CN114544854A - 一种水溶液中氰化物的检测装置及检测方法 - Google Patents

一种水溶液中氰化物的检测装置及检测方法 Download PDF

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CN114544854A CN202210117716.4A CN202210117716A CN114544854A CN 114544854 A CN114544854 A CN 114544854A CN 202210117716 A CN202210117716 A CN 202210117716A CN 114544854 A CN114544854 A CN 114544854A
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Abstract

本发明公开了一种水溶液中氰化物的检测装置及检测方法。所述检测装置包括多通阀、消解装置、分离器和安培检测器；多通阀的接口分别连接样品输送管路、定量环的入口和出口、载体溶液输送管路、第一排废管和混合液输送管路；混合液输送管路上依次设置第一混合器、消解装置、第三混合器、分离器和第二排废管；第一混合器连接第一酸溶液输送管路；第三混合器连接第二酸溶液输送管路；分离器通过疏水膜分隔为酸体系流路和碱体系流路，酸体系流路设于混合液输送管路上，碱体系流路的两端分别连接第一碱溶液输送管路和安培检测器，安培检测器的出口连接第三排废管。本发明能够最大限度的节约做样时间，做样频率达到2min/样，检出限≤0.0007mg/L(0.7ug/L)，测定范围0.002～0.5mg/L。

Description

一种水溶液中氰化物的检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及一种水溶液中氰化物的检测装置及检测方法，属于生物化学技术领域。
背景技术
目前在环境领域检测氰化物的方法有手工法和仪器法，现行的手工方法为HJ484-2009，该方法将氰化物分为总氰化物和易释放氰化物，这两类氰化物均需使用蒸馏技术，总氰化物采用磷酸和EDTA，利用金属离子与EDTA络合能力比氰离子络合能力强的特点，使络合氰化物离解出氰离子，并以氰化氢的形式被蒸馏出来后被氢氧化钠溶液吸收，易释放氰化物则采用酒石酸和硝酸锌等试剂使易释放氰化物易氰化氢的形式被蒸馏出，用氢氧化钠吸收。该方法仅蒸馏时间就会花费1小时以上，且全程手工操作。在该手工方法中，氰化物的检出限最低为0.001mg/L，测定范围最大为：0.004～0.45mg/L。现行的仪器方法主要是HJ823-2017，把蒸馏及后续化学反应步骤全自动化。单个样品分析时间虽有节省，但方法原理与手工法一致，均采用比色法原理，需要配制多种试剂，同时试剂配制复杂，费时费力，且全部配制完成后的试剂均需要进行脱气处理，同时仪器稳定时间长，需要先用纯水替代试剂进行仪器平衡，平衡时间多达30分钟，平衡完成后还需要使用试剂再次进行仪器平衡。该全自动方法虽然缩短了与手工法相比的分析时间，但是试剂准备、仪器平衡时间至少1小时。该自动方法测定氰化物的检出限最低为0.001mg/L，测定范围0.004～0.1mg/L或0.008～0.5mg/L。
