氰化物水樣保存的影響因素探究

林仰鋒 黃桂愉 陳 瑤 劉松歡 羅丹純

（揭陽粵海水務(wù)有限公司，廣東揭陽 522000）

前言

氰化物屬于劇毒、高毒物質(zhì)，對(duì)人、畜危害極大。氰化物能夠附著在人體內(nèi)的高鐵細(xì)胞素氧化酶上，產(chǎn)生新的氰化高鐵細(xì)胞素氧化酶，而這一新產(chǎn)生的酶失去原有酶的傳氧功能，使體內(nèi)組織發(fā)生缺氧甚至窒息死亡[1]。氰化物在工業(yè)中被廣泛使用，主要污染源來自于冶煉、電鍍、油漆、染料、橡膠、化肥等工業(yè)排放的污水[2]。氰化物在水體中有多種存在形式，一種是毒性很強(qiáng)、易溶于水的簡(jiǎn)單氰化物，如氰化氫、氰化鉀、氰化鈉等；還有一種是毒性稍小，但能分解出簡(jiǎn)單氰化物的絡(luò)合氰化物。因此，水中氰化物的測(cè)定是一項(xiàng)重要的毒理學(xué)指標(biāo)。當(dāng)水中氰化物濃度≥0.01mg/L 時(shí)，該水源不宜直接飲用。氰化物的檢測(cè)方法有很多，如滴定法、比色法、電極法、流動(dòng)注射法等。

氰化物性質(zhì)不穩(wěn)定，在水樣中容易發(fā)生分解，本文對(duì)氰化物水樣的保存影響因素進(jìn)行探究，選取最適宜的水樣保存條件，改善了氰化物加標(biāo)回收率以及穩(wěn)定性，從而提高了氰化物檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.實(shí)驗(yàn)儀器及參數(shù)設(shè)置

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

全自動(dòng)流動(dòng)注射分析儀：寶德BDFIA-8000（氰化物）

pH 計(jì)：雷磁PHS-3E

電子天平：賽多利斯BSA224S

超純水制備裝置：密理博 MilLi-Q Reference（18.2MΩ·cm）

冰箱：穗凌SL373

生化培養(yǎng)箱：科力 PYX-280S-A

離心機(jī)：RONG TAI 80-2

隔膜抽濾裝置：津騰GM-0.33A

1.2 儀器參數(shù)

流動(dòng)注射儀儀器參數(shù)見表1。

表1 儀器參數(shù)設(shè)置

2.實(shí)驗(yàn)試劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液

2.1 實(shí)驗(yàn)試劑

氫氧化鈉，AR 500g；磷酸二氫鉀，GR 500g；氯胺-T，AR 500g；

異煙酸，AR 100g；1,3-二甲基-巴比妥酸，AR 25g；

磷酸，GR 500mL；超純水。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

氰化物標(biāo)準(zhǔn)溶液（中國(guó)計(jì)量院GSB07-3170-2014-202262），50mg/L。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)中間液

氰化物標(biāo)準(zhǔn)中間液（2.0mg/L）：吸取2.00mL 氰化物標(biāo)準(zhǔn)溶液（50mg/L）于50mL容量瓶中，用氫氧化鈉溶液（1g/L）稀釋并定容至刻度，搖勻。

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)使用液

將氰化物標(biāo)準(zhǔn)中間液（2.0mg/L）用氫氧化鈉溶液（1g/L）稀釋為100、10.0、1.0μg/L 的濃度，分別標(biāo)記為氰化物標(biāo)準(zhǔn)使用液①、②、③。

3.實(shí)驗(yàn)部分

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

分別將氰化物標(biāo)準(zhǔn)使用液①、②、③裝入樣品管中，設(shè)置稀釋倍數(shù)，進(jìn)樣后繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2 及圖1。

