異煙酸-巴比妥酸分光光度法測定土壤氰化物和總氰化物方法研究

馮思敏 孫文 孫緒博

摘 要 在特定的條件下通過一體化加熱蒸餾作為土壤氰化物和總氰化物的前處理方法，利用異煙酸-巴比妥酸分光光度法測定這兩種化合物的含量，探討應(yīng)用該測定方法的可行性。結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)室方法驗(yàn)證，其線性關(guān)系中相關(guān)系數(shù)為0.999 9;檢出限分別為0.007、0.008 mg·kg-1，檢出下限分別為0.028、0.032 mg·kg-1;對(duì)于含量水平為0.17、0.18、2.48 mg·kg-1的實(shí)際土壤樣品進(jìn)行氰化物測定精密度實(shí)驗(yàn)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為5.9%、4.2%、3.6%;對(duì)于含量水平為0.19、0.41、23.0 mg·kg-1的實(shí)際土壤樣品進(jìn)行總氰化物測定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為12%、8.2%、3.9%;對(duì)氰化物含量為0.17、0.18 mg·kg-1的實(shí)際樣品進(jìn)行加標(biāo)分析測定，加標(biāo)量為4.0 μg，氰化物的回收率為90.3%、94.7%，對(duì)總氰化物含量為0.19、0.41 mg·kg-1的統(tǒng)一樣品進(jìn)行加標(biāo)分析測定，加標(biāo)量為8.0 μg，氰化物的回收率為105%、94.2%。滿足《土壤 氰化物和總氰化物的測定 分光光度法 HJ 745-2015》中線性關(guān)系、檢出限、檢出下限、精密度、準(zhǔn)確度的要求。

關(guān)鍵詞 土壤;氰化物;總氰化物;異煙酸;巴比妥酸;分光光度法

中圖分類號(hào)：S151.9+3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.34.016

氰化物是含氰基的一類化合物的總稱，屬于劇毒物質(zhì)[1]，在酸性條件下具有揮發(fā)性，對(duì)人體的危害不可估量[2]。氰化物天然存在于2 000多種植物中，其中有些是食用植物，例如木薯、杏、梨、李子、櫻桃、桃等的種子和果核中[3-4];作為基本原材料廣泛應(yīng)用于電鍍、冶煉、焦化等化工生產(chǎn)中[5]，產(chǎn)生的工業(yè)廢水進(jìn)一步對(duì)土壤產(chǎn)生污染。土壤乃民之根本，大力推進(jìn)凈土工程，保障農(nóng)用地和建設(shè)用地土壤環(huán)境安全屬于重中之重的工作，檢測土壤中的氰化物對(duì)于飲食安全、保護(hù)環(huán)境具有十分重要的意義[6]。

目前，實(shí)驗(yàn)室常用的測定氰化物的方法有硝酸鹽容量法、離子色譜法、異煙酸-吡唑啉酮分光光度法、異煙酸-巴比妥酸分光光度法，這幾種方法共同點(diǎn)都是土壤樣品在特定介質(zhì)中經(jīng)加熱蒸餾得到氰化氫，進(jìn)一步進(jìn)行反應(yīng)得到氰化物和總氰化物的含量。硝酸鹽容量法雖操作簡單，但傳統(tǒng)滴定法滴定終點(diǎn)不好判斷，存在個(gè)體差異性，造成檢測結(jié)果誤差較大;離子色譜法需購置特定的檢測器;分光光度法操作簡單、成本低、測量結(jié)果穩(wěn)定，分為異煙酸-吡唑啉酮分光光度法和異煙酸-巴比妥酸分光光度法[7-8]，前者顯色溫度高，需要水浴加熱中顯色40 min，且檢出限高于后者，因此本文探討選用異煙酸-巴比妥酸分光光度法作為實(shí)驗(yàn)室檢測土壤氰化物和總氰化物的可行性。

1? 方法原理

1.1? 氰化物測定原理

堿金屬、堿土金屬的氰化物及鋅氰絡(luò)合物等氰化物在pH=4的酒石酸介質(zhì)中，二價(jià)鋅存在下，經(jīng)加熱蒸餾能形成氰化氫，該試樣中的氰離子在弱酸性條件下與氯胺T反應(yīng)生成氯化氰，與異煙酸作用，經(jīng)水解反應(yīng)生成戊烯二醛，再與巴比妥酸反應(yīng)生成在600 nm波長有最大吸收的紫藍(lán)色化合物。

