水龍頭流出的水只是H₂O嗎？答案并不那么簡單；水可能含有肉眼看不見的溶解物質。奧林巴斯Vanta手持式XRF元素分析儀之類的便攜式X射線熒光（pXRF）儀器可以幫助識別飲用水中隱藏的礦物質和污染物。

識別水中的礦物質和污染物

雖然我們可能認為飲用水只是H₂O，但您的杯子里經常會有其他溶解物質。其中一些物質對我們有益，比如氟化物，它有助于防止蛀牙。其他常見礦物質包括氯化鈣（CaCl₂），一種含有電解質的化合物，當存在于水中時，可以幫助防止脫水。氯化鈣，以及其他常見的氯化物，如氯化鎂、氯化鈉和氯化鉀，可以通過地質作用從巖石中滲入飲用水。下圖（圖1）顯示了Vanta pXRF元素分析儀測量溶解鈣的精度，從1000 ppm直至20 ppm。

圖1.Vanta pXRF元素分析儀對ICP參考樣品中溶解鈣的分析性能（插圖顯示較低濃度）

然而，水可能含有潛在的有害物質，包括硝酸鹽（NO₃-）、錳（Mn）、鐵（Fe）和碳酸氫鹽（HCO₃-）等。這些元素和化合物會導致各種健康和基礎設施問題，包括對管道和熱水器的危害、水垢形成和細菌生長。

元素分析技術（例如使用Vanta系列進行的便攜式X射線熒光（pXRF）分析）可用于識別和量化其中一些有害物質。pXRF還可以幫助識別重金屬，重金屬是飲用水污染物中最大、最有害的一類。

飲用水中的重金屬污染

重金屬通常包括鉻（Cr）、鎳（Ni）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、汞（Hg）和鉛（Pb），當存在于飲用水中時，會引起各種問題。這些金屬可以通過人類和地質活動進入水中，比如巖石、燃煤發電廠和礦山的自然風化。當這些金屬進入地下水時，它們會使水的酸性或堿性更強。因此，飲用水可能有毒，并對管道和其他水基礎設施造成破壞。通過改變水的pH值，這些金屬還可以促進各種有害細菌的生長。

各種類型的飲用水

幸好，大多數飲用水都經過了一些過濾或其他凈化過程。我們有各種類型的飲用水，隨時可供使用：

• 自來水

• 蒸餾水

• 過濾水

• 泉水

• 純凈水

通常來說，自來水是最容易獲得的，需要經過一些處理。在地下水中加入一些化學物質，去除污垢和大多數其他溶解顆粒。然后使用氯氣對潔凈水進行過濾和消毒，有一些地區還會加入氟。蒸餾水已經煮沸，產生蒸汽或水蒸氣，然后冷凝形成飲用水，幾乎去除了所有污染物。過濾后的水與自來水類似，不過一些過濾后的水在裝瓶前經過臭氧處理以殺死細菌，然后進行最后的凈化步驟。與過濾水類似，泉水除了經過臭氧處理外，還經歷了自來水的凈化步驟。最后，純凈水包括許多凈化技術，如反滲透、蒸餾和去離子。每種技術都會去除并留下某些溶解物質和污染物。使用Vanta pXRF分析儀后，我們可以確定哪些溶解物質沒有從這些不同類型的水中去除。

使用Vanta pXRF分析儀分析水

為了向您展示pXRF的工作原理，我們使用Vanta分析儀測試了上述五種類型的水和一些雨水，然后對結果進行了定量分析。測試耗時一分鐘，使我們能夠快速識別水中的污染物和礦物質（圖2）。

圖2.Vanta pXRF對五種水類型的分析顯示了各種溶解物質

雖然通過目視檢查，所有的水類型看起來都一樣，但樣品中含有不同的溶解物質。經過許多凈化步驟的水，如蒸餾水和純凈水，不含可檢測到的溶解礦物質、鹽或金屬。靠近水源的水域（如泉水和過濾水）含有一些來自有機物質的元素（如磷和硫），以及來自地質過程的鹽（如鈣和氯）。自來水除了含有這些有機物質和鹽類外，還含有一些輸送水的管道中的微量鐵和鋅（仍然安全）。鐵可以被您的身體用作所需的礦物質，但也會在您家的水設備上留下紅色污漬。幸好，沒有一種送檢水樣含有任何可檢測到的重金屬。

除了計算元素濃度，Vanta pXRF分析儀還可以計算各種鹽的濃度。以我們的泉水和自來水為例，Vanta分析儀可以實時內聯測定氯化鈣的濃度（圖3）。

圖3.用Vanta pXRF分析儀內聯計算泉水（左）和自來水（右）中的氯化鈣（CaCl2）

識別廢水中的重金屬污染物

Vanta pXRF分析儀還可以識別用于工業和農業目的的廢水或水中的重金屬污染。雖然Vanta分析儀可以檢測到濃度在1 ppm（1 mg/L）或以上的其中一些重金屬，但還有一些污染物的濃度低于該水平。樣品制備方面的進步，如延時離子交換樹脂袋（TIERS）¹，使Vanta分析儀能夠檢測重金屬和鹽濃度，直至十億分之一（ppb）水平，或1 mg/L的分數。這種簡單且花費不多的樣品制備技術可以將水中的濃度放大100到1000倍，從而實現與更昂貴的技術相匹敵的檢測限。

使用TIERS或其他離子交換樹脂已被證明有助于檢測工業和農業水域的非法排放¹，評估農田的重金屬污染²，以及識別更大水體中的污染物³。這些技術使廢水指紋識別技術得到了發展，使研究人員能夠識別特定污染物或污染物的來源。pXRF能夠達到ppb檢測限，使其成為廢水分析和污染物識別的有用工具。

食品和飲料中的污染物

水不是唯一可能含有重金屬污染的食品或飲料。其他常見的消費品，如谷物和糖，也可能受到重金屬污染。除了識別食品中的完整金屬碎片，人類和環境活動中的微量金屬也會污染食品。金屬（如鐵和鋅）可能通過機器設備故障、肥料中的污染物以及各種研磨和加工技術意外添加到食品中。污染物可能通過加工過程中使用的受污染水以及種植甘蔗的土壤中存在的污染物加入到糖中。與送檢水樣類似，我們使用Vanta pXRF儀器測試了消費級面粉、大米和糖，并對結果進行了定量分析。測試耗時一分鐘，很快為我們提供了這些普通食品柜食品中的污染物（圖4）。

圖4.Vanta pXRF分析儀掃描常見食品，包括糖（左）、面粉（中）和大米（右）。

雖然肉眼看不到任何溶解物質，但它們顯然存在于這些食品中。所有檢測到的元素都是自然存在于這些物質中，來自自然存在的礦物質、鹽和營養素。Vanta分析儀甚至可以用來測試各種各樣的產品，如蛋白粉。

這些元素分析清楚地揭示了消費性食品和飲料中的污染，展示了Vanta手持式XRF分析儀的分析性能。