表2 標(biāo)準(zhǔn)系列濃度及峰面積

圖1 標(biāo)準(zhǔn)系列線性

3.2 最低檢測(cè)質(zhì)量濃度

選取濃度1.0μg/L 的標(biāo)準(zhǔn)樣品重復(fù)測(cè)定9次，測(cè)得對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差S 為0.0208μg/L。根據(jù)檢出限MDL=S*t，t=2.896（n=9），計(jì)算出氰化物MDL 為0.0602μg/L。

最低檢測(cè)質(zhì)量濃度即測(cè)定下限對(duì)應(yīng)濃度，根據(jù)測(cè)定下限=4*MDL，計(jì)算得本方法氰化物最低檢測(cè)質(zhì)量濃度為0.3μg/L，低于標(biāo)準(zhǔn)文件CJ/T 141-2018（5.2.2）[3]的2.0μg/L 濃度，符合檢測(cè)要求。

3.3 水樣保存的影響因素

3.3.1 除氯試劑的選擇

實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，水樣中存在的余氯（游離余氯）及二氧化氯與氰化物發(fā)生反應(yīng)，從而使水樣的氰化物濃度降低。其中，余氯水解生成次氯酸鹽，利用次氯酸根的氧化性，將氰化物氧化為氰酸鹽，氰酸鹽繼而被氧化成無毒的碳酸鹽和氮?dú)?，反?yīng)如下：①CN-→2HCO3-+N2 ↑+3Cl-[4]；二氧化氯則能將氰化物徹底氧化成氮?dú)饧岸趸迹?CN-對(duì)氰化物的測(cè)定也能形成一定的干擾[5]，故在分析之前，我們一般會(huì)加入除氯試劑進(jìn)行除氯處理。

實(shí)驗(yàn)室常見的除氯試劑一般有抗壞血酸、硫代硫酸鈉、鹽酸羥胺及亞硫酸鈉，本實(shí)驗(yàn)對(duì)這四種試劑的除氯后的加標(biāo)回收率進(jìn)行研究及測(cè)定。我們?cè)?1 個(gè)200mL 棕色容量瓶中，加入水樣（出廠水，余氯含量為0.5mg/L）并定容至刻度。將20 個(gè)水樣分為4 組，每組5 個(gè)。第1、2、3、4 組單獨(dú)加進(jìn)抗壞血酸、硫代硫酸鈉、鹽酸羥胺、亞硫酸鈉，各組試劑質(zhì)量濃度分別為50、100、200、500、1000mg/L；最后一個(gè)容量瓶只加水樣，不加任何除氯試劑，作為對(duì)照組。見表3。

表3 除氯試劑濃度表

在各組水樣中加入氰化物標(biāo)準(zhǔn)中間液，加標(biāo)濃度均為10.0μg/L。首先我們測(cè)得對(duì)照組的氰化物加標(biāo)回收率為75.8%，其次再對(duì)其他組樣品進(jìn)行測(cè)定并統(tǒng)計(jì)加標(biāo)回收率，見圖2。由結(jié)果我們看到，加入抗壞血酸后，氰化物回收率均＞95%，其中試劑濃度為100mg/L時(shí)回收率達(dá)到99.2%；加進(jìn)硫代硫酸鈉后，氰化物的加標(biāo)回收率也較為理想，回收率在86%～94%范圍內(nèi)，其中試劑濃度200mg/L 時(shí)回收率為93.9%；加入鹽酸羥胺后，氰化物回收率約為82～97%，在試劑濃度為1000mg/L時(shí)加標(biāo)率數(shù)值達(dá)到最大，為96.4%；相比起前面三種除氯試劑，亞硫酸鈉的除氯效果不太明顯，經(jīng)處理后氰化物回收率約為79～86%，當(dāng)試劑濃度500mg/L 時(shí)，回收率為85.7%。

圖2 除氯試劑濃度與氰化物加標(biāo)回收率關(guān)系圖

綜上所述，除氯試劑有助于提高氰化物加標(biāo)回收率。當(dāng)出廠水余氯含量不大于0.5mg/L時(shí)，在相同試劑濃度下，抗壞血酸的除氯效果最為顯著，氰化物加標(biāo)回收率最高。考慮到試劑成本等問題，我們選取抗壞血酸作為實(shí)驗(yàn)除氯試劑，試劑濃度為100mg/L。