在化学药品及疫苗领域，目前采用《药典》2020中手工方法，其中包括第68.氰化物监察法和限量测定法和第96.氰化物监察法。该方法用于检测氰化物质量，样品测定一般经过下述步骤：前处理，样品通过前处理转化为游离的氰化物；加热溶解，溶解显色试液；放置，在暗室中将样品与显色试剂放置过夜。测定，放置过夜后加入水，在500nm处测定吸光度。该方法需要提前一天配制出硝基苯酚锂溶液，在配制该溶液时，需要使用到三硝基苯酚这种危险化合物。同时还有一种方法，在特殊的装置中加入显色剂，摇匀，加热微沸，滴入滴定试剂，15分钟内不得显绿色或蓝绿色。该分析氰化物水平的手动方法耗费时间并需要大量操作，与所有手动技术一样，存在明显的固有差异，该方法易于产生操作者误差。同时由于蛋白的干扰造成假阳性结果，无法获得有效数据。因此需要对现有氰化物的检测方法进行改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种水溶液中氰化物的检测装置及检测方法，具有操作简便、无需蒸馏、无需富集、试剂节约、高效率、高灵敏度的特点。
本发明所提供的水溶液中氰化物的检测装置，包括多通阀、消解装置、分离器和安培检测器；
所述多通阀的接口分别连接样品输送管路、定量环的入口和出口、载体溶液输送管路、第一排废管和混合液输送管路；其中，所述样品输送管路用于输送待测样品，所述定量环用于对待测样品进行定量，所述载体溶液输送管路用于输送载体溶液；
所述混合液输送管路上依次设置第一混合器、所述消解装置、第三混合器、所述膜式气液分离器和第二排废管；
所述第一混合器连接第一酸溶液输送管路，用于输送第一酸溶液；
所述第三混合器连接第二酸溶液输送管路，用于输送第二酸溶液；
所述分离器通过疏水膜分隔为酸体系流路和碱体系流路，所述酸体系流路设于所述混合液输送管路上，所述碱体系流路的两端分别连接第一碱溶液输送管路和所述安培检测器，所述安培检测器的出口连接第三排废管，其中，所述第一碱溶液输送管路用于输送第一碱溶液。
上述的检测装置中，所述样品输送管路、所述载体溶液输送管路、所述第一酸溶液输送管路、所述第二酸溶液输送管路和所述第一碱溶液输送管路上设有蠕动泵，用于驱动液体。
上述的检测装置中，所述多通阀为六通阀。
上述的检测装置中，所述第一混合器与所述消解装置之间还设有第二混合器，所述第二混合器与气体输送管路连接，在将待测样品输入至所述消解装置之前，通入气体进行混合，由于加入气体分隔，样品会与第一酸溶液发生完全的化学反应。
上述的检测装置中，所述第三混合器与所述分离器之间设有混合线圈。
上述的检测装置中，所述样品输送管路连接自动进样器，用于自动进样；
上述的检测装置中，所述消解装置可为紫外消解器。
基于所述检测装置，本发明还进一步提供了一种水溶液中氰化物的检测方法，包括如下步骤：
S1、待测的水溶液通过所述检测装置中的所述样品输送管路输入至所述多通阀中，在所述多通阀中流经所述定量环进行定量，多余的水溶液通过所述第一排废管排废；
S2、将载体溶液通入所述多通阀后进入所述混合液输送管路中与第一酸溶液混合，然后输入至所述消解装置中，再与第二酸溶液混合，进入所述分离器的酸体系流路中，通过所述第二排废管排废；
S3、切换所述多通阀，利用载体溶液将所述定量环中填充的水溶液推至与第一酸溶液混合，然后输入至所述消解装置中进行消解；通过所述消解装置后与第二酸溶液混合，然后进入所述分离器中的酸体系流路中，待测水溶液中的氰化物通过所述疏水膜进入所述碱体系流路中，被第一碱溶液吸收，其余溶液通过所述第二排废管排废；被所述第一碱溶液吸收后的溶液进入所述安培检测器进行检测；
经过所述消解装置时，可完全使不同形态的氰化物转变成单一形态的氰化物。
上述的检测方法中，步骤S2和步骤S3中，在进入所述消解装置之前，还包括通入氮气或空气进行混合的步骤。
上述的检测方法中，所述第一酸溶液为硫酸和次磷酸的混合液，其中，硫酸的浓度为0.5～0.7mol/L，次磷酸的浓度为0.1～0.3mol/L；