1.2? 總氰化物測定原理

簡單氰化物（堿金屬、堿土金屬的氰化物及銨的氰化物）和絕大部分絡(luò)合氰化物在磷酸介質(zhì)中，二價(jià)錫和二價(jià)銅作用下，加熱蒸餾能形成氰化氫，采用“1.1”所示的異煙酸-巴比妥酸分光光度法測定氰離子的含量，即異煙酸-巴比妥酸分光光度法測定土壤總氰化物的含量。

2? 實(shí)驗(yàn)

2.1? 儀器與試劑

主要儀器：分光光度計(jì)，一體化萬用蒸餾儀，百分之一天平。

主要試劑：異煙酸、氫氧化鈉、巴比妥酸、磷酸二氫鉀、氯胺T、硝酸鋅、酒石酸、氯化亞錫、硫酸銅、磷酸、鐵氰化鉀。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：水中氰成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW（E）080115）。

2.2? 樣品的保存

土壤樣品采集后用可密封的聚乙烯或玻璃容器在4 ℃左右冷藏保存，樣品要充滿容器，并在采集后48 h內(nèi)完成測試分析。

2.3? 樣品的前處理

2.3.1? 氰化物試樣制備

稱取約10 g干重的樣品，用稱量紙略微裹緊后移入蒸餾瓶。連接一體化萬用蒸餾儀，打開冷凝系統(tǒng)，在100 mL比色管中加入10 mL氫氧化鈉溶液（10 g·L-1）作為吸收液。在加入試樣后的蒸餾瓶中依次加200 mL水、3.0 mL氫氧化鈉溶液（100 g·L-1）和10 mL硝酸鋅溶液（100 g·L-1），搖勻，迅速加入5.0 mL酒石酸溶液（150 g·L-1），立即蓋塞。打開一體化萬用蒸餾儀，設(shè)置實(shí)驗(yàn)類別、加熱功率、重量控制等各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)接收瓶內(nèi)試樣近100 mL時(shí)，停止蒸餾，用少量水沖洗餾出液導(dǎo)管后取出接收瓶，用水定容（V1），此為試樣A。

另稱取樣品進(jìn)行土壤干物質(zhì)的測定。

2.3.2? 總氰化物試樣制備

稱取約10 g干重的樣品，用稱量紙略微裹緊后移入蒸餾瓶。連接一體化萬用蒸餾儀，打開冷凝系統(tǒng)，在100 mL比色管中加入10 mL氫氧化鈉溶液（10 g·L-1）作為吸收液。在加入試樣后的蒸餾瓶中依次加200 mL水、3.0 mL氫氧化鈉溶液（100 g·L-1）、3.0 mL氯化亞錫溶液（50 g·L-1）和10 mL硫酸銅溶液（200 g·L-1），搖勻，迅速加入10 mL磷酸（2.69 g·mL-1），立即蓋塞。打開一體化萬用蒸餾儀，設(shè)置實(shí)驗(yàn)類別、加熱功率、重量控制等各項(xiàng)參數(shù)，開始加熱，當(dāng)接收瓶內(nèi)試樣近100 mL時(shí)，用少量水沖洗餾出液導(dǎo)管后取出接收瓶，用水定容（V1），此為試樣A。

另稱取樣品進(jìn)行土壤干物質(zhì)的測定。

2.3.3? 空白試樣制備

蒸餾瓶中只加200 mL水和3.0 mL氫氧化鈉溶液（100 g·L-1），按步驟“2.3.1”或“2.3.2”操作，得到空白實(shí)驗(yàn)試樣B。

2.4? 樣品的測定

從試樣A、B中吸取10.0 mL于25 mL具塞比色管中，向各管中加入5.0 mL磷酸二氫鉀溶液（pH=4），混勻，迅速加入0.30 mL氯胺T（10 g·L-1）溶液，立即蓋塞，混勻，放置1～2 min。向各管中加入6.0 mL異煙酸-巴比妥酸顯色劑，顯色。提前打開分光光度計(jì)預(yù)熱15 min，設(shè)置測量方法，包括吸收波長、樣品數(shù)目等參數(shù)，在600 nm波長下，用10 mm比色皿，以水為參比，測定吸光度。

