测定工作场所空气中氰化氢试验条件的改进
刘瀚升     
朝阳市疾病预防控制中心
摘要: 目的 工作场所空气中氰化氢的国家标准检验方法由于pH不合适导致出现样品显色异常现象,经过对异烟酸-巴比妥酸、缓冲溶液的配制以及操作的一些改进后,取得满意结果。方法 对原方法的显色剂、缓冲液等试剂进行适当的改进后,采用异烟酸-巴比妥酸分光光度法测定工作场所中氰化氢。结果 方法的最低检出限为0.05 μg/mL,最低检出质量浓度为0.05 mg/m3(以采集2 L空气样品计),测定范围0.05~2 μg /mL,回归方程为y=0.332x+0.0169,相关系数r=0.9998;加标样品(低、中、高3个质量浓度分别为0.20、0.70和1.20 mg/m3)相对标准偏差(RSD)分别为 4.5%、1.7%和1.3%。结论 经过改进后的方法实验显色正常,结果稳定,满足测定要求。
关键词: 工作场所空气     氰化氢     异烟酸-巴比妥酸     pH    
Improvement of Experimental Conditions for Detecting Hydrogen Cyanide in Workplace Air
LIU Hansheng     
Abstract: Objective To improve the national standard.method for the detection of hydrogen cyanide in the air of workplace. Method Because the abnormal color reaction of samples was caused by improper pH value, the preparation of isonicotinic acid-barbituric acid, the chromogenic agent, and the buffer reagent of original method were improved. The concentration of hydrogen cyanide in the air of workplace was detected by spectrophotometry. Results The minimum detection limit of the method was 0.05 μg/mL;the lowest detection concentration was 0.05 mg/m3 (in 2 L air samples); the range of detection was in 0.05~2 μg/mL; the regression equation of standard curve was y=0.332x+0.0169; and the correlation coefficient was r=0.9998. The relative standard deviation (RSD) of standard addition at low, medium and high levels (0.20 mg/m3, 0.70 mg/m3 and 1.20 mg/m3) were 4.5%, 1.7% and 1.3%, respectively. Conclusion The color reaction of sample was normal after the method being improved, and the results were stable and satisfactory.
Key words: the workplace air     hydrogen cyanide     isonicotinic acid-barbituric acid     pH    

工作场所空气中氰化氢的国家标准检验方法是异烟酸—巴比妥酸分光光度法[1],按照现行的国家标准要求进行操作时,标准中要求使用的显色剂碱性太强,超出了显色的pH在5.6 ~6.0的条件范围,造成溶液不正常显色,出现显色异常现象,不能得到满意的实验结果。后经过对异烟酸—巴比妥酸、缓冲溶液的重新配制以及操作的一些改进后,取得了满意的效果。

1 材料与方法 1.1 原理

空气中氰化氢用氢氧化钠溶液采集,在弱酸性溶液中,与氯胺T发生反应生成氯化氰,再与异烟酸发生反应并水解生成戊烯二醛酸,最后与巴比妥酸缩合成紫色化合物,在600 nm波长下测定。

1.2 仪器

SP-722型分光光度计(上海光谱);3 mL小型气泡吸收管;气体采样器,流量范围0 ~3 L/min;10 mL具塞比色管;恒温水浴。

1.3 试剂

吸收液:40g/L氢氧化钠溶液;酚酞溶液:溶解0.1g酚酞于50 mL 95%(V/V)乙醇中,用水稀释至100 mL;乙酸溶液10 ∶02,1 ∶20;缓冲液(pH=4.3):溶解136 g磷酸二氢钾(KH2PO4)于1 000 mL水中[2];氯胺T溶液:10 g/L,临用前配制;显色溶液:溶解1.0 g 异烟酸和1.0 g巴比妥酸于100 mL 12 g/L氢氧化钠溶液中,若有沉淀,则过滤。于棕色瓶中保存冰箱内[2];氢氧化钠:12 g/L;氰化氢(CN-)标准溶液:50 μg/mL,GBW(E)080115 中国计量科学研究院,标准物质编号11074;CN-标准使用溶液(1.0 μg/mL):取上述标准溶液2.00 mL,用40 g/L氢氧化钠溶液稀释定容至100 mL,混匀。

1.4 样品的采集、运输和保存

在采样点,串联2个装有2.0 mL吸收液的小型气泡吸收管,以0.2 L/min的流量采集10 min空气样品。采样后,封闭吸收管进出气口,置于清洁的容器内运输和保存。样品在当天测定。

