氰化物水样保存的影响因素探究

林仰锋 黄桂愉 陈 瑶 刘松欢 罗丹纯

（揭阳粤海水务有限公司，广东揭阳 522000）

前言

氰化物属于剧毒、高毒物质，对人、畜危害极大。氰化物能够附着在人体内的高铁细胞素氧化酶上，产生新的氰化高铁细胞素氧化酶，而这一新产生的酶失去原有酶的传氧功能，使体内组织发生缺氧甚至窒息死亡[1]。氰化物在工业中被广泛使用，主要污染源来自于冶炼、电镀、油漆、染料、橡胶、化肥等工业排放的污水[2]。氰化物在水体中有多种存在形式，一种是毒性很强、易溶于水的简单氰化物，如氰化氢、氰化钾、氰化钠等；还有一种是毒性稍小，但能分解出简单氰化物的络合氰化物。因此，水中氰化物的测定是一项重要的毒理学指标。当水中氰化物浓度≥0.01mg/L 时，该水源不宜直接饮用。氰化物的检测方法有很多，如滴定法、比色法、电极法、流动注射法等。

氰化物性质不稳定，在水样中容易发生分解，本文对氰化物水样的保存影响因素进行探究，选取最适宜的水样保存条件，改善了氰化物加标回收率以及稳定性，从而提高了氰化物检测结果的准确性。

1.实验仪器及参数设置

1.1 实验仪器

全自动流动注射分析仪：宝德BDFIA-8000（氰化物）

pH 计：雷磁PHS-3E

电子天平：赛多利斯BSA224S

超纯水制备装置：密理博 MilLi-Q Reference（18.2MΩ·cm）

冰箱：穗凌SL373

生化培养箱：科力 PYX-280S-A

离心机：RONG TAI 80-2

隔膜抽滤装置：津腾GM-0.33A

1.2 仪器参数

流动注射仪仪器参数见表1。

表1 仪器参数设置

2.实验试剂及标准溶液

2.1 实验试剂

氢氧化钠，AR 500g；磷酸二氢钾，GR 500g；氯胺-T，AR 500g；

异烟酸，AR 100g；1,3-二甲基-巴比妥酸，AR 25g；

磷酸，GR 500mL；超纯水。

2.2 标准溶液

2.2.1 标准物质

氰化物标准溶液（中国计量院GSB07-3170-2014-202262），50mg/L。

2.2.2 标准中间液

氰化物标准中间液（2.0mg/L）：吸取2.00mL 氰化物标准溶液（50mg/L）于50mL容量瓶中，用氢氧化钠溶液（1g/L）稀释并定容至刻度，摇匀。

2.2.3 标准使用液

将氰化物标准中间液（2.0mg/L）用氢氧化钠溶液（1g/L）稀释为100、10.0、1.0μg/L 的浓度，分别标记为氰化物标准使用液①、②、③。

3.实验部分

3.1 标准曲线

分别将氰化物标准使用液①、②、③装入样品管中，设置稀释倍数，进样后绘制标准曲线。实验结果见表2 及图1。

表2 标准系列浓度及峰面积

图1 标准系列线性

3.2 最低检测质量浓度

选取浓度1.0μg/L 的标准样品重复测定9次，测得对应标准偏差S 为0.0208μg/L。根据检出限MDL=S*t，t=2.896（n=9），计算出氰化物MDL 为0.0602μg/L。

最低检测质量浓度即测定下限对应浓度，根据测定下限=4*MDL，计算得本方法氰化物最低检测质量浓度为0.3μg/L，低于标准文件CJ/T 141-2018（5.2.2）[3]的2.0μg/L 浓度，符合检测要求。

3.3 水样保存的影响因素

3.3.1 除氯试剂的选择

实验中我们发现，水样中存在的余氯（游离余氯）及二氧化氯与氰化物发生反应，从而使水样的氰化物浓度降低。其中，余氯水解生成次氯酸盐，利用次氯酸根的氧化性，将氰化物氧化为氰酸盐，氰酸盐继而被氧化成无毒的碳酸盐和氮气，反应如下：①CN-→2HCO3-+N2 ↑+3Cl-[4]；二氧化氯则能将氰化物彻底氧化成氮气及二氧化碳，2CN-对氰化物的测定也能形成一定的干扰[5]，故在分析之前，我们一般会加入除氯试剂进行除氯处理。