所述第二酸溶液为浓硫酸、次磷酸、抗坏血酸、柠檬酸和酒石酸的混合液，其中，硫酸的浓度为0.5～0.7mol/L，次磷酸的浓度为0.1～0.3mol/L，抗坏血酸的浓度为0.001～0.1mol/L，柠檬酸的浓度为0.001～0.1mol/L，酒石酸的浓度为0.001～0.1mol/L；
所述第一酸溶液的流速为0.3～1.0ml/min；
所述第二酸溶液的流速为0.4～1.0ml/min。
上述的检测方法中，所述第一碱溶液为氢氧化钠水溶液，浓度为0.01～1.0mol/L，流速为0.1～1.0ml/min；
所述载体溶液为水。
本发明检测装置和方法适用的氰化物为可溶解于水或氢氧化钠溶液、在弱酸性条件下形成游离氰化物的化合物，包括但不限于：氰化钾；氰化钠；氰化氢；铁氰化钾；亚铁氰化钾；四氰合锌酸钾；铜氰化钾；镉氰化钾；汞氰化钾；镍氰化钾；银氰化钾；铁氰化纳；亚铁氰化钠；四氰合锌酸纳；铜氰化纳；镉氰化纳；汞氰化纳；镍氰化纳；银氰化纳；氟化氰；氯化氰；溴化氢；碘化氰；氰基硼氢化钠；氰基硼氢化钾；蜀黍氰甙；亚麻苦甙；苦杏仁甙；百脉根甙；野樱皮甙；红豆杉氰甙；和其他含氰化合物。
与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
与现行的手工方法HJ484-2009相比，本发明不采用蒸馏技术，可节约蒸馏所需时间，同时配制试剂只需要使用到硫酸、次磷酸、氢氧化钠等试剂，配制试剂简单、配制时间少于10分钟；不发生显色反应，减少了吡啶、氯胺-T、巴比妥酸等试剂有毒试剂的使用与储存，消除了酸性条件下蒸馏后产生的副产物与显色试剂发生显色反应而导致的氰化物浓度的升高或降低，同时试剂的消耗量大大降低，每分钟试剂的消耗量可降低至0.4ml/min。
与现行的自动方法HJ823-2017相比，本发明不采用蒸馏技术同时配制试剂只需要使用到硫酸、次磷酸、氢氧化钠等试剂，配制试剂简单、配制时间少于10分钟；不发生显色反应，减少了吡啶、氯胺-T、巴比妥酸等试剂有毒试剂的使用与储存，消除了酸性条件下蒸馏后产生的副产物与显色试剂发生显色反应而导致的氰化物浓度的升高或降低，同时在管路中加入气泡，试剂的消耗量大大降低，使试剂混合完全，即发生完全的化学反应。每分钟试剂的消耗量可降低至0.4ml/min。同时仪器流路简单，流路总长度＜5米，无需提前使用纯水平衡仪器，直接使用试剂平衡仪器时间＜5分钟。
与现行的《药典》2020版本相比，本发明方法试剂配制不需过夜，配制时间＜10分钟，无需使用三硝基苯酚等危险化学试剂，同时不采用显色反应，不会产品蒸馏副产物。同时搭配安培检测技术，仅对目标氰化物会有响应。
在微生物免疫学进展杂志中有使用安培法测试疫苗中的氰化物的文章相比，优势在于不经过色谱柱分离，因此无需担心样品中的蛋白会堵塞色谱柱，不使用显色技术，同时在管路中加入气泡，试剂的消耗量大大降低，使试剂混合完全，即发生完全的化学反应。使得样品中的蛋白不会因为发生反应而产品沉淀堵塞管路。同时做样效率与灵敏度均比色谱柱分离技术高。
与非显色技术与安培检测器联用对比，在管路中加入气泡，试剂的消耗量大大降低，使试剂混合完全，即发生完全的化学反应。在经过紫外照射后，再次与酸试剂混合，因为在消解过程中，样品中络合态的氰化物在转变成游离态氰化物时，会消耗原有酸试剂的量。再次与酸试剂混合，可使得样品在消解前和消解后酸度一致。同时会抑制硫化物等干扰物质的生成，最高抗干扰浓度可达150mg/L，故无需通过固相萃取进行富集，可直接进入检测器进行检测。
