快速检测饮用水中氰化物的顶空气相色谱测定法

赵玉妍，陈伟光

（天津市蓟县疾病预防控制中心，天津 301900）

氰化物是指带有氰基（CN）的化合物。水体中氰化物主要来自工业电镀、焦化、合成有机玻璃、油漆、染料、橡胶、杀虫剂等工业废水。氰化物在水中存在的形式是多样的，有简单的氰化物，如：HCN、KCN、NaCN、NH₄CN等，它们易溶于水，毒性大；还有络合氰化物，如：[Ca(CN)₂]⁻、[Zn(CN)₄]²⁻、[Fe(CN)₆]⁴⁻等，其毒性较前小，但在水中受pH值、水温、日光照射的影响可分解简单氰化物，仍有很大毒性^[1]。氰化物中毒是各种氰化物通过皮肤、呼吸道或消化道进入人体内所致。氰化物进入人体后可迅速分解出游离的氰离子（CN⁻），通过与细胞内呼吸酶中的铁、铜、钼等金属离子结合，导致该酶失活，丧失传递电子的能力，使呼吸链中断而导致细胞窒息死亡。目前，有关水中氰化物含量检验方法主要有快速检测法^[2]（苦味酸试纸法、对硝基苯甲醛试纸法）、极谱法^[3]、离子选择电极法^[4]、容量法^[5]、分光光度法^[5,6]、流动注射光度法^[7]、离子色谱^[8]和气相色谱法^[9]。我国生活饮用水卫生标准规定氰化物限值为0.05mg/L；检验方法有异烟酸-吡唑酮分光光度法和异烟酸-巴比妥酸分光光度法^[6]。由于化学法中水样须蒸馏预处理且操作比较繁琐，笔者建立了饮用水中氰化物的顶空-毛细管气相色谱法，该法适用于对大批量饮用水中氰化物的监测。

1　实验部分

1.1　仪器和试剂

Agilent-6820型气相色谱仪，电子捕获检测器（ECD），Gerity NDS化学工作站，DB-5石英毛细管色谱柱（30m×0.25mm, 0.25μm）；电热恒温水浴锅（控温精度±0.5℃，天津市泰斯特仪器有限公司），20ml、100ml顶空瓶，50µl微量进样器。

磷酸盐缓冲溶液（pH=7.0）：称取34.0g磷酸二氢钾（KH₂PO₄）和35.5g磷酸氢二钠（Na₂HPO₄），溶于纯水中，并稀释至1000ml；氯胺T溶液（10g/L），抗坏血酸，以上试剂为分析纯，氰化物标准溶液（中国计量科学研究院），实验用水为超纯水。

1.2　实验方法

（1）原理 被测水样置于密封的顶空瓶中，在pH=7.0，用氯胺T将氰化物转变为氯化氰。在一定温度下经一定时间的平衡，水中氯化氰逸至上部空间，并在气液两相中达到动态平衡。此时，氯化氰在气相中的浓度与其在液相中的浓度成正比，通过对气相中氯化氰浓度的测定，可计算出水样中氰化物的浓度。

（2）水样采集与保管 采样时先加入0.3～0.5g抗坏血酸于顶空瓶内，取水样至满瓶，密封，室温保存，24h内测定。

（3）色谱条件 ECD，DB-5色谱柱，柱箱温度40℃（3min），进样口温度200℃，检测器温度250℃；氮气流量1.0ml，分流比1 : 30；进样量30μl。

（4）工作曲线的制作 取7个20ml顶空瓶，分别加入10ml超纯水，依次加入氰化物标准

溶液（50μg/ml）：0.0、0.001ml、0.002ml、0.004ml、0.006ml、0.008ml、0.010ml；相当于标准0.0、0.005μg/ml、0.01μg/ml、0.02μg/ml、0.03μg/ml、0.04μg/ml、0.05μg/ml。向标准系列各加入0.1ml磷酸盐缓冲溶液，0.2ml氯胺T溶液，密封，置50℃水浴中平衡30min。调节色谱仪至最佳状态，抽取顶空瓶内液上空间气体30μl，平行测定3次；以峰面积为纵坐标，浓度为横坐标绘制工作曲线。定性：根据标准色谱图组分的保留时间确定被测样品中组分的名称。定量：直接从标准曲线上查找出水样中氯化氰（以CN⁻计）的质量浓度，以毫克每升（mg/L）表示。实际水样测定：取水样10ml，以上同标准曲线制作，同时作试剂空白。

2　结果与讨论

2.1　色谱条件的优化

配制模拟水样（含氰化物浓度为0.01μg/ml），按1.2节（3），不断改变柱温35℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，比较了DB-FFAP、DB-17、DB-5、DB-1等不同极性石英毛细管色谱柱的分离效果。结果表明：当柱温40℃时，DB-FFAP柱未能检测出氯化氰，DB-17柱灵敏低，水蒸气和氯化氰色谱峰有拖尾现象且保留时间延长。DB-1和DB-5柱对空气、水、氯化氰可实现良好的分离；且DB-5柱分离效果优于DB-1柱，在35～40℃时峰面积有最大值且峰形对称，3min内可完成分析。实验选用DB-5柱，以柱温40℃作为最佳方法条件（见图1）。

