连续流动分析法测定水中总氰化物的研究

(北京市环境保护监测中心，北京100048)

氰化物是一种剧毒物质，受氰化物污染的水体可引起水生生物、家畜乃至人类发生急性中毒。因此，氰化物的测定是环境监测领域的重要项目之一。水中的氰化物以简单氰化物和络合氰化物的形式存在[1]。氰化物的常用分析方法有滴定法、电极法和比色法等[2]。目前手工法测定氰化物的国家标准是《水质 氰化物的测定 容量法和分光光度法》(HJ 484—2009)。手工法测定水中氰化物时，水样所需量较大、需要蒸馏，显色时间较长并且在操作过程中会释放出氢氰酸，易对人体产生危害[3-9]，尤其在处理大批量样品时，该方法的应用受到了一定的限制[10]。使用连续流动分析仪可以自动测定水中的总氰化物，样品不需复杂的前处理，避免了人为误差的影响[4,11-13]。因此，本实验就连续流动分析仪测定水中总氰化物的方法进行了研究。实验结果优于现行国家分析标准，准确度与精密度均能满足测试要求。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

AutoAnalyzer3全自动连续流动分析仪(德国Seal公司)；AD-2100F型连续pH测定仪(上海仪乐)；ME2002E电子天平(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)。

1.1.2 试剂

实验所用的试剂均为优级纯，对空白测试无干扰。

①蒸馏试剂：溶解1.6 g氢氧化钠在300 mL去离子水中，加入20.0 g柠檬酸，用去离子水稀释至1000 mL，搅拌至完全溶解。

②(水+ Brij-35)溶液：量取5.0 mL聚氧乙烯月桂醚(Brij-35)溶液(20%)于500 mL去离子水中。

③缓冲溶液：溶解2.3 g氢氧化钠在300 mL去离子水中，加入20.5 g邻苯二甲酸氢钾，用去离子水稀释至1000 mL，搅拌至完全溶解，然后再加入Brij-35溶液(20%)1.0 mL。

④显色剂：溶解3.5 g氢氧化钠在300 mL去离子水中，加入8.4 g 1,3-二甲基巴比妥酸和6.8 g异烟酸，用去离子水稀释到500 mL，搅拌至完全溶解，然后再加入Brij-35溶液(20%)1.0 mL。

⑤氯胺-T溶液：称取2.0 g氯胺T溶于1000 mL去离子水中。

⑥水中氰成分分析标准溶液：50 mg/L(GBW(E)080115)，购买自中国计量科学研究院。

⑦1.0 mol/L氢氧化钠溶液：称取40.0 g氢氧化钠溶解于700 mL去离子水中，冷却至室温，并用去离子水稀释至1000 mL，混匀。

⑧0.01 mol/L氢氧化钠溶液：称取0.4 g氢氧化钠溶解于700 mL去离子水中，冷却至室温，并用去离子水稀释至1000 mL，混匀。

⑨1.0 mol/L稀盐酸溶液：量取85.0 mL浓盐酸(37%)于700 mL去离子水中，冷却至室温，并用去离子水稀释至1000 mL，混匀。

1.2 实验原理

水样中加入0.32 mL/min的蒸馏试剂，在pH=3.8条件下，经过紫外消解、120℃蒸馏，蒸馏后的氰化物中依次加入0.05 mL/min的(水+ Brij-35)溶液、0.42 mL/min的缓冲溶液、0.42 mL/min的氯胺T溶液和0.42 mL/min的显色剂溶液，氰化物和氯胺T反应生成氯化氰，然后与异烟酸及1,3-二甲基巴比妥酸在37℃时反应生成红色络合物，该络合物在600 nm波长处有最大吸收，根据朗伯-比尔定律进行比色定量测定。工作流程图见图1。

2 结果与讨论

2.1 方法性能指标

移取不同体积的氰化物标准溶液，用0.01 mol/L氢氧化钠溶液稀释[14,15]，配制成浓度分别为：0、2、5、10、20、50、80和100 μg/L的总氰化物标准系列。以总氰化物标准溶液浓度为横坐标，峰高为纵坐标，计算得到的标准曲线和相关系数如表1所示。实验结果表明，使用异烟酸-巴比妥酸连续流动法测定总氰化物具有较好的线性关系，其相关系数r2为1.0000。

表1 异烟酸-巴比妥酸连续流动法测定总氰化物的标准曲线方程与相关系数

图1 连续流动测定总氰化物工作流程图R1.蒸馏试剂； R2.清洗水；R4a.缓冲溶液；R5. 氯胺T；R6. 显色剂；1. 蠕动泵；2、4、6、7 .混合反应圈；3.紫外消解器；5.蒸馏单元；8加热； 9.流动检测池；10.废液；a.空气；b.样品；c.蒸馏后的样品

