连续流动分析仪（流动之星I）对水中总氰化物的测定

摘要：氰化物（Cyanide）是特指带有氰离子（CN-）或氰基（-CN）的化合物，可能以HCN（气体）、CN和配位氰离子形式存在于水中，其主要污染来源是有机化工、化肥等工业排放的废水，无论其来源为何，氰离子（CN-）都是主要的有毒物质，因此是水环境评价中关键的毒理性指标。本文章采用上海伏米科技流动之星I连续流动分析仪-异烟酸-巴比妥酸法测定了水样中的总氰化物。使用该仪器主要是把样品溶液与试剂在连续流动的系统内进行均匀的混合，在反应显色以后进入比色计中进行比色，其可为大量样品提供快速、准确的分析大量样本中的少量化学物质以及高度自动化的优势，是理想的选择。结果表明：氰化物的标准曲线在0~200μg/L范围内线性良好，检出限（MDL）为0.06μg/L；采用有证标准物质配制的3种不同浓度样品，相对标准偏差（RSD）分别为1.03% 、0.71% 、0.14%，满足标准方法要求的 ≤±15% ; 采用低、中、高3种不同浓度的有证标准样品测定值均在保证值范围，在两种地表水及自来水实际样品加标测试中，加标回收率分别在97.1%、96.3%、90.9%，满足标准方法要求的加标回收率应在70% ~ 120%。可见，采用流动之星I连续流动分析仪测定满足国家规定的实验室质量控制和质量保证要求。

关键词：连续流动分析仪；氰化物；测定

1 引言

      氰化物特指带有氰基（-CN）的化合物，氰基（-CN）中的C原子与N原子实现连接的方式为叁键，因叁键自身特性，氰基得以具有非常高的稳定性，进而促使其在大多数化学反应中保持自身完整性。氰化物会由自然过程（如火山、山火及微生物活动等）及工业活动（如电镀、冶金、纺织品及塑胶生产等）进入空气、水和土壤。急性氰化物中毒是氰化物在胃酸的作用下，水解为氰氢酸而被吸收进入血液。细胞色素氧化酶的Fe3+与血液中的氰根结合，进而生成氰化高铁细胞色素氧化酶，使Fe3+丧失传递电子的能力，造成呼吸链中断，阻止细胞呼吸而死亡。此外，由氰化物代谢而来的硫氰酸盐会干扰甲状腺对碘的吸收，引起甲状腺肿和其他长期缺碘疾病[1]。由于这些健康问题，将氰化物列为水质卫生检测中的必检项目尤为重要。

      目前，测定水中氰化物的方法主要有异烟酸-吡唑啉酮分光光度法、异烟酸-巴比妥酸分光光度法、硝酸银滴定法和连续流动分析仪法。其中，分光光度法和滴定法有操作复杂且耗时费力，较难满足大批样品的准确测定。而连续流动分析法具有快速、准确的分析大量样本中的少量化学物质以及高度自动化及毒性小等的优势，能够有效替代传统手工法的问题。目前，国家生态环境部尚未发布关于总氰化物连续流动分析法的标准方法。本文根据《土壤 氰化物和总氰化物的测定分光光度法》（HJ 745-2015）[2]以及国际标准方法《Water quality - Determination of totalcyanide and free cyanide using flow analysis (FIA and CFA) - Part2: Method using continuous flow analysis (CFA)》( ISO 14403 - 2: 2012 (E) ) [3]为参考标准，采异烟酸-巴比妥酸法进行测定，以便顺利开展大批量样品分析检测工作。

2 实验部分

2.1 方法的应用范围

     上海伏米科技流动之星I连续流动分光光度法水质总氰化物法适用于地表水、地下水、饮用水、工业废水和生活污水中的总氰化物（多为碱金属的氰化物和碱土金属的氰化物以及氨的氰化物）和绝大部分络合氰化物（包括铁氰化物、亚铁氰化物、铜氰化物、镍氰化物、锌氰化物等），不包括钴氰化物[4, 5]。方法的线性范围为0.002~1000 mg/L CN-，检出限为0.0005 mg/L CN-，对于浓度高于上述测定上限的，可以适当稀释后进行测定，样品分析频率为22样1 h。

