2017年1月3日

破解水中餘氯的迷思

作者/高憲明(任職於中央大學化學系,主要研究興趣為奈米觸媒及鋰鈉離子電池相關之應用,著有「獨家報導:揭露新聞中與生活有關的化學常識」。)

水資源對現代人類的生活是相當重要的,自來水經過自來水廠的淨化處理之後,在最後的階段都會添加氯消毒,避免細菌的滋生而影響到我們的健康,但是添加氯有可能與水中的有機物發生反應而產生一系列的副產物如氯仿(CHCl3),氯仿是一種三鹵甲烷,據研究指出氯仿具有致癌性。因此一般人會擔心飲用水含有餘氯的問題,而在水中的餘氯會不會變成你我心中的疑慮呢?

氯的形式
平常狀態下,氯氣是黃綠色且嗆鼻的有毒氣體,以氯分子(Cl2)的形式存在。但是氯也有不同的形式,如我們每天吃的鹽巴就是「氯化鈉」,當中的氯是氯離子(Cl-),但它沒有毒喔!氯氣和氯離子是氯的2 種不同型態,差很大喔!將氯氣添加於水中,氯就會與水反應而變成「次氯酸」(HOCl):Cl2 + H2O ⇌ HOCl + H+ + Cl-,次氯酸在水中又會解離成:HOCl ⇌ H+ + OCl-,因此氯氣在水中所形成的HOCl 和OCl- 稱為自由氯(free available chlorine),它們就是漂白水的主要成分,氯的殺菌作用在於次氯酸能穿透細菌的細胞壁,加上它是強氧化劑,因此能損害細胞膜,進而達到殺菌的效果。一般游泳池消毒則是添加漂白粉「次氯酸鈉」或「次氯酸鈣」,當氯加太多時,你會聞到漂白水的氣味。



當我們使用自來水清洗蔬菜、水果、洗米或身體時,水中餘氯會不會被蔬果或身體吸收呢?這是大家非常關心的課題。網路甚至電視節目都盛傳蔬果會吸收水中的餘氯,因此我們的皮膚也一定會吸收這些水中的餘氯,真的是這樣嗎?

圖一:(A)自來水加入 OTD 後變成黃色,且在450 nm 有一吸收峰;(B)逆滲透水加入OTD 後水溶液仍是清澈無色,並對應原本OTD 的吸收峰位置都低於250 nm。(作者提供)
餘氯測試劑OTD
市面上流行「餘氯測試劑OTD」偵測水中的餘氯,其全名為o-Tolidine,原本為透明無色。分別加入幾滴OTD 於自來水和逆滲透水之中,自來水會馬上變成黃色,但是逆滲透水卻不會變色(圖一),顯示自來水中確實含有餘氯。黃色的深淺取決於自來水中餘氯的多寡,餘氯量愈多則黃色愈深;由此可知,經過處理後所得的逆滲透水並不含餘氯。

傳說中的芭樂
網路或電視上經常將水果如芭樂(需要切片)加入上述黃色溶液之中,搖晃數下之後,不一會兒的工夫,水中的黃色瞬間消失,整杯水變回原本清澈的樣子,就在大家驚呼聲四起之際,主持人或專家此時便斷定芭樂會「吸收」水中的餘氯,才會讓原本黃色的水溶液瞬間變成無色透明,因為親眼目睹,所以大家都會相信這樣的結論。如果真是這樣,那我們將自來水清洗過的水果吃下去,後果不堪設想!真的是芭樂可以吸收水中的餘氯嗎?還是另有實情呢?

要了解其中的奧妙,首先需要了解OTD 在餘氯測試中的作用原理,當OTD 滴入於自來水中而呈黃色,水中的餘氯是氧化劑,能將OTD 氧化而變成聯苯醌化合物(holoquinones),即為氧化態的OTD,它是黃色的,在此過程之中餘氯巳經被OTD 還原成氯離子(圖二)。口說無憑,眼見也不見得可靠,顏色的變化可以使用紫外線可見光光譜儀加以驗證。無色的OTD 代表它的吸收波長在紫外光區,它吸收低於250 nm 的紫外線,所以是無色;反之當它被氧化而變成黃色時,並不代表它會吸收黃色的可見光喔,而是會吸收黃色光的互補光,也就是藍光,所以它會在450 nm 會有一吸收峰(圖一)。


圖二:(A)餘氯測試劑OTD 被水中餘氯氧化變成黃色的聯苯醌化合物,而餘氯被還原成氯離子;(B)維他命C 可以經氧化而得去氫維他命C,維他命C 可作為還原劑。

芭樂富含維他命C,維他命C 是還原劑,能將黃色的氧化態OTD 還原而變回原本無色的OTD,此時根本與餘氯無關,因為當OTD 加入水中時餘氯已經被OTD 還原(圖二)。換言之,芭樂並不是吸收水中的餘氯。其他切好的水果如奇異果、西瓜、蘋果、橘子等都具有同樣的效果,只是黃色的消失時間會因水果含維他命C 的多寡而有所不同,蓮霧因為維他命C 含量不多,所以效果比較差。

另外一種情況是先加水果,後加OTD,結果又會是如何呢?如果是先加水果,水中餘氯已經先一步被水果中的維他命C 還原成氯離子,此時再加入OTD並不會變成黃色,因為水中的餘氯已經早一步被水果的維他命C 還原成氯離子了,所以OTD 沒有機會與餘氯作用,所以水還是一樣清澈無色(圖三)。因此加一片檸檬或擠一兩滴檸檬汁加入於水中,都同樣具有將水中餘氯去除的效果喔!

圖三:(上)自來水先加OTD,水中餘氯氧化OTD 變成黃色,然後再加水果,水果中的維他命C 會將黃色的氧化態OTD 變回無色;(下)自來水先加水果,水果中的維他命C會先一步將水中餘氯還原變成氯離子,然後再加OTD,水中已經沒有餘氯了,所以水不會變黃色。(作者提供)

除了水果以外,網路或電視節目裡還測試了各式各樣的物質如茶包、葡萄皮、橘子皮、西瓜皮等,這些物質不見得富含維他命C,但是效果與芭樂相當,這又是怎麼一回事呢?以茶包為例,因為茶裡富含茶多酚(兒茶素),茶多酚好處多多,可以抗自由基、抗氧化及保健心血管,所謂的「抗氧化劑」,就是扮演著犧牲自己照亮別人的角色,因此當它與其他物質同在一起時,它會比較容易被氧化(即失去電子),因而可以保護其他物質被氧化的風險。抗氧化劑如多酚、類黃酮、花青素等物質也可以與自來水中的餘 以無憂無「氯」。氯發生氧化還原的反應,因此與水果去除水中餘氯有相同的效果。值得注意的是劑量的問題,自來水中餘氯的量很低,一般含氯量低於2 ppm(百萬分之一),加上餘氯具有強氧化劑的特性,使得只要物質含有一些特定的成分便可以將餘氯還原而變不見了。 ......【更多內容請閱讀科學月刊第565期】


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