環(huán)境樣品中不同存在形式的氰化物測(cè)定

環(huán)境樣品中不同存在形式的氰化物測(cè)定

氰化物是指含有氰基（-cn）的化合物的總稱。它是有毒藥物之一。依據(jù)與—CN結(jié)合的化學(xué)鍵和性質(zhì)的不同,可分為無機(jī)氰化物、有機(jī)氰化物和氰化物衍生物。無機(jī)氰化物依其組成及性質(zhì)又可分為簡(jiǎn)單氰化物和絡(luò)合氰化物。簡(jiǎn)單氰化物包括氫氰酸(氰化氫)及其堿金屬、堿土金屬、銨的鹽類等,其毒性大、反應(yīng)快。絡(luò)合氰化包括鋅氰絡(luò)合物、鎘氰絡(luò)合物、鐵氰絡(luò)合物、鎳氰絡(luò)合物、鈷氰絡(luò)合物等,其毒性雖比簡(jiǎn)單氰化物小,但由于在水體中受pH值、水溫、日光照射等影響,易分解成為簡(jiǎn)單氰化物,故潛在毒性較大。常見金屬氰化絡(luò)合物的穩(wěn)定常數(shù)見表1。氰化物廣泛應(yīng)用于合成纖維、醫(yī)藥、殺蟲劑、化肥、冶金及電鍍等行業(yè)。環(huán)境中的氰化物可以通過呼吸道、消化道或者皮膚進(jìn)入人體,其中的氰基(—CN)與細(xì)胞色素氧化酶的含鐵輔基(血紅素A)結(jié)合使之不能傳遞電子,導(dǎo)致整個(gè)呼吸鏈的電子傳遞無法進(jìn)行,細(xì)胞的氧化代謝過程受阻,造成內(nèi)缺氧,引起急性中毒。同時(shí),氰化物能影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育,并造成減產(chǎn),而且氰化物造成的安全事故也時(shí)有發(fā)生。不同形態(tài)氰化物的毒性差異顯著,測(cè)定氰化物的不同形態(tài)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中尤其重要。氰化物的分析方法主要有色譜法、離子選擇電極法、熒光法、原子吸收光度法、極譜法、流動(dòng)注射分析(FIA)法等。以下就氰化物樣品采集處理的注意事項(xiàng)以及相關(guān)分析方法的原理、特點(diǎn)及進(jìn)展作一扼要敘述。1樣品的采集和保存采集用于氰化物分析的水樣時(shí),若含有硫化物則應(yīng)先加碳酸鉛去除,并用硫代硫酸鹽去除具有氧化性的干擾物質(zhì),之后加氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至12.5固定。所采樣品需冷凍避光保存,若使用色譜等儀器測(cè)定還需用孔徑≤0.45μm的濾膜過濾。此外,由于樣品成分復(fù)雜,氰化物易于氧化分解(見公式Ⅰ),樣品中宜加標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校正。水樣的保存需使用深色瓶,并使用箔紙包裹避光。樣品在保存過程中,冰凍能阻止細(xì)菌對(duì)氰化物的降解,但在保存和解凍時(shí),須避免紫外光和氧氣對(duì)氰化物的降解。固體樣品密封袋采集,避光保存?？諝鈽悠凡杉瘯r(shí)吸收液需加入過量的堿。同時(shí),整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中,樣品與標(biāo)準(zhǔn)不得接觸酸,操作人員需避免呼吸道、皮膚或者口攝入氰化物。CN-+2H2O+1/2O2?NH3+HCO-3(Ⅰ)2氰化物測(cè)定的常用方法2.1定氰化物測(cè)定相關(guān)色譜色譜法包括氣相色譜(GasChromatography)、高效液相色譜(High-performanceLiquidChromatography)和離子色譜(IonChromatography)等,均可用于定量測(cè)定氰化物。2.1.1氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定血液和尿中氰化物水平氣相色譜主要用于測(cè)定簡(jiǎn)單氰化物及包含部分絡(luò)合物在內(nèi)的總氰化物,通過將簡(jiǎn)單氰化物及部分金屬氰化絡(luò)合物轉(zhuǎn)化為氰化氫或某種特定氰化物(如氯化氰)后直接或間接測(cè)定。