3.3.2 pH 值調(diào)節(jié)

pH 值是保存氰化物水樣的一個(gè)重要因素。在弱酸性條件下，水中的氰化合物容易釋放出氰化氫氣體，從而影響氰化物的結(jié)果測(cè)定?！渡铒嬘盟畼?biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法水樣的采集與保存》[6]規(guī)定，氰化物水樣需用氫氧化鈉調(diào)節(jié)至pH 值≥12，本實(shí)驗(yàn)就pH 值對(duì)氰化物水樣保存的影響做了相關(guān)研究。

實(shí)驗(yàn)選取8 個(gè)加標(biāo)濃度為10.0μg/L 的出廠水（抗壞血酸100mg/L），測(cè)得水樣pH值為5.5，再用280g/L 的氫氧化鈉溶液將其中7 個(gè)水樣分別調(diào)節(jié)pH 值至7.0、9.0、11.0、12.0、12.5、13.0、13.5，測(cè)定氰化物加標(biāo)回收率，如圖3。我們看到，pH 值在5.5～12.5 的范圍內(nèi)，氰化物的加標(biāo)回收率呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，其中pH 值12.5 時(shí)加標(biāo)回收率最大，為98.6%；pH＞12.5 時(shí)，回收率逐漸減小。實(shí)驗(yàn)表明，堿性條件下，氰化物回收率較高，能得到更好的保存。當(dāng)pH 值為12.5 時(shí)，水樣保存效果最好。

圖3 pH 值與氰化物加標(biāo)回收率關(guān)系圖

3.3.3 保存溫度

溫度對(duì)氰化物水樣的穩(wěn)定性有一定的影響。本文就保存溫度與氰化物濃度的關(guān)系做了以下探究。實(shí)驗(yàn)選取地表水、出廠水、管網(wǎng)水三種水樣各1000mL（抗壞血酸100mg/L），加入氰化物標(biāo)準(zhǔn)中間液至濃度為5.0μg/L。將每種水樣分為四組，分別置于4℃、10℃、20℃、30℃密閉環(huán)境中（其中4、10℃為冰箱環(huán)境，20、30℃為生化培養(yǎng)箱環(huán)境），24h 后測(cè)定水樣氰化物濃度，見圖4。

圖4 保存溫度與氰化物濃度關(guān)系圖

我們發(fā)現(xiàn)，保存溫度為4℃時(shí)，水樣的氰化物穩(wěn)定性良好，濃度均＞4.5μg/L。隨著溫度的升高，三種水樣氰化物的濃度都有所降低，溫度數(shù)值與氰化物濃度呈反比。在溫度達(dá)到30℃時(shí)，氰化物濃度降至最低，此時(shí)地表水中氰化物降濃度低趨勢(shì)比出廠水及管網(wǎng)水更加明顯。王麗萍[7]發(fā)現(xiàn)，溫度較低時(shí)，微生物繁殖緩慢，氰化物不容易分解，從而減少了保存過程中樣品組分的損失。通過本實(shí)驗(yàn)，我們可以驗(yàn)證以及延伸這一論據(jù)。地表水由于未經(jīng)投氯消毒，微生物及細(xì)菌總數(shù)比出廠水及管網(wǎng)水多很多，故地表水氰化物濃度受溫度的影響大于其他兩種水樣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，保存溫度越低，氰化物水樣保存效果越好，其中，4℃為保存氰化物水樣的最合適溫度。