实验室常见的除氯试剂一般有抗坏血酸、硫代硫酸钠、盐酸羟胺及亚硫酸钠，本实验对这四种试剂的除氯后的加标回收率进行研究及测定。我们在21 个200mL 棕色容量瓶中，加入水样（出厂水，余氯含量为0.5mg/L）并定容至刻度。将20 个水样分为4 组，每组5 个。第1、2、3、4 组单独加进抗坏血酸、硫代硫酸钠、盐酸羟胺、亚硫酸钠，各组试剂质量浓度分别为50、100、200、500、1000mg/L；最后一个容量瓶只加水样，不加任何除氯试剂，作为对照组。见表3。

表3 除氯试剂浓度表

在各组水样中加入氰化物标准中间液，加标浓度均为10.0μg/L。首先我们测得对照组的氰化物加标回收率为75.8%，其次再对其他组样品进行测定并统计加标回收率，见图2。由结果我们看到，加入抗坏血酸后，氰化物回收率均＞95%，其中试剂浓度为100mg/L时回收率达到99.2%；加进硫代硫酸钠后，氰化物的加标回收率也较为理想，回收率在86%～94%范围内，其中试剂浓度200mg/L 时回收率为93.9%；加入盐酸羟胺后，氰化物回收率约为82～97%，在试剂浓度为1000mg/L时加标率数值达到最大，为96.4%；相比起前面三种除氯试剂，亚硫酸钠的除氯效果不太明显，经处理后氰化物回收率约为79～86%，当试剂浓度500mg/L 时，回收率为85.7%。

图2 除氯试剂浓度与氰化物加标回收率关系图

综上所述，除氯试剂有助于提高氰化物加标回收率。当出厂水余氯含量不大于0.5mg/L时，在相同试剂浓度下，抗坏血酸的除氯效果最为显著，氰化物加标回收率最高。考虑到试剂成本等问题，我们选取抗坏血酸作为实验除氯试剂，试剂浓度为100mg/L。

3.3.2 pH 值调节

pH 值是保存氰化物水样的一个重要因素。在弱酸性条件下，水中的氰化合物容易释放出氰化氢气体，从而影响氰化物的结果测定。《生活饮用水标准检验方法水样的采集与保存》[6]规定，氰化物水样需用氢氧化钠调节至pH 值≥12，本实验就pH 值对氰化物水样保存的影响做了相关研究。

实验选取8 个加标浓度为10.0μg/L 的出厂水（抗坏血酸100mg/L），测得水样pH值为5.5，再用280g/L 的氢氧化钠溶液将其中7 个水样分别调节pH 值至7.0、9.0、11.0、12.0、12.5、13.0、13.5，测定氰化物加标回收率，如图3。我们看到，pH 值在5.5～12.5 的范围内，氰化物的加标回收率呈现递增趋势，其中pH 值12.5 时加标回收率最大，为98.6%；pH＞12.5 时，回收率逐渐减小。实验表明，碱性条件下，氰化物回收率较高，能得到更好的保存。当pH 值为12.5 时，水样保存效果最好。

图3 pH 值与氰化物加标回收率关系图

3.3.3 保存温度

温度对氰化物水样的稳定性有一定的影响。本文就保存温度与氰化物浓度的关系做了以下探究。实验选取地表水、出厂水、管网水三种水样各1000mL（抗坏血酸100mg/L），加入氰化物标准中间液至浓度为5.0μg/L。将每种水样分为四组，分别置于4℃、10℃、20℃、30℃密闭环境中（其中4、10℃为冰箱环境，20、30℃为生化培养箱环境），24h 后测定水样氰化物浓度，见图4。