氣相色譜主要應(yīng)用于測(cè)定廢水、空氣和血液中的氰化物。例如,武和平等采用衍生化頂空進(jìn)樣技術(shù)對(duì)空氣中的氰化物進(jìn)行了定量測(cè)定,其原理過程為:氰化物用過量氫氧化鈉溶液吸收采集,之后加入0.2mol/L鹽酸將樣品調(diào)至中性,再加入1%氯胺T及0.2mol/L鹽酸,在酸性環(huán)境中與氯胺T反應(yīng)生成氯化氰(常溫常壓下為氣態(tài),沸點(diǎn)為14℃),在40℃水浴條件下平衡40min,頂空法進(jìn)樣,氣相色譜儀ECD檢測(cè)器定量測(cè)定。該方法的最低檢出量為0.028μg,若取空氣3L,方法檢出限0.009mg/m3,加標(biāo)回收率為96%～102%,操作簡(jiǎn)便,抗干擾能力強(qiáng),線性范圍寬,檢測(cè)限低,適用大氣或車間空氣中氰化物的測(cè)定。該原理亦可用于血液中氰化物的測(cè)定,其最低檢測(cè)限為0.01mg/L。另外,亦可以加入內(nèi)標(biāo)的方法測(cè)定氰化物。如以鄰二甲苯為內(nèi)標(biāo),氰化物在銅離子的催化作用下,與苯胺和亞硝酸鈉的生成物進(jìn)一步反應(yīng)生成苯腈。用苯萃取后,通過內(nèi)裝涂有1%有機(jī)皂土+1%聚乙二醇20M的上試101白色擔(dān)體(60～80目)的色譜柱分離測(cè)定其氰化物,該法檢測(cè)限為0.03mg/L。氣相色譜還與質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定血液和尿中氰化物。Murphy將血液樣中加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)K13C15N+,在磷酸的作用下生成1H13C15N+,血液中氰化物則生成1H12C15N+,通過GC-MS測(cè)定其比值,進(jìn)而測(cè)定血液中氰化物的含量。每個(gè)樣品分析時(shí)間為15min,能夠準(zhǔn)確且快速的測(cè)定血液中ng/g至μg/g的氰離子含量。Liu等以SLE(solid-supportedliquid-liquidextraction,固載液-液萃取)技術(shù)為基礎(chǔ)采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用兩步分離測(cè)定血漿和尿中的氰化物,其回收率分別90.6%～115.6%,93.01%～114.6%,最低檢測(cè)限分別為0.04mg/L、0.01mg/L。每個(gè)樣品分析總時(shí)間為25分鐘,方法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確,適于臨床和法醫(yī)方面血液和尿中氰化物測(cè)定。2.1.2金屬氰化絡(luò)合物的測(cè)定高效液相色譜不僅能夠測(cè)定簡(jiǎn)單氰化物,而且能測(cè)定絡(luò)合氰化物,尤其是梯度洗脫技術(shù)和衍生技術(shù)的發(fā)展,使液相色譜能夠完成對(duì)氰化絡(luò)合物的測(cè)定。樣品通過梯度洗脫或者衍生,使不同形態(tài)氰化物依次通過色譜柱,進(jìn)入檢測(cè)器而分離測(cè)定。高效液相色譜能測(cè)定食品、環(huán)境、生物等樣品中游離氰化物。Ni(Ⅱ)在氨水存在的條件下能與游離氰離子生成穩(wěn)定的Ni(CN)2?442-絡(luò)合物,Ni(CN)2?442-對(duì)267nm紫外光有很強(qiáng)的吸收,采用高效液相色譜-紫外檢測(cè)法(HPLC-UV)進(jìn)行檢測(cè)。該法檢出限為4.0μg/L,線性范圍0.014～0.540mg/L,方法簡(jiǎn)便快速,抗干擾能力強(qiáng),靈敏度高。由于金屬氰化絡(luò)合物易分解,金屬氰化絡(luò)合物在特定的環(huán)境條件下才能較穩(wěn)定存在。目前,液相色譜對(duì)金屬氰化絡(luò)合物的測(cè)定多集中于金礦提取過程產(chǎn)生的各級(jí)浸取液和廢水樣品中金屬氰化絡(luò)合物的測(cè)定。