3.3.4 保存時(shí)間

氰化物在水體中穩(wěn)定性較差，容易分解導(dǎo)致濃度偏低，不適宜長(zhǎng)期存放，因此保存時(shí)間也是氰化物水樣保存的重要因素之一。

我們將出廠水分為4 組，加入抗壞血酸及調(diào)節(jié)pH 值后，再分別加氰化物標(biāo)準(zhǔn)中間液至氰化物濃度為2.0、5.0、10.0、25.0μg/L。將樣品組于4 ℃冰箱中放置0、1、2、4、10、24、48h，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)定氰化物濃度，見圖5。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，低濃度組水樣（2.0μg/L）在4h 內(nèi)基本保持穩(wěn)定，保存時(shí)間越長(zhǎng)，濃度下降幅度越大，24h 后濃度僅為原濃度的55%，48h 后則降低至原濃度的40%；高濃度組水樣（5.0～25.0μg/L）在24h 之內(nèi)基本能保持較高的氰化物濃度（＞原濃度的90%），但在48h 過后，氰化物濃度均有大幅度下降。

圖5 放置時(shí)間與氰化物濃度關(guān)系圖

眾所周知，投加余氯在短期間內(nèi)能殺滅水中大部分細(xì)菌，但剩余微生物及細(xì)菌仍會(huì)不斷繁殖增長(zhǎng)，時(shí)間越長(zhǎng)數(shù)量越多。在24h 之內(nèi)，細(xì)菌繁殖較慢，對(duì)水樣中的氰化物干擾相對(duì)較低，故氰化物仍可維持穩(wěn)定狀態(tài)；24～48h 后，細(xì)菌繁殖速度加快，大量的氰化物被分解，結(jié)果偏差增大。通過本次實(shí)驗(yàn)，我們能夠得出結(jié)論，水樣采集后必須及時(shí)冷藏保存，并于24h內(nèi)完成測(cè)定，否則會(huì)造成氰化物測(cè)定結(jié)果偏低。如果水樣氰化物濃度較低，則應(yīng)在采集后4h 內(nèi)測(cè)定。

3.3.5 渾濁度處理

流動(dòng)注射儀管路復(fù)雜，而且管徑較小，在分析渾濁度較大的水樣時(shí)，容易被水樣中的細(xì)小顆粒堵塞樣品管及其他管路，這種情況既影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也可能損壞實(shí)驗(yàn)耗材。一般來說，渾濁度越大，顆粒物越多，因此我們一般會(huì)對(duì)地表水等水樣進(jìn)行降低濁度的前處理操作。

實(shí)驗(yàn)取3 份地表水各1000mL，調(diào)節(jié)pH值后加入氰化物標(biāo)準(zhǔn)中間液至濃度為5.0、10.0、20.0μg/L。將樣品各自分成3 組，分別進(jìn)行直接靜置、離心后取上清液、抽濾后取濾液3 種處理，置于4℃保存24h（靜置法于測(cè)定前取上清液），測(cè)定結(jié)果并統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，見表4。

表4 渾濁度處理與氰化物濃度關(guān)系表

由結(jié)果可見，渾濁度處理效果為抽濾法＞離心法＞靜置法，氰化物濃度則是三種方法相差不大。本研究暫未發(fā)現(xiàn)顆粒物會(huì)對(duì)氰化物測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生明顯影響。相比較三種方法，靜置法省時(shí)簡(jiǎn)單，但未能很好解決渾濁度問題，仍存在顆粒物堵塞管路的風(fēng)險(xiǎn)；抽濾法高效簡(jiǎn)便，降低濁度的效果最好，但不同批次的濾膜質(zhì)量不同，濾膜中的某些組分可能會(huì)對(duì)水樣中的氰化物造成正向干擾；離心法既節(jié)約成本，又能較好地降低渾濁度，延長(zhǎng)耗材壽命，因此，本實(shí)驗(yàn)選用離心法作為渾濁度處理的第一方法。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本文探究了影響氰化物水樣保存的除氯試劑、pH 值、保存溫度、保存時(shí)間、渾濁度處理幾個(gè)因素，對(duì)余氯不大于0.5mg/L 的水樣，加入抗壞血酸至試劑濃度為100mg/L，同時(shí)調(diào)節(jié)水樣pH 值至12.5，用離心法處理后取上清液，于4℃環(huán)境中保存并在24h 內(nèi)盡快測(cè)定，氰化物的加標(biāo)回收率以及穩(wěn)定性均能得到保障。