图4 保存温度与氰化物浓度关系图

我们发现，保存温度为4℃时，水样的氰化物稳定性良好，浓度均＞4.5μg/L。随着温度的升高，三种水样氰化物的浓度都有所降低，温度数值与氰化物浓度呈反比。在温度达到30℃时，氰化物浓度降至最低，此时地表水中氰化物降浓度低趋势比出厂水及管网水更加明显。王丽萍[7]发现，温度较低时，微生物繁殖缓慢，氰化物不容易分解，从而减少了保存过程中样品组分的损失。通过本实验，我们可以验证以及延伸这一论据。地表水由于未经投氯消毒，微生物及细菌总数比出厂水及管网水多很多，故地表水氰化物浓度受温度的影响大于其他两种水样。实验结果证明，保存温度越低，氰化物水样保存效果越好，其中，4℃为保存氰化物水样的最合适温度。

3.3.4 保存时间

氰化物在水体中稳定性较差，容易分解导致浓度偏低，不适宜长期存放，因此保存时间也是氰化物水样保存的重要因素之一。

我们将出厂水分为4 组，加入抗坏血酸及调节pH 值后，再分别加氰化物标准中间液至氰化物浓度为2.0、5.0、10.0、25.0μg/L。将样品组于4 ℃冰箱中放置0、1、2、4、10、24、48h，每个时间点测定氰化物浓度，见图5。实验发现，低浓度组水样（2.0μg/L）在4h 内基本保持稳定，保存时间越长，浓度下降幅度越大，24h 后浓度仅为原浓度的55%，48h 后则降低至原浓度的40%；高浓度组水样（5.0～25.0μg/L）在24h 之内基本能保持较高的氰化物浓度（＞原浓度的90%），但在48h 过后，氰化物浓度均有大幅度下降。

图5 放置时间与氰化物浓度关系图

众所周知，投加余氯在短期间内能杀灭水中大部分细菌，但剩余微生物及细菌仍会不断繁殖增长，时间越长数量越多。在24h 之内，细菌繁殖较慢，对水样中的氰化物干扰相对较低，故氰化物仍可维持稳定状态；24～48h 后，细菌繁殖速度加快，大量的氰化物被分解，结果偏差增大。通过本次实验，我们能够得出结论，水样采集后必须及时冷藏保存，并于24h内完成测定，否则会造成氰化物测定结果偏低。如果水样氰化物浓度较低，则应在采集后4h 内测定。

3.3.5 浑浊度处理

流动注射仪管路复杂，而且管径较小，在分析浑浊度较大的水样时，容易被水样中的细小颗粒堵塞样品管及其他管路，这种情况既影响实验结果，也可能损坏实验耗材。一般来说，浑浊度越大，颗粒物越多，因此我们一般会对地表水等水样进行降低浊度的前处理操作。

实验取3 份地表水各1000mL，调节pH值后加入氰化物标准中间液至浓度为5.0、10.0、20.0μg/L。将样品各自分成3 组，分别进行直接静置、离心后取上清液、抽滤后取滤液3 种处理，置于4℃保存24h（静置法于测定前取上清液），测定结果并统计数据，见表4。

表4 浑浊度处理与氰化物浓度关系表

由结果可见，浑浊度处理效果为抽滤法＞离心法＞静置法，氰化物浓度则是三种方法相差不大。本研究暂未发现颗粒物会对氰化物测定结果产生明显影响。相比较三种方法，静置法省时简单，但未能很好解决浑浊度问题，仍存在颗粒物堵塞管路的风险；抽滤法高效简便，降低浊度的效果最好，但不同批次的滤膜质量不同，滤膜中的某些组分可能会对水样中的氰化物造成正向干扰；离心法既节约成本，又能较好地降低浑浊度，延长耗材寿命，因此，本实验选用离心法作为浑浊度处理的第一方法。

4.实验结论

本文探究了影响氰化物水样保存的除氯试剂、pH 值、保存温度、保存时间、浑浊度处理几个因素，对余氯不大于0.5mg/L 的水样，加入抗坏血酸至试剂浓度为100mg/L，同时调节水样pH 值至12.5，用离心法处理后取上清液，于4℃环境中保存并在24h 内尽快测定，氰化物的加标回收率以及稳定性均能得到保障。