2.2实验原理

图2 连续流动-异烟酸-巴比妥酸分光光度法测定总氰化物流程

      将0.42 mL/min的蒸馏试剂以及0.42mL/min的近样流量以0-200 rpm通过蠕动泵定量注入化学反应模块，样品在PH<3.8的酸性介质条件下，通过紫外消化分解模块，将样品中络合的氰化物于125℃ 在线蒸馏。完成蒸馏后，经过0.10 mL/min的吸收试剂、0.42 mL/min的缓冲溶液、氯胺-T溶液以及0.60 mL/min的显色剂溶液的泵入，使氰化物和氯胺-T反应生成氯化氰，然后与异烟酸水解后反应生成戊烯二醛 (Pentenedialdehyde)，戊烯二醛与两个1,3-二甲基巴比妥酸分子发生缩合反应生成红色络合物（反应肌理如图1所示），在波长为600 nm处对该红色落合物有Z大吸收，之后进入比色池定量测定。总氰化物的方法分析工作流程见图2。

2.3 仪器与试剂

2.3.1 主要试剂、材料与仪器

实验过程中用的试剂见表1，实验装置明细见表2。

表1 试剂与材料

表2 实验装置明细表

2.3.2 试剂配制

      本方法所用试剂均为分析纯及以上，使用的水为经 Aquaplore 2S超纯水机处理的超纯水。

2.3.2.1 异烟酸/巴比妥酸显色剂（R1）

      称取7g氢氧化钠溶于500mL水，待其完全溶解，称取16.8g 1,3-二甲基巴比妥酸加入其中，待超声溶解完全后称取13.6g异烟酸超声溶解，用超纯水稀释至950mL。用1mol/L的盐酸或1mol/L的氢氧化钠调pH值至5.2，稀释至1000mL，Z后加入1.0 mL 30%的TritonTM X-100溶液混匀。在30℃ 下剧烈地搅拌（如使用磁力搅拌器）1小时然后过滤，可在5℃下稳定三个月。

2.3.2.2 氯胺-T溶液（R2）

      称取2g氯胺-T溶于400mL超纯水中，稀释至1000mL，放置于棕色玻璃瓶中待溶液混匀稳定一周。

2.3.2.3 邻苯二甲酸氢钾缓冲溶液（R3）

     称取2.3g氢氧化钠和20.5g邻苯二甲酸氢钾超声溶解于800mL超纯水，稀释至1000mL，用1mol/L的盐酸或1mol/L的氢氧化钠调调pH值至5.2，Z後加入1.0 mL 30%的TritonTM X-100溶液混匀，可在5℃下稳定三个月。

2.3.2.4吸收试剂（0.01N氢氧化钠）（R4）

      称取0.4g氢氧化钠超声溶解于800mL蒸馏水，稀释至1000mL。

2.3.2.5 蒸馏试剂（R5）

      称取100g柠檬酸超声溶解于700mL超纯水。另外称取100g氢氧化钠超声溶解于800mL超纯水，稀释至1000mL，配制成2.5mol/L氢氧化钠溶液。加入240mL的2.5mol/L氢氧化钠溶液，用1mol/L的盐酸或1mol/L的氢氧化钠调调pH值至3.8，稀释至1000mL。

2.4 实验

2.4.1 标准曲线的配制

      取水中氰化物标准溶液10.00mL于100mL容量瓶中，用0.01N NaOH溶液定容至标线，得到浓度为5.00mg/L的标准中间液；移取20.00mL标准中间液，同样使用0.01N NaOH溶液定容至100mL容量瓶中，得到浓度为1.00mg/L的标准使用液；取一组100mL容量瓶，移取0.00mL、0.50mL、1.00mL、5.00mL、10.00mL和20.00mL的标准使用液，分别加入容量瓶中，用0.01N NaOH溶液定容至标线，浓度分别为0.00 mg/L、0.005 mg/L、0.010 mg/L、0.050 mg/L、0.100 mg/L，待用。

