飲用水鹵代消毒副產(chǎn)物檢測技術(shù)研究進展

王婷婷

(山西省臨汾市生態(tài)環(huán)境保護綜合行政執(zhí)法隊,山西 臨汾 041000)

飲用水消毒自20世紀首次應(yīng)用以來對公共衛(wèi)生有了很大改善。在所有消毒劑中,氯消毒由于方便、成本較低、適用性廣、持續(xù)性好而得到了廣泛的應(yīng)用。其能有效地滅活病原體和減少水傳播疾病的爆發(fā)[1];而二氧化氯(ClO2)消毒更加安全高效,基本不產(chǎn)生毒性很大的有機鹵代物，近年來作為氯消毒的替代消毒劑被國內(nèi)外廣泛應(yīng)用[2]。在氯或ClO2消毒過程中,水體中存在的一些天然有機物(DOM),比如腐殖酸,以及一些含溴或碘的物質(zhì)與之發(fā)生一系列的反應(yīng)生成一些新的化合物,即鹵代消毒副產(chǎn)物(X-DBPs)。本文對它們的檢測技術(shù)進行綜述。

1 檢測方法

1.1 氣相色譜法(GC)以及氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[GC-(MS)]

GC法是根據(jù)汽化的樣品被載氣帶入色譜柱中于其上邊的固定相作用力不同而被分離,適用于分析相對分子質(zhì)量低、易揮發(fā)而且穩(wěn)定性較好的DBPs。李海霞等[3]采用氣相測譜法測定飲用水中的鹵代乙酸(HAAs),檢出限在0.5 μg/L～1.25 μg/L。Andersson等[4]采用固相萃取-氣相色譜聯(lián)用鹵素特異性檢測器(GC-XSD)研究并進一步開發(fā)了同時測定5個不同結(jié)構(gòu)類別的20個DBPs的方法,此方法檢測限可以達到0.05 μg/L。用氣相色譜法測定飲用水中DBPs,處理樣品操作簡單,具有良好的分離效果，精密度也可以很好地達到要求。近幾年,GC-MS法適合微量或痕量分析,并且具有靈敏度高、檢出限低、分離度好等優(yōu)點,因此對其研究也比較多。沈開源等[5]采用GC-MS法測定飲用水中的鹵代腈(氰),表明該方法具有良好的精密性,值得被推廣。

1.2 高效液相色譜法以及液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[HPLC-(MS)]

傳統(tǒng)的(氣相)法檢測鹵代乙酸產(chǎn)生的衍生物較多,分析結(jié)果重現(xiàn)性也不好,而且鹵代乙酸的極性很大,很難找到適合的色譜柱,因此也很少有人用(液質(zhì))法分析。隨著HPLC-(MS)技術(shù)在水質(zhì)分析中不斷普及,分析項目由原有的(氣相)或(液質(zhì))方法轉(zhuǎn)為HPLC-(MS)法,與液質(zhì)系統(tǒng)相比,運行速度提高了9倍,峰的分離度提高了2倍,靈敏度提高了3倍以上[6]。鄭賽等[7]用超高效液相色譜-四級桿串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC-MS/MS)檢測飲用水中9種氯化消毒副產(chǎn)物,檢測下限為鈉克濃度水平。該方法具有較高的靈敏度、回收率,并且重復性較好。

1.3 離子色譜法(IC)以及離子色譜-質(zhì)譜法[IC-(MS)]

離子色譜法主要將檢測物質(zhì)送進離子交換樹脂后面的電導檢測器，并依據(jù)電荷之間的極小的差異分離開來。IC法測定水中的DBPs相比于其他方法干擾較少,可同時簡單、快捷、靈敏測出陰陽離子以及離子型化合物的含量。Johns等[8]使用IC分離存在于不同氫氧化物梯度的土壤中18個陰離子。IC法常用的色譜柱是Metrosep和IonPac柱,這兩種柱型都由有機聚合物顆粒組成,與硅柱相比它們在較高的pH值下具有穩(wěn)定性以及不同的選擇性。例如,IonPac的范圍是以乙烯基乙烯基苯-二乙烯基苯(EVB-DVB)為基礎(chǔ),交聯(lián)度高(<55%),結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。Gilchrist等[9]認為樣品基質(zhì)中的離子可能掩蓋痕量的DBP氧鹵化物,故提出柱容量是DBP分析的一個重要因素,并在自己研究中重點關(guān)注此因素。另外,美國環(huán)保局于2007年將(ICP)-MS批準為水質(zhì)分析檢測方法之一,現(xiàn)已被證明是一種非常有用的水質(zhì)監(jiān)測分析技術(shù)。基于MS的檢測可以將靈敏度提高一個數(shù)量級,但是卻給分析增加了相當大的復雜性和顯著的成本。

1.4 毛細管電泳技術(shù)(CE)

毛細管電泳技術(shù)(CE)由于其分離效率、靈敏度高、檢測限低已被廣泛用于消毒副產(chǎn)物比如鹵代乙酸的測定。但是CE法的響應(yīng)效果不好,經(jīng)常需要與其他技術(shù)聯(lián)用。張曉麗等[10]采用電膜液相萃取(EME)-毛細管電泳(CE)-電容耦合非接觸電導檢測方法對水中5種鹵代消毒物(一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸),檢出限為0.17 ng/mL～0.61 ng/mL。

除了上述精確地定量技術(shù)以外,近些年研究者針對飲用水中消毒副產(chǎn)物還提出一些估算方法。比如,微分紫外吸收度(DA)已被提出作為一種估計飲用水消毒副產(chǎn)物(DBP)濃度的方法；差異吸光度對于估計DBP濃度是一種具有較好應(yīng)用前景的技術(shù),可以在不抓取樣本、直接測量的情況下完成,它已經(jīng)在實驗室中證明了其適用性；未來有望將DBP-DA關(guān)系應(yīng)用于全面的飲用水設(shè)施,包括設(shè)備和儀表的具體要求,污水處理廠的管理人員和操作人員可以從頻繁的反饋數(shù)據(jù)分析中獲益,從而對DBP水平進行估計[11]。

2 結(jié)論

在飲用水處理和供水系統(tǒng)中,水體中存在的天然有機物(NOMs)、生物高分子及其降解產(chǎn)物與氧化劑/消毒劑發(fā)生反應(yīng)生成鹵代消毒副產(chǎn)物,引成健康風險。因此,采用簡單、快捷、靈敏的檢測方法以及高效的去除方法十分有必要。對水體中產(chǎn)生X-DBPs的檢測方法目前主要采用的是樣品前處理技術(shù)結(jié)合各種色譜分離技術(shù)進行檢測。然而目前新型污染物不斷出現(xiàn),各種新型消毒劑也不斷被開發(fā)利用,新的DBPs隨之不斷產(chǎn)生。因此需要研究開發(fā)出靈敏度更好的檢測技術(shù)。