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，探討應用該測定方法的可行性。結果表明：實驗室方法驗證，其線性關系中相關系數為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;對于含量水平為0.17、0.18、2.48 mg·kg-1的實際土壤樣品進行氰化物測定精密度實驗，相對標準偏差分別為5.9%、4.2%、3.6%;對于含量水平為0.19、0.41、23.0 mg·kg-1的實際土壤樣品進行總氰化物測定，相對標準偏差分別為12%、8.2%、3.9%;對氰化物含量為0.17、0.18 mg·kg-1的實際樣品進行加標分析測定，加標量為4.0 μg，氰化物的回收率為90.3%、94.7%，對總氰化物含量為0.19、0.41 mg·kg-1的統一樣品進行加標分析測定，加標量為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》中線性關系、檢出限、檢出下限、精密度、準確度的要求。

關鍵詞 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：S151.9+3 文獻標志碼：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[1]，在酸性條件下具有揮發性，對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用于電鍍、冶煉、焦化等化工生產中[5]，產生的工業廢水進一步對土壤產生污染。土壤乃民之根本，大力推進凈土工程，保障農用地和建設用地土壤環境安全屬于重中之重的工作，檢測土壤中的氰化物對于飲食安全、保護環境具有十分重要的意義[6]。

目前，實驗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，這幾種方法共同點都是土壤樣品在特定介質中經加熱蒸餾得到氰化氫，進一步進行反應得到氰化物和總氰化物的含量。硝酸鹽容量法雖操作簡單，但傳統滴定法滴定終點不好判斷，存在個體差異性，造成檢測結果誤差較大;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、測量結果穩定，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驗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合物等氰化物在pH=4的酒石酸介質中，二價鋅存在下，經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反應生成氯化氰，與異煙酸作用，經水解反應生成戊烯二醛，再與巴比妥酸反應生成在600 nm波長有最大吸收的紫藍色化合物。

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）和絕大部分絡合氰化物在磷酸介質中，二價錫和二價銅作用下，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? 實驗

2.1? 儀器與試劑

主要儀器：分光光度計，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。

標準物質：水中氰成分分析標準物質（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，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，設置實驗類別、加熱功率、重量控制等各項參數，進行反應，當接收瓶內試樣近100 mL時，停止蒸餾，用少量水沖洗餾出液導管后取出接收瓶，用水定容（V1），此為試樣A。

另稱取樣品進行土壤干物質的測定。

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，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，設置實驗類別、加熱功率、重量控制等各項參數，開始加熱，當接收瓶內試樣近100 mL時，用少量水沖洗餾出液導管后取出接收瓶，用水定容（V1），此為試樣A。

另稱取樣品進行土壤干物質的測定。

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，得到空白實驗試樣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預熱15 min，設置測量方法，包括吸收波長、樣品數目等參數，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? 操作要點探索

3.1.1? 顯色條件的選擇

根據方法反應原理，氰離子在弱酸性條件下與氯胺T反應生成氯化氰，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色絡合物，考慮到一般常規實驗室都并非嚴格控溫的恒溫實驗室，因此需要考察顯色溫度和顯色時間對反應的顯色效果影響情況。選取標準序列中含量為2 μg的氰化物標準溶液進行實驗，考察了溫度依次為15、20、25、30 ℃，顯色時間依次為5、10、15、20、25、30 min時，分別測量樣品的吸光度，對比反應的顯色結果。

由圖1可見，當溫度為15 ℃時，顯色時間30 min吸光度達到最大，即顯色效果最佳;當溫度為20 ℃時，顯色時間25 min顯色效果最佳;當溫度為25 ℃時，顯色時間15 min顯色效果最佳;當溫度為30 ℃時，顯色時間10 min顯色效果最佳。當顯色效果達到最佳時，延長時間，吸光度基本不變。因此室溫在15～30 ℃區間，溫度越高顯色時間越短，反應越高效。

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現土壤氰化氫和浸出液基質的分離，蒸餾儀每個單元的加熱功率會決定加熱裝置的加熱溫度，進而影響氰化氫的蒸餾效果。對土壤樣品進行加標回收試驗，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時的前處理結果。