按照HJ 168—2010的要求，按照样品分析的全部步骤，平行测定0.5 μg/L总氰化物标准溶液7次，根据实验结果计算方法的检出限，结果如表2所示。方法的检出限为0.169 μg/L，低于《水质 氰化物的测定 容量法和分光光度法》(HJ 484—2009，方法3异烟酸-巴比妥酸分光光度法)的检出限。

表2 方法的检出限

对标准值为(14.6±1.3)μg/L和(68.8±6.4)μg/L的总氰化物标准样品平行测定6次，计算相对标准偏差，结果见表3。结果表明，不同浓度的总氰化物测定的相对标准偏差为0.6%～1.2%，实验数据平行性较好，本方法具有良好的精密度。

表3 方法精密度

续表3

分别用去离子水、地下水和地表水进行不同水质的加标回收实验，重复测定6次，计算样品的平均浓度和加标回收率，结果如表4。可见，不同浓度的样品加标回收率为94.3%～101.2%。该方法适用于地下水和地表水中总氰化物的测定。

表4 加标回收率实验结果表

2.2 蒸馏温度对实验结果的影响

考察不同的蒸馏温度对样品中总氰化物吸光度值的影响，分别在110、115、120、125、130和140℃的蒸馏温度下，对浓度为(68.8±6.4)μg/L的标准样品平行测定6次，计算其平均吸光度值，并作图2不同蒸馏温度对标准样品的平均吸光度值的影响。由图2可见，在110℃～120℃之间，随着蒸馏温度的升高，标准样品的吸光度值也随之升高；当蒸馏温度高于120℃时，随着温度的升高，标准样品的吸光度值下降。当蒸馏温度为120℃时，标准样品的吸光度值最大；当蒸馏温度为140℃时，标准样品的吸光度值仅为120℃时的一半。因此，测定水样中总氰化物最佳的蒸馏温度为120℃。

图2 不同蒸馏温度对标准样品吸光度值的影响

2.3 不同pH值的试剂对反应的影响

在1.1.2配制的试剂基础上，分别通过加入1.0 mol/L氢氧化钠溶液和1.0 mol/L稀盐酸调节缓冲溶液、蒸馏试剂和显色剂的pH值，并对浓度为(68.8±6.4)μg/L的标准样品平行测定6次，计算标准样品的平均测定浓度和相对误差，如表5～7所示。实验结果表明：当缓冲溶液pH值≤2.7时，蒸馏试剂pH值≤1.2时，显色剂pH值≤2.8时，影响反应进行，试验结果偏低。

2.3.1 不同pH值的缓冲溶液对反应的影响

根据表5，当蒸馏试剂pH=3.8，显色剂的pH=5.2时，发现缓冲溶液的pH值在5.2～7.0之间，标准样品的测定值均在标准样品不确定度范围内，相对误差为-2.5%～-3.8%；当缓冲溶液的pH值为2.7时，标准样品测定值未检出。结果表明：当缓冲溶液pH值≤2.7时，影响实验反应进行，试验结果偏低。

表5 不同pH值的缓冲溶液下标准样品(68.8±6.4)μg/L的测定结果

2.3.2 不同pH值的蒸馏试剂对反应的影响

根据表6，当缓冲溶液pH=5.2，显色剂pH=5.2时，发现蒸馏试剂的pH值在3.8～5.4之间，标准样品的测定值均在标准样品不确定度范围内，相对误差为-2.5%～2.6%；但当蒸馏试剂的pH值减小至1.2时，标准样品的平均测定浓度下降至49.48 μg/L，试验结果偏低。实验结果表明：当蒸馏试剂pH值≤1.2时，影响实验反应进行，试验结果偏低。

表6 不同pH值的蒸馏试剂下标准样品(68.8±6.4)μg/L的测定结果

2.3.3 不同pH值的显色剂对反应的影响

根据表7，当缓冲溶液pH=5.2，蒸馏试剂pH=3.8时，发现显色剂的pH值在5.2～7.6之间，标准样品的测定值均在标准样品不确定度范围内，相对误差为-2.5%～-6.2%；当显色剂的pH值为2.8时，标准样品测定值未检出。结果表明：当显色剂pH值≤2.8时，影响实验反应进行，试验结果偏低。