2.4.2 仪器条件

      连续流动分析仪是由自动进样器、高精度蠕动泵、化学反应单元、比色计检测单元、数据处理单元等组成，总氰化物测定的仪器条件如下表3所示。

表3 流动之星I连续流动分析仪总氰化物测定仪器条件

2.4.3 测定步骤

    （1）将流动之星I连续流动分析仪的空气管、废液管、清洗管等连接到指定位置后，连接流动之星I以及进样器与计算机之间的数据线。

    （2）打开进样器、流动之星I检测器开关，启动计算机，在“资源管理器”中查看“端口”确定已成功连接，启动软件选择对应端口。

    （3）启动冷却循环槽，先开电源开关，再开制冷及蒸馏器加热开关开始加热；检查管路连接是否正确，盖上泵盖，启动泵并吸取试剂。

    （4）点击“增加”按键增添样品数量来，设置完成后再点击“运行”键，Z后输入文件名保存新建项目。

    （5）运行结束先关闭蒸馏器及加热器温度已进行降温，再将所有试剂管路从试剂瓶中取出，将管壁擦干或用超纯水冲洗干净后放入超纯水清洗10min。

    （6）清洗后关闭蠕动泵并开启泵盖释放泵管压力，关闭流动之星I、进样器以及冷却循环槽开关，实验结束。

3  实验结果和讨论

3.1 标准曲线及方法检出限

3.1.1 标准曲线

      将总氰化物标准溶液浓度作为横坐标，峰高作为纵坐标，通过软件计算得出标准曲线与相关系数，具体可见表4。通过实验结果可知，通过异烟酸-巴比妥酸连续流动法来针对总氰化物进行测定，质量浓度在0~0.200mg/L（50mm 比色池）范围内表现出了较好的线性关系，相关系数 r=0.9999。

表4 测定总氰化物的标准曲线方程及相关系数r

3.1.2 方法检出限

     本方法检出限实验根据《环境监测分析方法标准制订技术导则》（HJ168-2020）附录A方法特性指标确定方法[6]，按照标准中样品分析的全部步骤，对浓度值或含量为估计方法检出限3~5倍的样品进行n（n≥7）次平行测定，计算n 次平行测定的标准偏差，按公式（1）计算方法检出限。 

MDL = t(n-1,0.99) × S

式中：MDL - 方法检出限；

         n - 样品的平行测定次数；

         t - 自由度为n-1，置信度为99%时的t分布值（单侧）；

         S - n次平行测定的标准偏差。

     根据标准本次实验选择测定8次浓度為0.005 mg/L的标准，当 n=8时 ，t(n-1，0.99)=2.998[6]。检出限测定结果如表5所示，计算标准偏差为0.022995，计算得出检出限为0 .06μg/L，低于国标的检出限0.001mg/L。

表5 测定总氰化物的检出限测定结果

3.2方法精密度测试

      本实验采用有证标准物质配制低浓度 0.005mg/L、中浓度0.010mg/L、及高浓度0.180mg/L 3个浓度梯度，其中，低浓度目的是测定下限附近浓度，中浓度是取校准曲线的中间点附近浓度而高浓度则是取校准曲线中线性范围上限90%附近的浓度，分别对各浓度进行平行测定6次计算相对标准偏差（RSD）。此外，采集2种地表水和自来水作为实际样品，因测试自来水样品浓度为未检 出，因此采用基体加标进行验证，分别对所有样品进行平行测定6次。测定结果如表6所示，低、中、高3种浓度RSD%为0.14%~ 1.03%，3组样品及自來水樣品加標测试结果的RSD%为1.59%~ 4.12%，相对偏差均小于15%，符合《土壤 氰化物和总氰化物的测定分光光度法》（HJ 745-2015）[2]的要求。