1.5 分析步骤

1.5.1 对照试验

将装有2.0 mL吸收液的小型气泡吸收管带至采样点,除不采集空气样品外,其余操作同样品,作为样品的空白对照。

1.5.2 样品处理

用采过样的吸收管中的吸收液洗涤进气管内壁3次,前后管各取1.0 mL样品溶液于具塞比色管中供测定。

1.5.3 标准曲线的绘制

取6只10 mL具塞比色管,分别加入0.00、0.10、0.50、1.00、1.50和2.00 mL CN-标准溶液,加水至2.0 mL,配成0.00、0.10、0.50、1.00、1.50和2.00 μg CN-标准系列。向各标准系列管加1滴酚酞溶液,用乙酸溶液中和至酚酞退色;加1.5 mL缓冲溶液和0.2 mL氯胺T溶液,摇匀后,盖塞放置5 min;加2.5 mL显色溶液,加水至10 mL刻度。摇匀,于25℃~40℃水浴中放置30 min。取出,冷却后在600 nm波长下测量吸光度。每个浓度测定3次,以吸光度均值对CN-含量(μg)绘制标准曲线。

1.5.4 样品测定

用测定标准系列的操作条件测定样品溶液和空白对照溶液;样品的吸光度减去空白对照的吸光度后,由标准曲线得出CN-的含量(μg)。

1.6 计算

空气中的氰化氢质量浓度由公式(1)计算:

$$C=\frac{2m}{{{V}_{0}}}$$ (1)

式中:C—空气中CN-的质量浓度,mg/m3

m—样品管中CN-含量,μg;

2—前后管各取1.0 mL吸收液,倍数为2;

V0—换算成标准状况下的采样体积,L。

2 结果 2.1 标准曲线

改进后的方法线性回归方程为y=0.332x+0.0169,相关系数r=0.9998(表 1)。

表 1 改进前后标准曲线吸光度的对比(n=3)
CN-含量/μg吸光度值
改进后的标准
曲线吸光度
改进前的标准
曲线吸光度
0.100.0450.034
0.500.1860.166
1.000.3550.310
1.500.5130.452
2.000.6790.593

2.2 方法的检出限和检测限

用吸光度为0.02时所对应的质量浓度为检出限[1],根据这要求得出本方法的检出限为0.05 μg/mL,氰化氢最低检出浓度为0.05 mg/m3(以采集2 L空气样品计),测定范围为0.05 ~2 μg/mL。

2.3 显色时间的确定

分别取含0.10、1.00和2.00 μg的CN-比色管,加入显色剂后于10、15、20、25、30、35和40 min后测定吸光度,结果显示在30 min时吸光度基本稳定,而且数值最大,所以确定显色时间30 min即可(表 2)。

表 2 不同时间段3个质量浓度吸光度值比较
时间/min吸光度值/μg
0.101.002.00
100.0980.2770.565
150.0260.3330.612
200.0250.3410.644
250.0380.3500.659
300.0460.3560.674
350.0340.3400.675
400.0210.2990.676

2.4 精密度和准确度

分别向1份本底值为0.5 mg/m3样品中加入低、中、高3个质量浓度分别为0.20、0.70 和1.20 mg/m3的样品,连续测定6次(表 3),相对标准偏差分别为4.5、1.7和1.3,回收率为88.6%~91.8%。

表 3 加标回收试验和精密度试验结果(n=6)
本底值/
(mg/m3)
加入浓度/
(mg/m3)
回收浓度/
(mg/m3)
平均值/
(mg/m3)
平均回收
率/ %
相对标准
偏差/ %
0.50.20.59 0.62
0.64 0.58
0.65 0.63
0.6288.64.5
0.50.71.12 1.08
1.09 1.10
1.07 1.11
1.1091.71.7
0.51.21.57 1.56
1.60 1.55
1.57 1.54
1.5691.81.3

2.5 氰化物检测方法比较

比较氰化物常用检测方法吡啶—巴比妥酸法、异烟酸—吡唑啉酮法、异烟酸—巴比妥酸法,不同方法检测条件略有差别[3-4](表 4)。

表 4 几种氰化物测定方法间的比较[6]
项目吡啶—巴比妥酸法异烟酸—吡唑啉酮法异烟酸—巴比妥酸法改进后异烟酸—巴比妥酸法
氧化剂氯胺T氯胺T氯胺T氯胺T
显色剂吡啶、巴比妥酸异烟酸、吡唑啉酮异烟酸、巴比妥酸异烟酸、巴比妥酸
显色条件40℃,20 min25 ~40℃,40 min室温,20 min室温,30 min
测定波长/nm580638600600
最低检测质量/μg0.10.10.10.05
特点灵敏度高,受温度影响大吡啶有恶臭。灵敏度较高,稳定性较好,试剂危害小,但需严格控制pH值,氯胺T质量要求高。灵敏度较高,显色时间较短,试剂危害小,但温度影响较大。同异烟酸—巴比妥酸法

