
过滤酸化2	4.87	10.48	1.09	1.04
过滤酸化3	4.91	10.37	1.09	1.05
均值	4.88	10.70	1.10	1.03
相对标准偏差	0.6%	4.5%	1.9%	2.3%
上清液酸化1	26.46	74.94	3.83	13.98
上清液酸化2	18.58	44.35	2.86	8.80
上清液酸化3	33.62	75.91	4.82	17.46
均值	26.22	65.07	3.83	13.41
相对标准偏差	28.7%	27.6%	25.5%	32.5%
上清液非酸化1	19.66	38.98	2.71	9.22
上清液非酸化2	20.76	41.02	2.74	9.73
上清液非酸化3	23.38	46.74	3.27	11.03
均值	21.27	42.25	2.91	9.99
相对标准偏差	9.0%	9.5%	10.8%	9.3%

3.2实际样品测定结果

B-1贝勒管连续取水，不同贝勒管测定数据与土壤重量的关系

如图3所示：连续取水后每一管中水中土壤含量数据增加，第1~5管土壤增加含量分别为：0.1260、0.3240、0.5240、0.6272、1.2631g，土壤含量增加金属钠测定数据呈现降低的趋势，同类型碱金属金属钾也有相同类似现象，而钙、镁会随着土壤的增加呈现数据递增的趋势，与钾、钠有所不同。

B-2第5管贝勒管地下水，不同转速离心酸化后测定数据

如下图4所示，地下水金属钠测定数据会随着离心机转速提高降低，金属钠会随着离心机的转速提高测定数据会有所下降，1000r/min测定钠数据为40.54mg/L,5000r/min测定数据为37.84mg/L，测定数据相对减少6.7%。其他同类型碱金属钾、钙、镁也有相同的规律，其中钾、钙、镁相对减少分别为：49.1、12.6、33.8%,钠的测定数据减少最低。此结果说明经过不同转速离心后，水中土壤颗粒不同程度减少。同类型金属镁、钾4000转/分钟的时候测定值趋于恒定。

B-3离心酸化、过滤酸化、上清液酸化、上清液非酸化数据规律

由下表2可知，元素钠不同处理方式后测定数据有所差别但差异幅度不大，上清液非酸化测定数据显著低于其他方式，数据大小规律依次为：上清液非酸化＜过滤酸化＜上清液酸化＜离心酸化，同类型碱金属镁规律亦是如此。同类型碱金属钙数据大小规律依次为：上清液非酸化＜上清液酸化＜离心酸化＜过滤酸化，钾数据大小规律依次为＜上清液非酸化＜过滤酸化＜离心酸化＜上清液酸化。金属钠以及同类型碱金属钾、钙、镁精密度并无显著规律。

取样方式	元素
取样方式	钾	钙	钠	镁
离心酸化1	6.99	55.71	47.67	16.38
离心酸化2	6.61	54.13	48.87	15.93
离心酸化3	6.71	55.50	48.25	16.32
均值	6.77	55.11	48.26	16.21
相对标准偏差	2.9%	1.6%	1.2%	1.5%
过滤酸化1	6.46	56.83	47.73	15.81
过滤酸化2	6.44	56.28	48.07	15.60
过滤酸化3	6.43	55.49	46.31	15.44
均值	6.44	56.20	47.37	15.62
相对标准偏差	0.2%	1.2%	2.0%	1.2%
上清液酸化1	6.84	55.43	46.26	15.67
上清液酸化2	7.06	57.17	47.77	16.20
上清液酸化3	7.35	50.67	49.84	16.34
均值	7.08	54.42	47.96	16.07
相对标准偏差	3.6%	6.2%	3.7%	2.2%
上清液非酸化1	6.39	43.51	38.39	13.75
上清液非酸化2	6.45	43.79	38.04	13.91
上清液非酸化3	6.41	44.21	37.11	13.99
均值	6.42	43.84	37.85	13.88
相对标准偏差	0.5%	0.8%	1.7%	0.9%