表6 测定总氰化物的精密度结果

3.3 方法准确度测试

      本实验采用低、中、高3种不同浓度的有证标准样品，分别对所有样品进行平行测定6次，可知低、中、高三种浓度有证标准样品测验结果均在保证值范围，实验结果如下表7所示。

      此外，对3种样品进行基体加标进行验证，平行测定6次，计算其加标回收率其结果如表8。由表8可知，计算所有样品的加标回收率，地表水1实际样品加标平均回收率在97.1%，地表水2实际样品加标平均回收率为96.3%、自来水实际样品加标平均回收率为90.9%，均符合《土壤 氰化物和总氰化物的测定分光光度法》（HJ 745-2015）[2]加标回收率的要求，控制在70% ~ 120%之间。

表7 测定总氰化物的正确度结果（有证标准样品）

表8 测定总氰化物的准确度测试数据（实际样品加标回收率）

4 小结

      通过流动之星I连续流动分析仪针对水样内的总氰化物进行测定，采用有证标准物质配制，在0~200μg/L范围内曲线相关系数r为0.9999；检出限（MDL）为0 .06μg/L，低于国标的检出限0.001mg/L；配制的不同浓度样品、不同浓度的有证标准样品以及实际样品各3种表现出了较好的精密度以及准确度，样品测定的相对标准偏差（RSD）不超过5%；对3种样品进行基体加标验证，加标回收率分别为97.1%、96.3%、90.9%；测定结果精密度、准确度、重现性都达到《土壤 氰化物和总氰化物的测定分光光度法》（HJ 745-2015）以及《Water quality - Determination of totalcyanide and free cyanide using flow analysis (FIA and CFA) - Part2: Method using continuous flow analysis (CFA)》( ISO 14403 - 2: 2012 (E) )的要求。

      综上所述，合理使用连续流动分析仪来测定水质内的氰化物含量时，具有操作难度较，因此实验人员上手快速简单且实验流程清晰快速且不间断，能够更好地实现了环境监测工作中的自动化；测定过程简单且试剂药品用量少，能够通过此方法来对大批量样品进行测定，此外，实验过程管路全封闭，分析过程中有毒物质挥发程度低，实验室以及实验人员的安全能够更好地受到保护;在分析实验样品的结果中可以显而易见，各项指标均符合要求，自动进样、自动分析的过程能够有效避免传统分光光度法实验中人为误差，更能满足实际水环境监测的多样性、微量性，并得到准确结果。

参考文献：

[1] CHRISTISON T, DE BORBRA B, ROHRER J. Determination of Total Cyanide in Municipal Wastewater and Drinking Water Using Ion-Exclusion Chromatography with Pulsed Amperometric Detection (ICE-PAD) [J]. Saatavissa: https://tools thermofisher com/content/sfs/brochures/AN-227-IC-Cyanide-Municipal-Wastewater-Drinking-Water-AN70902-EN pdf(Viitattu: 14 maaliskuuta 2018).

[2] 中华人民共和国国家环境保护部. 土壤 氰化物和总氰化物的测定分光光度法: HJ 745-2015 [S]. 北京: 中国环境出版社, 2015:

[3] ORGANIZATION I S. Water quality - Determination of totalcyanide and free cyanide using flow analysis (FIA and CFA) - Part2: Method using continuous flow analysis (CFA): ISO 14403 - 2: 2012( E) [S]. 2012:

[4] 中华人民共和国国家环境保护部. 水质 氰化物的测定 流动注射-分光光度法: HJ 823-2017 [S]. 北京: 中国环境出版社, 2017:

[5] 刘雪亭. 总氰化物测定条件的影响分析 [J]. 云南环境科学, 2005, (24): 203-5.

[6] 中华人民共和国国家环境保护部. 环境监测分析方法标准制订技术导则: HJ 168-2020 [S]. 北京: 中国环境出版社, 2020: