饮用水消毒副产物监测及健康风险评估研究

许云竹，黄 灿，郭 丹

（辽宁省沈阳生态环境监测中心，辽宁 沈阳 110000）

引言

饮用水是人类生活中必不可少的资源，保障饮用水的安全是一项重要任务。为了杀灭水中的病原体和细菌，消毒剂被广泛应用于饮用水处理过程中。然而，消毒剂的使用可能会产生一系列的副产物，可能对人体健康造成潜在风险。因此，对饮用水中消毒副产物进行监测和评估是非常必要的。

消毒副产物是指在饮用水消毒过程中产生的化学物质，包括卤代酸、卤代醇和酚类化合物等。由于消毒剂的种类不同，产生的DBPs也很多。饮用水中已确定的消毒副产物就有数百种，但总的来说可以分为五类：三卤甲烷、卤代乙酸、卤氧化物、卤代乙腈和直接致诱变化合物。多年以来，国内外研究机构对DBPs进行了大量的调查和研究，证明其对人体具有致突变性、致畸性、致癌性、神经毒性等不同的危害。基于DBPs对人体健康构成潜在的威胁，在我国生活饮用水国家标准中已将三氯甲烷、三溴甲烷、一溴二氯甲烷、三氯乙酸、二氯乙酸、2，4，6－三氯酚、亚氯酸盐、溴酸盐等15种物质列为消毒副产物指标进行监测。消毒副产物的形成与消毒剂的种类、浓度、接触时间及水质条件等因素密切相关。这些副产物可能存在于饮用水中，对人体健康构成潜在风险。因此，监测饮用水中消毒副产物的种类和浓度对于评估饮用水的安全性至关重要。针对饮用水中消毒副产物的监测方法已经得到了广泛研究和应用。常用的监测方法包括气相色谱-质谱联用法（GC-MS）[1]、液相色谱-质谱联用法（LC-MS）[2]和高效液相色谱法（HPLC）[3]等。这些方法具有高灵敏度和高选择性，能够准确检测和测定饮用水中消毒副产物的种类和浓度。此外，为了评估饮用水中消毒副产物对人体健康的风险，研究人员还开展了健康风险评估的研究。

综上所述，监测和评估饮用水中消毒副产物的种类和浓度对于确保饮用水的安全至关重要。通过采用适当的监测方法和健康风险评估方法，可以更好地了解饮用水中消毒副产物对人体健康的影响，为保护公众健康提供科学依据。

1 饮用水消毒副产物监测方法简介

饮用水消毒副产物是指对水进行消毒过程中产生的化合物，常见的有三氯甲烷、四氯甲烷、二氯甲烷、三溴甲烷等。这些消毒副产物会对人体健康产生潜在的危害，因此需要进行监测和控制。

1.1 采样方法

为了获得准确的监测结果，采样方法非常关键。通常采用代表性的点位进行采样，并采用标准的采样容器，避免污染和挥发。同时，要确保采样时水样中的消毒副产物浓度不会发生变化，可以使用冷藏或添加保护剂的方法。

1.2 分析方法

常见的分析方法包括气相色谱法、液相色谱法、气相色谱-质谱联用（GC-MS）、液相色谱-质谱联用（LC-MS）等。这些方法可以对不同的消毒副产物进行定性和定量分析。其中，气相色谱法可以用于检测挥发性的消毒副产物，如三氯甲烷等；液相色谱法可以用于检测非挥发性的消毒副产物，如三溴甲烷等；质谱分析法可以用于定性和定量检测多种消毒副产物。对于沸点高、相对分子量大、热稳定性差的消毒副产物的分离分析一般用反相高效液相色谱法，其检测器一般配置紫外检测和荧光检测器。随着色谱质谱联用技术的发展，LC-MS技术已成为DBPs鉴定分析的常用技术［3］。目前的研究表明，诸多未知的DBPs中大部分为高极性和高分子质量物质，可以预知LC/MS/MS在DBPs中的发现及检测应用。

1.3 标准和限值

为了保证饮用水的安全性，许多国家和地区都制定了相应的标准和限值。监测方法的研究需要参考这些标准和限值，确保监测结果符合要求。化学指标包括pH值、总硬度、溶解性总固体、氯化物、硫酸盐、硝酸盐等。这些指标的具体限值应符合国家相关标准的规定。

1.4 监测频率

由于饮用水消毒副产物可能对人体健康产生慢性影响，因此设定合理的监测频率也很重要。建议定期进行监测，特别是在新建或翻修水处理设施后。

1.5 数据分析和处理

监测得到的数据需要进行分析和处理，以评估消毒副产物的水平和潜在的健康风险。可以使用统计学方法对数据进行分析，如计算平均值、标准偏差、相关性等。

2 检测方法的研究进展

为了监测饮用水中消毒副产物的浓度和种类，研究人员提出了多种检测方法。目前较常用的方法有气相色谱-质谱联用法（GC-MS）、液相色谱-质谱联用法（LC-MS）和高效液相色谱法（HPLC）。这些方法具有高灵敏度、高选择性和高分辨率的特点，能够准确检测和鉴定饮用水中的消毒副产物。