例如Giroux等利用高效液相色譜測(cè)定了金礦浸取液中的金屬氰化絡(luò)合物(圖1)。該法能高效穩(wěn)定地分離測(cè)定Ag(Ⅰ)、Cu(Ⅰ)、Au(Ⅰ)、Ni(Ⅱ)、Co(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)的氰化絡(luò)合物,每個(gè)樣品的測(cè)定時(shí)間在15min之內(nèi),部分金屬氰化絡(luò)合物的最低檢測(cè)限達(dá)0.1mg/L。河水中金屬氰化絡(luò)合物亦可以采用柱后衍生高效液相色譜熒光測(cè)定(圖2),Fe(CN)4?664-、Fe(CN)3?663-、Ni(CN)3?443-的檢測(cè)限為0.01mg/L,檢測(cè)范圍0.02～0.5mg/L,Co(CN)3?663-光解效率低,其檢測(cè)限為0.053mg/L,檢測(cè)范圍0.15～1mg/L。若使用柱前濃縮,則能進(jìn)一步降低金屬氰化絡(luò)合物的檢測(cè)限。例如Haddad等使用液相色譜紫外檢測(cè)器(214nm)測(cè)定Fe(CN)4?664-、Cu(CN)3?443-、Fe(CN)3?663-、Co(CN)3?663-、Ni(CN)2-4和Cr(CN)3?663-,以甲醇、四氫呋喃、磷酸鹽(pH=7.9)(25+1+74V/V/V)含5mM四丁基氫氧化銨為流動(dòng)相,檢測(cè)限為0.01～0.5mg/L。若采用自動(dòng)在線柱前濃縮后,除Fe(CN)4?664-和Cu(CN)3?443-外檢測(cè)限可降至0.08×10-3～1.58×10-3mg/L。2.1.3樣品分析和色譜柱離子色譜測(cè)定氰化物及金屬氰化絡(luò)合物的方法較為成熟。離子色譜和高效液相色譜均屬于液相色譜,其原理相同,樣品通過梯度洗脫,不同形態(tài)氰化物通過色譜柱分離,依次進(jìn)入檢測(cè)器測(cè)定。龍素群等采用MetrosepASupp1作為氰化物分離柱,MetrosepRP作為保護(hù)柱,0.1mol/L氫氧化鈉和10%丙酮(V/V)為淋洗液,流速為1.0mL/min,工作電壓80mV測(cè)定氰化物,在濃度0.67×10-4～1.34mg/L范圍內(nèi),線性關(guān)系良好(r大于0.9990),測(cè)定結(jié)果相對(duì)偏差小于10%。進(jìn)樣量為100μL時(shí),該方法檢出限為0.05μg/L,檢測(cè)氰化物前處理所需時(shí)間由原來的2h縮短至約10min,方法操作簡(jiǎn)便、快速、選擇性好,中間過程不用有毒試劑,減少了二次污染。Christison等僅依不同濃度的氫氧化鈉作為流動(dòng)相離子色譜測(cè)定飲用水中的簡(jiǎn)單氰化物,最低檢測(cè)限為1μg/L。離子色譜為環(huán)境水樣中金屬氰化絡(luò)合物測(cè)定的推薦方法。以ICS-2500系統(tǒng),一次進(jìn)樣,梯度洗脫,AS11及AS5色譜柱,紫外檢測(cè)器215nm分離測(cè)定,所測(cè)氰絡(luò)合物包括Ag(CN)-2、Au(CN)-2、Cu(CN)2?332-、Ni(CN)2?442-、Fe(CN)4?664-、Co(CN)3?663-等(表2,圖3)。在相同梯度條件下,AS5和AS11對(duì)各金屬氰化絡(luò)合物分離的效果不同,AS5對(duì)氰化金、氰化銅、氰化鎳的分離較好,而AS11對(duì)氰化鎳、氰化鐵、氰化鈷的分離較好,可依此進(jìn)行某些特定分析,如選擇AS11分離分析高氰化鎳基體中痕量氰化鐵。AS11(2mm)相對(duì)AS5(4mm)色譜柱分離,所需載流少,廢液處理費(fèi)用低,成本低。2.2光度法2.2.1樣品的蒸餾方法,主要考分光光度法廣泛應(yīng)用于水、土壤、動(dòng)植物、焦?fàn)t煤氣、金精礦等樣品中氰化物測(cè)定[22,23,24,25,26,27]。該方法適合低濃度(1mg/L以下)的氰離子的定量分析,作為一般的高靈敏度分析方法,被國(guó)內(nèi)外廣泛作為法定的分析方法。其原理是基于:氰離子與吡啶或吡唑啉酮等生成一定顏色的衍生物。