饮用水消毒在保障微生物安全的同时，也会使消毒剂与天然有机质等发生反应，生成消毒副产物（DBPs）。目前已鉴定的DBPs主要集中于低分子量化合物，而分子量大于500 Da的高分子量消毒副产物（HMW DBPs）组成复杂、结构高度异质，传统分析手段难以对其进行全面表征。已有研究表明，HMW DBPs对氯化饮用水中的总有机卤素和致突变性具有重要贡献，因此其形成和转化机制值得进一步关注。

南京大学潘旸教授团队在中国工程院Engineering集群分刊ENGINEERING Environment发表题为“Characterization and formation of high molecular weight disinfection byproducts in drinking water: an integrated SEC-DAD-FLD-OCD approach”的研究论文。研究构建并优化了SEC-DAD-FLD-OCD联用分析方法，并结合平行因子分析（PARAFAC）和二维相关光谱（2D-COS），从分子量、紫外吸收、荧光和有机碳等多个维度解析饮用水中HMW DBPs的形成与转化过程。

图片摘要

多检测器联用揭示氯化过程中有机物的分子量转化

利用优化后的SEC-DAD-FLD-OCD平台，研究团队比较了模拟水样和真实饮用水氯化前后的有机物变化。两类水样均以1.2–5kDa的腐殖质（HS）为主要组分，氯化后HS区域的紫外吸收下降，同时较低分子量区域的信号发生明显变化，表明腐殖质在氯化过程中逐步发生氧化碎片化，并向结构单元（BB）和低分子量物质（LMWS）转化。值得注意的是，真实水样表现出更加复杂的荧光响应：氯化后在BP区域出现了明显的蛋白类荧光信号（Ex/Em约230/340nm），而模拟水样中未观察到这一特征。这表明实际饮用水中除腐殖质转化外，还可能存在与含氮有机物、微生物来源有机物或具有相似光谱特征的芳香组分相关的反应路径，体现了真实水体中HMW DBPs前体组成的复杂性。

图1 模拟与真实水样氯化前后的有机组分变化。包括UV吸收、荧光和SEC-OCD信号

多元分析揭示组分特征及转化顺序

为进一步解析不同分子量组分的组成及其转化关系，研究团队结合PARAFAC和2D-COS开展多元分析。SEC-DAD-PARAFAC共识别出4类组分：C1主要分布于100–800Da，与LMWS及快速形成的低分子量组分相关；C2集中于800–1200Da，主要对应BB中间组分；C3和C4则主要分布于1.2–5kDa范围，与氯化过程中持续存在的腐殖质类前体相关。进一步利用2D-COS解析不同分子量组分随氯化时间的变化发现，各组分并非同步转化，其相对形成速率呈现 FA* > LMWS* > 0 > HA* > BB* 的顺序。该结果表明，氯化推动有机碳由复杂的高分子量结构向较小、氧化程度更高的组分重新分配，而BB在其中发挥重要的中间体作用。

图2 SEC-DAD-PARAFAC解析的不同组分

图3 氯化过程中不同分子量组分的2D-COS分析

氯化时间和剂量影响不同有机组分的动态转化

时间和剂量实验进一步揭示了不同有机组分在氯化过程中的差异化响应。在10 mg/L Cl?条件下，HS在氯化1 h内下降43.7%，72 h后累计下降52.7%；BB在前4 h下降36.3%，72 h后累计下降47.6%。相比之下，LMWS持续积累，4 h内增加71.9%，72 h后增幅达到117%，进一步体现了较高分子量有机质向低分子量组分的转化。荧光组分同样表现出明显差异：BP在前12 h下降79.2%，随后快速增加，72 h时较初始水平增加约450%；FA和HA则持续下降，72 h后损失均超过90%。随着Cl?剂量升高，HS和BB总体减少，而LMWS进一步增加，说明氯化时间和消毒剂剂量共同调控有机物的组成及转化程度。

图4 氯化过程中不同有机组分的动态变化

该研究建立了面向HMW DBPs的SEC-DAD-FLD-OCD多维分析方法，并揭示了饮用水氯化过程中腐殖质向BB和LMWS逐步氧化碎片化的动态过程。真实水样中特有的蛋白类荧光特征进一步表明，实际饮用水中还存在模拟体系难以覆盖的复杂前体和反应路径。通过结合PARAFAC和2D-COS，研究从分子量、光学性质和有机碳等多个维度进一步解析了不同组分的转化顺序，为识别关键DBP前体、理解HMW DBPs形成机制，以及优化饮用水消毒和风险控制提供了新的分析框架。（来源：EngineeringJournals微信公众号）

相关论文信息：https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-026-2219-4