2.1 气相色谱-质谱联用法（GC-MS）

气相色谱-质谱联用法（GC-MS）是一种常用的方法，用于监测饮用水中消毒副产物的种类和浓度。结合了气相色谱（GC）和质谱（MS）两种技术，能够实现样品的分离和鉴定。近年来，针对饮用水中消毒副产物的监测，GC-MS方法得到了广泛的研究和应用。在GC-MS方法中，首先使用气相色谱将样品中的化合物分离开来。气相色谱利用样品中化合物的挥发特性和在固定相上的分配系数差异，将样品分离成不同的组分。然后，将分离后的化合物通过质谱进行检测和鉴定。质谱利用分子或碎片的质量－电荷比进行分析，可以准确鉴定和定量样品中的化合物[4]。

GC-MS方法在饮用水中消毒副产物的监测研究中取得了一系列的进展。针对不同种类的消毒副产物，研究人员不断优化和改进GC-MS方法的分离条件。例如，通过调节气相色谱柱的类型、长度和温度程序等参数，可以实现对不同挥发性和半挥发性有机物的有效分离。此外，针对一些极性化合物，研究人员还开发了新的固定相材料，以提高其在GC-MS中的分离效果。研究人员也对GC-MS方法的质谱部分进行了改进。引入了更灵敏的检测器，如飞行时间质谱仪（TOF-MS）和三重四极杆质谱仪（Triple Quadrupole MS），可以提高GC-MS方法的灵敏度和分析能力。此外，还发展了更加高效的样品前处理技术，如固相微萃取（SPME）和固相萃取（SPE），以提高样品的净化和浓缩效果。研究人员还开展了GC-MS方法在饮用水中消毒副产物监测中的应用研究。不仅关注典型的消毒副产物，如卤代酚类化合物、三卤甲烷类化合物和卤代醛类化合物，还研究了其他新兴的消毒副产物，如消毒副产物的前体物和转化产物。通过GC-MS方法，可以对这些消毒副产物进行准确的鉴定和定量分析，为饮用水中消毒副产物的控制和治理提供科学依据[5]。

2.2 液相色谱-质谱联用法（LC-MS）

液相色谱-质谱联用法（LC-MS）是一种常用的方法，用于监测饮用水中消毒副产物的种类和浓度。其结合了液相色谱（LC）和质谱（MS）两种技术，能够实现样品的分离和鉴定。近年来，针对饮用水中消毒副产物的监测，LC-MS方法得到了广泛的研究和应用。在LC-MS方法中，首先使用液相色谱将样品中的化合物分离开来。液相色谱利用样品中化合物的亲水性和在固定相上的分配系数差异，将样品分离成不同的组分。其次，将分离后的化合物通过质谱进行检测和鉴定。质谱利用分子或碎片的质量－电荷比进行分析，可以准确鉴定和定量样品中的化合物[6]。

LC-MS方法在饮用水中消毒副产物的监测研究中取得了一系列的进展。首先，针对不同种类的消毒副产物，研究人员不断优化和改进LC-MS方法的分离条件。例如，通过调节液相色谱柱的类型、长度和流动相的成分等参数，可以实现对不同极性和化学性质的有机物的有效分离。此外，还发展了更加高效的样品前处理技术，如固相萃取（SPE）和液液萃取（LLE），以提高样品的净化和浓缩效果。其次，研究人员也对LC-MS方法的质谱部分进行了改进。引入了更灵敏的检测器，如电喷雾离子源（ESI）和大气压化学电离源（APCI），可以提高LC-MS方法的灵敏度和分析能力。此外，还发展了更加高效的质谱扫描模式，如多反应监测（MRM）和全扫描（FullScan），以实现对不同化合物的选择性检测和全面分析。研究人员还开展了LC-MS方法在饮用水中消毒副产物监测中的应用研究，不仅关注典型的消毒副产物，如卤代酚类化合物、三卤甲烷类化合物和卤代醛类化合物，还研究了其他新兴的消毒副产物，如消毒副产物的前体物和转化产物。通过LC-MS方法，可以对这些消毒副产物进行准确的鉴定和定量分析，为饮用水中消毒副产物的控制和治理提供科学依据[7]。

2.3 高效液相色谱法（HPLC）

高效液相色谱法（HPLC）是一种常用的方法，用于监测饮用水中消毒副产物的种类和浓度。通过利用溶质在流动相和固定相之间的分配系数差异，实现对样品中化合物的分离和分析。近年来，针对饮用水中消毒副产物的监测，HPLC方法取得了一系列的研究进展。