由圖2可見，當加熱功率由100 W升至300 W時，土壤樣品溜出液的氰化物和總氰化物回收率持續增加并達到最高;繼續升高加熱功率由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準使用溶液（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。標準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，加水稀釋至標線，搖勻，于室溫下顯色。提前打開分光光度計預熱15 min，設置各項參數，以水為參比，測定吸光度。以氰離子的含量（μg）為橫坐標，以扣除試劑空白后的吸光度為縱坐標，繪制校準曲線。

結果表明，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，標準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，相關系數為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》（校準曲線回歸方程的相關系數γ≥0.999）的要求。

3.3? 方法檢出限、測定下限的測定

根據《環境監測分析方法標準制修訂 技術導則》（HJ 168-2010）相關規定，按照樣品分析的全部步驟進行，對濃度為0.05 mg·kg-1的氰化物和總氰化物樣品進行7次平行測定，計算7次平行測定的標準偏差，按（1）式計算方法檢出限，數據匯總于表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）”，S為n次平行測定的標準偏差。

由表1可見，當測試土壤樣品量為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3個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行測定，經加熱蒸餾、分取、顯色、上機測定，每個樣品平行測定6次，并分別計算不同樣品的平均值、標準偏差、相對標準偏差等各項參數，數據匯總于表2。

由表2可見，對于氰化物含量水平為0.165、0.184、2.48 mg·kg-1實際土壤樣品進行土壤氰化物測試，按照樣品分析的全過程分別平行測定6次，相對標準偏差分別為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（實驗室內相對標準偏差分別為3.9%～16%、3.7%～12%、0.6%～8.1%）的要求。

對于總氰化物含量水平為0.187、0.413、23.0 mg·kg-1加標實驗分別測定6次，總氰化物的相對標準偏差分別為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（相對標準偏差分別為2.2%～20%、3.5%～12%、2.2%～9.5%）的要求。

3.5? 方法準確度的測定

通過加標實驗驗證方法的準確度。分別對2個含量水平實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行加標分析測定，每個樣品平行測定6次，并分別計算氰化物和總氰化物加標實驗含量的平均值、加標量、加標回收率等各項參數，數據匯總于表3。

由表3可見，經過對氰化物含量為0.17、0.18 mg·kg-1的實際樣品進行加標分析測定，加標量為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》中準確度（加標回收率最終值為87.7%±16.6%、85.4%±18.8%）的要求。經過對總氰化物含量為0.19、0.41 mg·kg-1的實際樣品進行加標分析測定，加標量為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》中準確度（加標回收率最終值為93.6%±29.8%、96.2%±22.4%）的要求。

4? 結論

本文通過對異煙酸-巴比妥酸的顯色條件、一體化蒸餾儀的加熱功率的探索，確定了最佳的反應條件，在此基礎上經過對異煙酸-巴比妥酸分光光度法測定氰化物和總氰化物進行方法驗證，表明線性關系、檢出限、精密度、準確度均滿足《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。

參考文獻：

[1] 王房彬，張建，李玉慶.土壤氰化物污染生物修復技術研究進展[J].化工環保，2016，36（4）：375-380.

[2] 黃燕平.含氰土壤污染治理技術綜述[J].智能環保，2021（3）：107-108.

[3] 鄭倩清，馬彩娟，黃誠.連續流動在線蒸餾法測定木薯淀粉中氰化物[J].公共衛生與預防醫學，2021，32（3）：9-11.

[4] 宋志雪，胡鵬剛，譚曉輝.利用粉末活性炭處理技術降低青梅酒中氰化物含量的研究[J].中國釀造，2021，40（2）：117-121.

[5] 楊琳.流動注射測量氰化物的方法[J].陜西水利，2021（3）：81-82，85.

[6] 葛仲義，陳永紅，王菊，等.含硫化物、硫氰酸鹽水質中易釋放氰化物測定方法研究[J].黃金，2021，42（2）：90-93.

[7] 王煒，朱曉丹，魏君.氣液分離吸收-異煙酸-吡唑啉酮分光光度法測定固體廢物浸出液中氰化物流動注射測量氰化物的方法[J].理化檢驗-化學分冊，2021，57（2）：183-186.

[8] 中華人民共和國環境保護部.土壤氰化物和總氰化物的測定分光光度法：HJ745-2015[S].北京：中國環境科學出版社，2015.

（責任編輯：丁志祥）

收稿日期：2021-08-11

基金項目：陜西省創新能力支撐計劃項目（2021PT-053）。

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