3? 分析與討論

3.1? 操作要點(diǎn)探索

3.1.1? 顯色條件的選擇

根據(jù)方法反應(yīng)原理，氰離子在弱酸性條件下與氯胺T反應(yīng)生成氯化氰，與異煙酸和巴比妥酸的共同作用，生成在600 nm波長有最大吸收的紫藍(lán)色絡(luò)合物，考慮到一般常規(guī)實(shí)驗(yàn)室都并非嚴(yán)格控溫的恒溫實(shí)驗(yàn)室，因此需要考察顯色溫度和顯色時(shí)間對(duì)反應(yīng)的顯色效果影響情況。選取標(biāo)準(zhǔn)序列中含量為2 μg的氰化物標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察了溫度依次為15、20、25、30 ℃，顯色時(shí)間依次為5、10、15、20、25、30 min時(shí)，分別測量樣品的吸光度，對(duì)比反應(yīng)的顯色結(jié)果。

由圖1可見，當(dāng)溫度為15 ℃時(shí)，顯色時(shí)間30 min吸光度達(dá)到最大，即顯色效果最佳;當(dāng)溫度為20 ℃時(shí)，顯色時(shí)間25 min顯色效果最佳;當(dāng)溫度為25 ℃時(shí)，顯色時(shí)間15 min顯色效果最佳;當(dāng)溫度為30 ℃時(shí)，顯色時(shí)間10 min顯色效果最佳。當(dāng)顯色效果達(dá)到最佳時(shí)，延長時(shí)間，吸光度基本不變。因此室溫在15～30 ℃區(qū)間，溫度越高顯色時(shí)間越短，反應(yīng)越高效。

3.1.2? 加熱功率的影響

在加熱蒸餾過程中通過一體化萬用蒸餾儀加熱單元的高溫來實(shí)現(xiàn)土壤氰化氫和浸出液基質(zhì)的分離，蒸餾儀每個(gè)單元的加熱功率會(huì)決定加熱裝置的加熱溫度，進(jìn)而影響氰化氫的蒸餾效果。對(duì)土壤樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，在10.0 g干重的土壤樣品中分別加入4.0 μg氰化物和總氰化物，考察了加熱功率在100、200、300、400、500、600 W時(shí)的前處理結(jié)果。

由圖2可見，當(dāng)加熱功率由100 W升至300 W時(shí)，土壤樣品溜出液的氰化物和總氰化物回收率持續(xù)增加并達(dá)到最高;繼續(xù)升高加熱功率由300 W升至600 W，土壤樣品溜出液的氰化物和總氰化物回收率略微下降。因此，選擇加熱功率為300 W。

3.2? 線性范圍

于6支25 mL具塞比色管中分別加入氰化鉀標(biāo)準(zhǔn)使用溶液（0.500 μg·mL-1）0.00、0.10、0.50、2.50、4.00和10.00 mL，再用氫氧化鈉溶液（10 g·L-1）定容至10 mL。標(biāo)準(zhǔn)系列中氰離子的含量分別為0.00、0.05、0.25、0.75、3.00、5.00 g。向各管中加入5.0 mL磷酸二氫鉀溶液（pH=4），混勻，迅速加入0.30 mL氯胺T（10 g·L-1）溶液，立即蓋塞，混勻，放置1～2 min。向各管中加入6.0 mL異煙酸-巴比妥酸顯色劑，加水稀釋至標(biāo)線，搖勻，于室溫下顯色。提前打開分光光度計(jì)預(yù)熱15 min，設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，以水為參比，測定吸光度。以氰離子的含量（μg）為橫坐標(biāo)，以扣除試劑空白后的吸光度為縱坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線。

結(jié)果表明，采用異煙酸-巴比妥酸分光光度法測定土壤氰化物和總氰化物，標(biāo)準(zhǔn)系列中氰離子的含量分別為0.00、0.05、0.25、0.75、3.00、3.50、5.00 μg，線性方程為y=0.140 3x-0.000 7，相關(guān)系數(shù)為0.999 9。滿足《土壤 氰化物和總氰化物的測定 分光光度法 HJ 745-2015》（校準(zhǔn)曲線回歸方程的相關(guān)系數(shù)γ≥0.999）的要求。

3.3? 方法檢出限、測定下限的測定

根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂 技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 168-2010）相關(guān)規(guī)定，按照樣品分析的全部步驟進(jìn)行，對(duì)濃度為0.05 mg·kg-1的氰化物和總氰化物樣品進(jìn)行7次平行測定，計(jì)算7次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按（1）式計(jì)算方法檢出限，數(shù)據(jù)匯總于表1。