該方法成熟,成本低,但存在安全、二次污染以及由于干擾物較多而常需進(jìn)行預(yù)蒸餾處理等問題。不同蒸餾條件所蒸餾出來的氰化物的種類不同,常用的蒸餾介質(zhì)有酒石酸—硝酸鋅和磷酸—EDTA。前者蒸餾出來的氰化物通常稱為易釋放氰化物,包括全部簡(jiǎn)單氰化物(堿金屬的氰化物)和部分易釋放的絡(luò)合氰化物(如鋅氰絡(luò)合物等)。后者蒸餾出來的氰化物則為總氰化物,包括全部簡(jiǎn)單氰化物和絕大部分絡(luò)合氰化物(不包括鈷氰絡(luò)合物)。齊占虎等以乙酸鋅和酒石酸為介質(zhì)蒸餾土壤樣品,蒸餾出的氰化物即為易釋放氰化物,用氫氧化鈉溶液作為吸收液,然后用吡啶一吡唑啉酮分光光度法測(cè)定。該法加標(biāo)回收率為95.1%～101.4%,最低檢測(cè)量為0.05μg,最佳檢測(cè)范圍0.25×10-4～1.0×10-3mg/kg,具有靈敏度高、精密度好的特點(diǎn)。王曉芳等使用異煙酸一吡唑林酮分光光度法測(cè)定木薯中氰化物含量,以無水乙醇代替N,N一二甲基甲酰胺作為顯色劑吡唑啉酮的溶劑,在0～4μg范圍內(nèi)線性良好,加標(biāo)回收率為93.8%～97.2%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差0.32%～1.21%,同一品種木薯的6次平行測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%,最低檢測(cè)限為0.02mg/kg,方法穩(wěn)定性好,簡(jiǎn)單實(shí)用。分光光度法測(cè)定氰化物顯色劑的研究中,Co(II)Pc-COOH試劑作為一種新的顯色試劑,干擾離子相對(duì)較少,除了亞硫酸根離子外,其他離子的干擾可以忽略。2.2.2熒光化合物的檢測(cè)熒光光度法測(cè)定氰化物是基于氰化物能和各種醌類化合物以及鄰苯二甲醛(OPA)等物質(zhì)發(fā)生Konig反應(yīng)制成熒光物質(zhì)。熒光光度法測(cè)定氰化物,簡(jiǎn)便快捷,靈敏度高,無須蒸餾即可直接測(cè)定水樣。20世紀(jì)50年代,Hanker就曾利用菸酰胺與CNCl生成熒光化合物來測(cè)定氰。賈秀蓮等基于無色熒光素鈉在銅離子和氰化物存在的條件下能生成熒光素的原理,以pH=9.0的硼酸鹽為緩沖溶液,測(cè)定了水中痕量氰化物。該方法CN-含量在0.0～0.01mg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,最低檢測(cè)限為0.4×10-3mg/L,加標(biāo)回收率為92%～100%。該法也可用于酒精中氰化物的測(cè)定,其檢測(cè)下限為6.8×10-6mg/L,同一樣品8次測(cè)定相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.61%,五個(gè)不同樣品加標(biāo)回收率在93.6%～101.0%。此外,也可利用Hg2+與CN-形成穩(wěn)定絡(luò)合物,而使加入的乙酸汞的熒光強(qiáng)度減弱的原理測(cè)定氰化物。2.2.3原子吸收法檢測(cè)水中氰化物其原理是利用氰離子與過渡金屬離子形成穩(wěn)定絡(luò)合物,分離后使用原子吸收分光光度法(AAS)測(cè)定溶液中過剩的金屬離子或絡(luò)合物的濃度,從而間接測(cè)定樣品中的氰化物。例如,汪明禮利用石墨爐原子吸收法間接測(cè)定了水中氰化物。氰化物與銅離子生成絡(luò)合物,將絡(luò)合物用正丁醇萃入有機(jī)相,再測(cè)定絡(luò)合物中銅的含量,進(jìn)而測(cè)定氰化物的含量,其檢測(cè)限為0.05×10-3mg/L,加標(biāo)回收率為97.6%～102.4%。此外還可利用過量HgCl2溶液吸收空氣中氰化物,形成穩(wěn)定的配合離子Hg(CN)2?442-,然后利用SnCI2能還原游離的汞離子而不能還原配合狀態(tài)汞的特點(diǎn),測(cè)定吸收后HgCI2溶液中殘余的游離汞離子,進(jìn)而計(jì)算出配合狀態(tài)的汞量,間接測(cè)得空氣中氰化物的含量,其最低檢測(cè)限為1.54×10-4mg/L,加標(biāo)回收率為94%～108%。