表7 不同pH值的显色剂下标准样品(68.8±6.4)μg/L的测定结果

2.4 干扰物的测定

参照《水质 氰化物的测定 容量法和分光光度法》(HJ 484—2009)对水样中的干扰物进行讨论，分析不同浓度的亚硝酸钠和硫化钠两种干扰物，对测定总氰化物结果的影响。分别配制0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、10.0 mg/L的亚硝酸钠溶液和1.0、5.0、10.0、50.0、100.0 mg/L的硫化钠溶液，然后使用本方法测定其总氰化物的含量，测定结果如图3和图4所示。由图3可知，随着亚硝酸钠浓度的升高，其总氰化物的浓度逐渐升高。当亚硝酸钠浓度为1.5 mg/L时，总氰化物的浓度为1.18 μg/L，超出了《水质 氰化物的测定 容量法和分光光度法》(HJ 484—2009)(方法3异烟酸-巴比妥酸分光光度法)的检出限1 μg/L。当亚硝酸钠浓度为10 mg/L时，总氰化物的浓度达到了52.48 μg/L。当样品中亚硝酸钠的浓度小于1.5 mg/L时，对样品总氰化物的测定结果影响较小；当亚硝酸钠浓度较高时，在蒸馏前可加入氨基磺酸(NH2SO2OH)去除。由图4可知，硫化钠的浓度小于100 mg/L时，其总氰化物的浓度均在0.3 μg/L以下，低于《水质 氰化物的测定 容量法和分光光度法》(HJ 484-2009)(方法3异烟酸-巴比妥酸分光光度法)的检出限。由此说明，当样品中硫化钠的浓度小于100 mg/L时，对样品总氰化物的测定结果影响较小。

图3 不同浓度的亚硝酸钠中总氰化物的含量

图4 不同浓度的硫化钠中总氰化物的含量

2.5 氰化钠、铁氰化钾、六氰基钴酸钾的测定

选取氰化钠、铁氰化钾、六氰基钴酸钾3种氰化物，分别配制5、10、50、100 μg/L的氰化物溶液，并用总氰化物的标准曲线分别平行测定这3种氰化物溶液6次，计算平均测定浓度和回收率。

氰化钠、铁氰化钾、六氰基钴酸钾的回收率如表8所示。从表8中，可以看出5～100 μg/L的氰化钠标准溶液的回收率为100.7%～104.2%，铁氰化钾标准溶液的回收率为94.8%～111.8%，均满足《水质 氰化物的测定 容量法和分光光度法》(HJ 484-2009)的测定要求，5～100 μg/L的六氰基钴酸钾溶液的回收率较低，为13.4%～20.4%。这可能是由于Co金属性较强，比较稳定，Co3+与-C≡N之间的键能较强，在进行蒸馏和紫外消解时，Co3+与-C≡N之间的键不能完全断裂，只有部分CN-参与反应，使得回收率较低。

2.6 水样保存实验

取4份500 mL去离子水，其中两份pH值为7.41，添加氰化物标准溶液50 μg/L，将试样瓶摇匀、密封，分别放置于室温和4℃冷藏保存；另外两份均用1.0 mol/L的氢氧化钠溶液调节其pH值为12.24，添加氰化物标准溶液50 μg/L，将试样瓶摇匀、密封，分别放置于室温和4℃冷藏保存。在不同的保存时间下，各取出10.0 mL水样平行测定6次，计算试样的加标回收率，结果如表9所示。

表8 3种氰化物中总氰化物的含量测定结果

从表9中，可以看出pH值为7.41的样品(即：不添加固定剂氢氧化钠)，随着保存时间的增加，样品的加标回收率呈下降趋势；经过16天后，在25℃室温保存条件下，样品的加标回收率从89.3%下降至7.5%；在4℃冷藏保存条件下，样品的加标回收率从89.5%下降至68.6%。当用1.0 mol/L的氢氧化钠溶液调节样品的pH值为12.24时，经过16天后，在25℃室温保存条件下，样品的加标回收率从99.8%仅下降至94.2%；在4℃冷藏保存条件下，经过16天，样品的加标回收率为97.7%～99.8%。在相同保存时间下，4℃冷藏比25℃室温保存条件下的样品加标回收率高。因此，通过加入氢氧化钠调节样品pH≥12，在4℃冷藏，可使样品保存的时间较长；当保存时间为16天时，样品的加标回收率仍保持在97%以上。

表9 不同保存条件下及不同保存时间下试样的加标回收率

3 结论

使用连续流动分析仪测定水样中总氰化物，曲线相关系数r2为1.0000，检出限为0.169 μg/L，具有良好的精密度和较高的准确度，样品测定的相对标准偏差小于5%。最佳的蒸馏温度为120℃；加入氢氧化钠的使水样pH≥12，在4℃冷藏保存16天时，其加标回收率达97%以上。当样品中亚硝酸钠干扰物的浓度小于1.5 mg/L，硫化钠干扰物的浓度小于100 mg/L时，对样品总氰化物的测定结果影响较小。该方法操作简便快捷，适用于大批量样品的测定。