4. 结论

从A组和B组实验可以看出土壤颗粒对地下水钠及同类型碱金属钾、钙、镁测定有显著影响，且土壤中钠及钾、钙、镁具有水溶性。不同的样品处理方式如：上清液加酸、上清液不加酸、过滤加酸、离心加酸等，对样品测定有显著影响。A-2、B-2实验结果可以看出，高转速离心下测定的数据显著低于低转速离心数据，且随同转速阶梯上升过程中测定数据均呈阶梯下降，说明水体中土壤悬浮颗粒物质量大小有所不同，且土壤悬浮颗粒影响测定数据。

实验分为A、B组同步进行，A组为实验室样品对解释B组实际采样差异数据更为有说服力，A组实验土壤采用国家有证标准物质HTSB-1，该标准样品颗粒大小均小于60目，质量稳定。A-3金属精密度：上清液酸化＜上清液非酸化，且两者精密度远高于离心加酸、过滤加酸等方式，说明非经处理时，水中大颗粒土壤悬浮物存在，酸的加入会增加颗粒物中钠及同类型金属钾、钙、镁析出，从而放大偏差。A-3钠及同类型钾、钙、镁测定规律为：过滤酸化＜离心酸化＜上清液非酸化＜上清液酸化，说明地下水中大颗粒土壤悬浮颗粒存在很强的水溶性，有时候甚至比过滤、离心酸化后的中小悬浮颗粒酸溶的数据大。B-3为实际测定样品，观测结果与A-3并不相同，最显著的区别为：上清液非酸化测定数据显著低于其他过滤方式酸化测定结果，除了镁和钠规律大体相同，同为碱金属的镁、钙均规律大小均不相同，说明A-3和B-3土壤悬浮颗粒总体含量并不相同，A-3为有证标准物质颗粒细腻，水溶后有较多中小颗粒土壤悬浮物，而B-3为自然状态土壤，建井后虽然水体中有较多的土壤，但并不含有较多的中小颗粒土壤悬浮物，同时自然土壤有较长的地下水浸泡碱金属钾，钙，镁有大量的析出基础水平，两者交织可能存在一定复杂性，导致规律不明朗。

A-1和B-1水体中的土壤含量呈现增加的趋势，水中钠观测结果A-1呈现梯度上升，B-1呈现梯度下降，同类型碱金属钾也呈现相同的规律，而钙、镁A-1、B-1并无区别均呈逻辑梯度上升趋势，说明建井后土壤产生空腔水势较低，周围的较小的悬浮颗粒首先通过土壤间隙补充到监测井，另一方面由于重力问题，土壤悬浮颗粒较大的沉积于井下方，较小的悬浮于井上方，连续采样过程中首先会采集到悬浮颗粒物较小的上方水体，采集到的颗粒大小会依次递增。上述已经表述过不同颗粒水溶性，以及酸化会增加导致析出，最终导致了钠检测到的数据与同类型碱金属钾、钙、镁数据有类似，也有区别的现象。

综上所述土壤颗粒，以及水中土壤悬浮颗粒，样品不同的处理方式对地下水钠及同类型碱金属钾、钙、镁有显著影响，钠及同类型碱金属钾、钙、镁均有相同的水溶性，而钠的观测到与钾的A组全部实验、B-1，B-3实验部分相同，同类型碱金属钙A组实验相同，B组多个实验差异较大，说明钠和钾近似，和钙、镁又有所区别，镁介于钾钙之间，可能与其化学性质有关。

5展望

应加大对水体土壤颗粒带电性质研究力度，我国现行标准地下水采样介质均分为玻璃和塑料两种材质，猜想由于两种材质运输过程中摩擦可能会产生一负电荷，而水溶液中悬浮物可能带电,可能也会有会带电导致两种物质吸引导致吸附，故多数金属玻璃介质同电荷不吸附，希望未来加强该方面研究。

应加大对金属水溶性的研究，可能不同金属水溶性会有所不同，那么就可解释为何多数未污染土壤，部分金属上层土大于下层土，同时也可以解释为何部分地下水出现卤水，以及海水高盐度的问题，可能由于碱金属历经亿万年水溶碱金属迁移至地下或海洋导致。

应加大对水体中土壤颗粒分类研究，我国把水体分为总量和水溶性金属，根据本文不同转速离心测定数据呈梯度，说明水体中的颗粒大小与质量可能是连续的而不是简单分为总量和水溶性金属的可能。

6参考文献

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