MDL=t×S? （1）

（1）式中，MDL為方法檢出限，t指“自由度為n-1、置信度為99%的t分布（單側(cè)）”，S為n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

由表1可見，當(dāng)測試土壤樣品量為10 g，以異煙酸-巴比妥酸分光光度法測定氰化物、總氰化物的檢出限分別為0.007、0.008 mg·kg-1，測定下限分別為0.028、0.032 mg·kg-1。滿足《土壤 氰化物和總氰化物的測定 分光光度法 HJ 745-2015》（當(dāng)樣品量為10 g，異煙酸-巴比妥酸分光光度法的檢出限為0.01 mg·kg-1）的要求。

3.4? 方法精密度的測定

分別對(duì)3個(gè)含量水平同類型土壤樣品的氰化物和總氰化物，按照樣品分析的全部步驟進(jìn)行測定，經(jīng)加熱蒸餾、分取、顯色、上機(jī)測定，每個(gè)樣品平行測定6次，并分別計(jì)算不同樣品的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差等各項(xiàng)參數(shù)，數(shù)據(jù)匯總于表2。

由表2可見，對(duì)于氰化物含量水平為0.165、0.184、2.48 mg·kg-1實(shí)際土壤樣品進(jìn)行土壤氰化物測試，按照樣品分析的全過程分別平行測定6次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為5.9%、4.2%、3.6%，滿足《土壤 氰化物和總氰化物的測定 分光光度法 HJ 745-2015》中精密度（實(shí)驗(yàn)室內(nèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為3.9%～16%、3.7%～12%、0.6%～8.1%）的要求。

對(duì)于總氰化物含量水平為0.187、0.413、23.0 mg·kg-1加標(biāo)實(shí)驗(yàn)分別測定6次，總氰化物的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為12%、8.2%、3.9%，滿足《土壤 氰化物和總氰化物的測定 分光光度法 HJ 745-2015》中精密度（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.2%～20%、3.5%～12%、2.2%～9.5%）的要求。

3.5? 方法準(zhǔn)確度的測定

通過加標(biāo)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度。分別對(duì)2個(gè)含量水平實(shí)際土壤樣品的氰化物和總氰化物，按照樣品10 g干重土壤樣品分析的全部步驟進(jìn)行加標(biāo)分析測定，每個(gè)樣品平行測定6次，并分別計(jì)算氰化物和總氰化物加標(biāo)實(shí)驗(yàn)含量的平均值、加標(biāo)量、加標(biāo)回收率等各項(xiàng)參數(shù)，數(shù)據(jù)匯總于表3。

由表3可見，經(jīng)過對(duì)氰化物含量為0.17、0.18 mg·kg-1的實(shí)際樣品進(jìn)行加標(biāo)分析測定，加標(biāo)量為4.0 μg，氰化物的回收率為90.3%、94.7%，滿足《土壤 氰化物和總氰化物的測定 分光光度法 HJ 745-2015》中準(zhǔn)確度（加標(biāo)回收率最終值為87.7%±16.6%、85.4%±18.8%）的要求。經(jīng)過對(duì)總氰化物含量為0.19、0.41 mg·kg-1的實(shí)際樣品進(jìn)行加標(biāo)分析測定，加標(biāo)量為8.0 μg，氰化物的回收率為105.0%、94.2%，滿足《土壤 氰化物和總氰化物的測定 分光光度法 HJ 745-2015》中準(zhǔn)確度（加標(biāo)回收率最終值為93.6%±29.8%、96.2%±22.4%）的要求。

4? 結(jié)論

本文通過對(duì)異煙酸-巴比妥酸的顯色條件、一體化蒸餾儀的加熱功率的探索，確定了最佳的反應(yīng)條件，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過對(duì)異煙酸-巴比妥酸分光光度法測定氰化物和總氰化物進(jìn)行方法驗(yàn)證，表明線性關(guān)系、檢出限、精密度、準(zhǔn)確度均滿足《土壤 氰化物和總氰化物的測定 分光光度法 HJ 745-2015》的要求。因此，本方法適合用于大批量測定土壤氰化物和總氰化物。

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（責(zé)任編輯：丁志祥）

收稿日期：2021-08-11

基金項(xiàng)目：陜西省創(chuàng)新能力支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2021PT-053）。

作者簡介：馮思敏（1991—），女，陜西蒲城人，碩士，工程師，從事環(huán)境監(jiān)測及土地整治工程研究。E-mail：871787254@qq.com。