3 讨论

现行的国家标准检验方法,存在以下3方面问题,配置显色溶液异烟酸—巴比妥酸的氢氧化钠浓度过高,加入后造成最终溶液的pH值不在显色剂合适的范围,出现显色异常;调节溶液pH的乙酸浓度太小,调节后溶液的总体积超出10 mL范围;磷酸盐缓冲溶液的缓冲能力不足。

按照现行的国家标准要求,显色剂是用质量浓度为40 g/L氢氧化钠溶液配制的。在加入2.5 mL显色剂以后,溶液pH=12.5,溶液碱性太强,超出了显色的pH在5.6 ~6.0[2]的条件范围,造成溶液不正常显色。参考生活饮用水标准检验方法,把显色剂的氢氧化钠质量浓度改为12 g/L,在加入2.5 mL显色剂后溶液的最终pH为6.3,pH符合正常的显色条件。

按照现行的国家标准要求,样品管和标准管先用水定容至5 mL,在用1 ∶20的乙酸调节时,由于吸收液的碱性太强,乙酸溶液加入量很大,最高的标准管需要滴加2.3 mL,在加入其它的各种试剂后,溶液的总体积达到11.5 mL,超出了10 mL比色管的最大刻度。将样品管和标准管先用水定容至2 mL,这样溶液加入各种试剂后,再用纯水定容至10 mL体积,保证了各管的体积一致。

按照现行的国家标准要求,缓冲溶液为溶液68.0 g磷酸二氢钾和7.6 g磷酸氢二钠于1 000 mL水中,在加入改进后的显色剂溶液最终的pH为6.8。改进后的缓冲溶液是溶解136 g磷酸二氢钾(KH2PO4)于1 000 mL水中,在加入显色剂后溶液最终的pH为6.2。通过两种缓冲溶液效果的比较,改进后的缓冲溶液pH值更接近最佳显色pH范围(5.6 ~6.0),通过两组数据对比(表 1),反映出改进后的测定吸光度明显高于改进前。

关于显色时间的要求,有的资料上介绍溶液在25℃显色15min可获最大吸光度[3],也有文献介绍在25~40℃需要显色40min[4],经过实验验证室温30min吸光值最大。

常用的氰化物检测方法有吡啶—巴比妥酸法、异烟酸—吡唑啉酮法、异烟酸—巴比妥酸法,将三种方法综合比较,以吡啶—巴比妥酸法最优[5]。关于作业场所空气中氰化物的检验方法改进的文章有很多,有文献介绍对4种氰化物测定方法进行优化比较[6],有的直接将吸收液的浓度减低[7],并没有深入的分析现行方法出现显色失败的原因。由

于作业场所空气检测的特殊性,很难对样品采集的环节进行回收试验,所以必须考虑到降低原来吸收液的浓度,会造成现场的氰化氢采集不完全等问题。本文对原来方法实验显色异常的问题进行了分析,提出了改进的方法,取得了满意的效果。

4 结论

经过改进后的方法实验显色正常,结果稳定,能够得到满意的实验结果。

参考文献
[1] 原中华人民共和国卫生部.GBZ/T 210.4-2008.职业卫生标准制定指南.公共场所空气中化学物质测定方法[S].北京:中国标准出版社,2008.
[2] 陈亚妍. 生活饮用水规范注解[M]. 北京: 科学技术文献出版社, 2001.
[3] 原中华人民共和国卫生部.GBZ/T 160.29-2004.工作场所空气有毒物质测定 无机含氮化合物[S].北京:中国标准出版社,2004.
[4] 原中华人民共和国卫生部.GB/T 5750.5-2006.生活饮用水标准检验方法 无机非金属指标[S].北京:中国标准出版社,2007,16-18.
[5] 张克荣, 康维钧, 张翼翔. 水质理化检验[M]. 北京: 人民卫生出版社, 2010: 58-60.
[6] 汪国秀, 叶戈弋, 陈文善. 车间空气中氰化氢和氰化物测定方法的研究[J]. 中国卫生检验杂志, 2007, 17(9): 1627–1628.
[7] 金连, 黄郁秋, 苏笑丰. 工作场所空气中氰化氢和氰化物测定方法改进探讨[J]. 职业卫生与应急救援, 2009, 27(4): 216–217.
DOI: 10.13421/j.cnki.hjwsxzz.2015.05.018
中国疾病预防控制中心主办。
0
刘瀚升
LIU Hansheng
测定工作场所空气中氰化氢试验条件的改进
Improvement of Experimental Conditions for Detecting Hydrogen Cyanide in Workplace Air
环境卫生学杂志, 2015, 5(5): 475-478
Journal of Environmental Hygiene, 2015, 5(5): 475-478
DOI: 10.13421/j.cnki.hjwsxzz.2015.05.018

相关文章

工作空间