首先，研究人员对HPLC方法的分离条件进行了优化和改进。通过选择不同的固定相材料、调节流动相的成分和流速等参数，可以实现对不同化合物的高效分离。特别是针对水样中的复杂基质干扰问题，研究人员还开发了特殊的固定相材料，如亲水性和离子交换材料，以提高样品中目标化合物的分离效果。

其次，HPLC方法的检测器也得到了改进。引入了更灵敏的检测器，如紫外－可见光谱检测器（UV-VIS）和荧光检测器，可以提高HPLC方法的灵敏度和选择性。

再次，发展了质谱联用技术（LC-MS）和电化学检测技术，用于对饮用水中消毒副产物的进一步分析和鉴定。

最后，研究人员还对HPLC方法的前处理技术进行了改进。比如，通过固相萃取（SPE）、液液萃取（LLE）和固相微萃取（SPME）等样品净化和浓缩技术，可以提高样品中目标化合物的检测灵敏度，并降低基质干扰的影响。在应用方面，研究人员不仅关注传统的消毒副产物，如卤代酚类化合物、三卤甲烷类化合物和卤代醛类化合物，还研究了其他新兴的消毒副产物，如消毒副产物的前体物和转化产物。通过HPLC方法，可以对这些消毒副产物进行准确的鉴定和定量分析，为饮用水中消毒副产物的监测和治理提供科学依据[8]。

3 健康风险评估方法

饮用水消毒副产物健康风险评估方法是用于评估消毒副产物对人体健康的潜在危害程度的方法。以下是对饮用水消毒副产物健康风险评估方法的分点讨论。

3.1 暴露评估

暴露评估是评估人类接触消毒副产物的程度和途径。这包括饮用水中消毒副产物的浓度、水的摄入量和接触途径等因素。可以使用水质监测数据和人体暴露模型来估计人类的暴露水平。一项研究通过收集饮用水中三卤甲烷类化合物的浓度数据和人体癌症发病率数据，建立了剂量响应模型，用于评估这些化合物对癌症风险的影响。结果表明，三卤甲烷类化合物的摄入量与癌症发病率呈正相关关系，即摄入量越高，癌症风险越大。这一研究为饮用水中三卤甲烷类化合物的健康风险评估提供了重要的依据。

3.2 毒性评估

毒性评估是评估消毒副产物对人体健康的毒性程度。通过实验室研究和流行病学调查等方法，评估消毒副产物与特定疾病的关联性和潜在的毒性机制，包括急性毒性、慢性毒性、致癌性、致畸性等方面的评估。

3.3 剂量反应关系

剂量反应关系是评估消毒副产物暴露与健康效应之间的关系。通过对暴露水平和健康效应的数据进行统计分析，可以确定剂量反应关系，如剂量－反应曲线、剂量－效应曲线等。一项研究使用了生物标志物和生物监测技术，对饮用水中卤代酚类化合物的健康风险进行了评估。通过收集个体尿液样本中卤代酚类化合物的浓度数据和相关疾病的发生率数据，研究人员建立了剂量响应模型。研究结果显示，卤代酚类化合物的摄入量与心血管疾病和神经系统损害的风险呈正相关关系。这一研究强调了卤代酚类化合物对特定疾病风险的潜在影响，并为饮用水中卤代酚类化合物的健康风险评估提供了新的方法。

3.4 风险特征

风险特征是评估消毒副产物健康风险的特定特征，如潜在的致癌风险、非致癌风险等。这可以通过使用流行病学数据和暴露评估数据来计算风险指标，如致癌风险指数（Cancer Risk Index）和非致癌风险指数（Non-Cancer Risk Index）等。

3.5 风险管理

风险管理是评估和采取措施来减少消毒副产物健康风险的过程。这包括制定和实施适当的水处理技术、监测和控制消毒副产物的浓度、制定相关政策和标准等。

4 结语

饮用水消毒副产物是在水处理过程中使用消毒剂时产生的化学物质。这些消毒副产物可能对人体健康产生不利影响，因此，监测和评估饮用水中的消毒副产物对保障饮用水安全至关重要。在饮用水中，消毒副产物的浓度通常较低，因此，准确的检测方法是确保评估结果可靠性的关键。近年来，研究人员已经发展了多种灵敏度高、选择性好的检测方法，如液相色谱-质谱联用技术、气相色谱-质谱联用技术等。这些方法能够对多种消毒副产物进行准确测定，从而提供了评估其存在和浓度的基础。然而，随着科学技术的不断进步，新型消毒副产物的产生和存在逐渐被发现。这些新型消毒副产物可能具有不同的化学性质和健康风险，因此，对其进行监测和评估变得尤为重要。

综上所述，饮用水消毒副产物的监测和健康风险评估是饮用水安全保障的重要环节。目前的研究已经取得了一些进展，但仍需要加强对新型消毒副产物的监测和评估。未来的研究应注重剂量响应关系的深入研究，以更全面地评估消毒副产物对人体健康的影响。通过不断改进监测方法和加强对新型消毒副产物的研究，更好地保障饮用水的安全性。