2.3電壓法2.3.1線性范圍和檢出限離子電極法為電位分析方法的一種,操作簡(jiǎn)單、快速,其電極是一種對(duì)某種特定的離子具有選擇性的指示電極,基于在待測(cè)離子一定濃度范圍內(nèi),電極與待測(cè)離子活度呈線性響應(yīng)。如溫孚波等采用氰離子選擇電級(jí)測(cè)定水中的氰化物。氰電極在pH=12的堿性溶液中,CN-離子濃度在1×10-7～1×10-1mol/L范圍內(nèi),氰離子活度呈線性能斯特響應(yīng),以此定量。此法氰離子濃度在1×10-6～1×10-3mol/L線性范圍內(nèi)較理想,最低檢測(cè)限為2.6×10-3mg/L,合成水樣和井水加標(biāo)回收率在92.9%～108.0%之間,實(shí)驗(yàn)操作需盡量在光線較暗且保持實(shí)驗(yàn)溫度相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境中進(jìn)行,適宜測(cè)定環(huán)境水樣。利用類似原理以pH=12的0.1mol/LKNO3底液氰離子選擇電極可測(cè)定酒中的氰化物,在其他離子存在下電極對(duì)氰離子具有高度選擇性,方法檢出限0.50mg/L,加標(biāo)回收率92%～105%。除利用氰離子電極外,還可利用銀離子電極測(cè)定了水中氰化物,其方法基于Ag(CN)濃度為10-5mol/L時(shí),銀離子電極對(duì)CN-濃度在0.04～20mg/L內(nèi)呈線性響應(yīng),該法可現(xiàn)場(chǎng)快速定性和半定量測(cè)定水中氰化物。2.3.2全液氰化物含量測(cè)定法極譜法是通過測(cè)定電解過程中所得到的極化電極的電流-電位曲線來確定溶液中被測(cè)物質(zhì)濃度的一類電化學(xué)分析方法。在pH=7.0的磷酸鹽底液中,氰化物經(jīng)氯胺T作用生成的氯化氰與異煙酸-吡唑啉酮反應(yīng)生成的藍(lán)色染料,該藍(lán)色染料在峰電位-0.78V處產(chǎn)生靈敏的極譜還原波,其二階導(dǎo)數(shù)峰電流與氰化物的含量成正比,以此測(cè)得溶液中氰化物含量。該方法最低檢測(cè)限:酒樣5×10-3mg/L,杏仁露飲料6×10-4mg/L,水樣6×10-5mg/L,加標(biāo)回收率為85.8%～102.0%,適于食品和水中痕量氰化物的測(cè)定。一些無機(jī)離子及有機(jī)物對(duì)氰根離子的測(cè)定有干擾,可通過蒸餾等去除,實(shí)驗(yàn)表明,蒸餾酒取樣量控制在0.3mL以內(nèi),配制酒在0.5ml以內(nèi),測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確。亦可以0.01g/mL硼砂溶液為底液,單掃描極譜法測(cè)定食品及水樣中氰化物,氰化物濃度在0.05～5mg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,最低檢測(cè)限糧食及其制品為0.11mg/kg,白酒為0.55mg/L,水為5.5×10-3mg/L,礦泉水為0.73×10-3mg/L。2.4試劑檢測(cè)氰化物流動(dòng)注射分析(FlowInjectionAnalysis)是1975年丹麥化學(xué)家Ruzicka和Hansen提出的一種新型的連續(xù)流動(dòng)分析技術(shù),其原理是把一定體積的試樣溶液注入到一個(gè)流動(dòng)著的,非空氣間隔的試劑溶液(或水)載流中,被注入的試樣溶液流入反應(yīng)盤管,形成一個(gè)區(qū)域,并與載流中的試劑混合、反應(yīng),再通過流通檢測(cè)器進(jìn)行測(cè)定分析及記錄。該技術(shù)分析速度快、樣品試劑消耗少、精密度高、自動(dòng)化程度高,廣泛應(yīng)用于各水樣和金礦液中氰化物的測(cè)定及監(jiān)測(cè)。地下水、地表水、飲用水及污水中總氰化物均可用流動(dòng)注射法在線測(cè)定。水樣與磷酸混合于加熱塊加熱至140℃,釋放簡(jiǎn)單氰化物,然后經(jīng)過紫