2.2　方法的线性和检出限

本法在0.005～0.05μg/ml范围内呈良好线性关系，回归方程y =19823.4x+30.6734， r=0.9997，方法检出限（以S/N=3计）为0.13μg/L。

2.3　缓冲溶液用量

取同一浓度标准溶液（0.01μg/ml），固定0.2ml氯胺T溶液，不断改变缓冲溶液用量0.1ml、0.2ml、0.3ml、0.4ml、0.5ml，按1.2节（3）条件测定氯化氰。结果表明：在0.1～0.2ml缓冲溶液时色谱峰面积有最大值，随着缓冲溶液用量的递增则色谱峰面积逐渐减小。本法选用缓冲溶液加入量为0.1ml。

2.4　氯胺T溶液用量

取同一浓度标准溶液（0.01μg/ml），固定0.1ml缓冲溶液，不断改变氯胺T溶液用量0.1ml、0.2ml、0.3ml、0.4ml、0.5ml、0.6ml、0.7ml，按1.2节（3）条件测定氯化氰。结果表明：在0.1～0.3ml氯胺T溶液时色谱峰稳定且有最大值。为保证其氧化能力足够，本法选用氯胺T溶液加入量为0.2ml。

2.5　平衡温度对响应值的影响

在顶空气相色谱法中，目标组分的色谱响应值受温度的影响，提高顶空温度可增大氯化氰在气相中的分配系数，提高灵敏度。取10ml自来水，加入0.01μg/ml标准溶液，不断改变水浴温度30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，平衡30min；观察加热温度与氯化氰响应值之间的关系。结果表明：氯化氰响应值随温度的升高而增大，水温在50～60℃时有最大值且干扰峰不影响测定。考虑到当加热温度过高时，容易导入仪器过多水蒸气而影响ECD的使用寿命。因此，方法选择水温50℃作为样品平衡温度。

2.6　加热时间对响应值的影响

取同一浓度标准溶液（0.01μg/ml），在50℃水浴中不断改变加热时间20min、30min、40min、50min、60min，观察色谱分析对氯化氰响应值的影响。结果表明：在30min时色谱峰响应有最大值，说明氯化氰在水温50℃，恒温30min时基本达到了气液平衡。

2.7　精密度和准确度

取6份水样各分为2组，各加入10ng/ml和30ng/ml标准溶液，各测定6次。测定范围、均值±标准差和相对标准偏差（RSD）分别为9.69～10.98ng/ml、10.22±0.41ng/ml、RSD＜4.0%和28.94～31.64ng/ml、30.01±0.86ng/ml、RSD＜2.9%。向自来水、井水、河水3份水样中各加入0.02μg/ml标准溶液，平均回收率为102%、97.9%、96.0%。

2.8　方法比较

取10份自来水，各加入0.02μg/ml标准溶液。用异烟酸-吡唑酮分光光度法^[6]与本法进行比较。结果表明：两方法差异无统计学意义（t=0.76，查表得t_0.05,9=2.26；t＜t_0.05,9），说明方法的检测结果可靠。

2.9　干扰实验

在模拟水样（含0.02mg/L的氰化物）中加入饮用水中常见的离子（浓度单位：mg/L），如：As²⁺（0.01）、Cd²⁺(0.01)、Cr²⁺(0.05)、Pb²⁺(0.05)、Hg²⁺(0.005)、Se²⁺(0.02)、Al³⁺(0.1)、Fe³⁺(0.3)、Mn²⁺(0.1)、Cu²⁺(1.0)、Zn²⁺(1.0)、Na⁺(100)、K⁺（50）、Ca²⁺(200)、Mg²⁺(100)、Cl⁻(300)、(300)、NH₃-N(0.5)、-N(10)、NO₂-N(0.1)、F⁻(3.0)、三氯甲烷（0.0005）、四氯化碳（0.0002）等。分析表明：上述离子不影响氯化氰的测定。

2.10　样品测定

用本法测定210份饮用水样品，水中氰化物含量为：自来水0.13～2.20µg/L；井水0.13～3.20µg/L；河水0.13～0.70µg/L。

3　小结

笔者建立了饮用水中氰化物的顶空-气相色谱测定法。实验证明：该法具有灵敏度高、分离效果好，使用试剂少，定量准确、操作简便快捷等特点，适用于对大批量样品的快速和准确的检测。

参考文献

[1] 环境卫生学[M]. 人民卫生出版社. 1982: 116-119.

[2] 王同蕾, 王丽荣, 田海英. 中国卫生检验杂志, 2008, 18(4): 732-733.

[3] 杜洪凤, 向仕学, 殷德桂, 等. 中国卫生检验杂志, 2004, 16(4): 339-341.

[4] 潘腊青. 中国环境监测, 2000, 16(3): 51-53.

[5] HJ 484—2009和HJ 484—2009[S]. 中华人民共和国国家环境保护标准.

[6] GB 5749—2006和GB/T 5750—2006[S]. 中华人民共和国国家标准.

[7] 孙青萍. 理化检验-化学分册, 2004, 40(1): 36-38.

[8] 龙素群, 钟志京, 郑创新, 等. 理化检验-化学分册, 2004, 40(1): 719-721.

[9] 郑瑾, 肖枫, 等. 内蒙古环境保护, 2003, 15(2): 15-17.

作者简介：赵玉妍，女，主管技师，工作方向，卫生检验。Tel: 13612037987，E-mail：jxcdc-sys@163.com