本发明能够最大限度的节约做样时间，做样频率达到2min/样，检出限≤0.0007mg/L(0.7ug/L)，测定范围0.002～0.5mg/L。
附图说明
图1为本发明第一种水溶液中氰化物的检测装置的结构示意图。
图2为本发明第二种水溶液中氰化物的检测装置的结构示意图。
图中各标记如下：
1-自动进样器，2-样品输送管路，3-第一碱溶液盛放容器，4-第一碱溶液输送管路，5-蠕动泵，6-定量环，7-六通阀，8-消解装置，9-混合线圈，10-膜式气液分离器，11-膜式气液分离器碱溶液进口，12-膜式气液分离器碱溶液出口，13-酸体系流路进口，14-酸体系流路出口，15-安培检测器，16-第二排废管，17-第三排废管，18-第一排废管，19-第一混合器，20-载体溶液输送管路，21-第一酸溶剂输送管路，22-载体溶液盛放容器，23-第一酸溶液盛放容器，24-第二酸溶液盛放容器，25-第二酸试剂输送管路，26-第三混合器，27-第二混合器，28-气体盛放容器，29-气体输送管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，为本发明提供的一种检测水溶液中氰化物的装置的结构示意图，包括六通阀7、消解装置8、膜式气液分离器10和安培检测器15。其中，六通阀7的六个接口分别连接样品输送管路2、定量环6的入口和出口、载体溶液输送管路20、第一排废管18和混合液输送管路；其中，样品输送管路2用于输送待测样品，待测样品放置于自动进样器1中，定量环6用于对待测样品进行定量，载体溶液输送管路20用于输送载体溶液，载体溶液放置在载体溶液盛放容器22中。混合液输送管路上依次设置第一混合器19、消解装置8、第三混合器26、混合线圈9、膜式气液分离器10和第二排废管16，第一混合器19连接第一酸溶液输送管路21，用于输送第一酸溶液，第一酸溶液放置在第一酸溶液盛放容器23中；第三混合器26连接第二酸溶液输送管路25，用于输送第二酸溶液，第二酸溶液放置在第二酸溶液盛放容器24。
本发明提供的检测装置，膜式气液分离器10通过疏水膜分隔为酸体系流路和碱体系流路，酸体系流路设于混合液输送管路上，碱体系流路的两端分别连接第一碱溶液输送管路4和安培检测器15，安培检测器15的出口连接第三排废管17，其中，第一碱溶液输送管路4用于输送第一碱溶液，第一碱液放置于第一碱液盛放容器3中。
本发明提供的检测装置，样品输送管路2、载体溶液输送管路20、第一酸溶液输送管路21、第二酸溶液输送管路25和第一碱溶液输送管路4上设有蠕动泵5，用于驱动液体。
如图2所示，在第一混合器19与消解装置8之间还设有第二混合器27，第二混合器27与气体输送管路29连接，气体输送管路29用于输送气体，气体放置于气体盛放容器28中，在将待测样品输入至消解装置8之前，通入气体进行混合，由于加入气体分隔，样品会与第一酸溶液发生完全的化学反应。
本发明提供的检测装置中，消解装置8为紫外消解器。
本发明提供的检测装置中，第一排废管18和第三排废管17可连接到同一个废液桶中，但不能与第二排废管16连接到同一个废液桶中。
采用本发明检测装置检测水溶液中氰化物的浓度时，可按照下述步骤进行：
配制氰化物标准曲线，将样品放在自动进样器1上。
进样针连接样品输送管路2，在蠕动泵5动力的驱动下，样品经过进样针、样品输送管路2进入六通阀7，在六通阀7中流经定量环6对样品进行定量，多余的样品通过六通阀7上的第一排废管18进行排废。切换六通阀7，载体溶液(水)把定量环6中已经填充的样品推至与第一酸溶液混合。混合完全后与气体(氮气或空气)混合，进入消解装置8，由于加入气体分隔，样品会与第一酸溶液发生完全的化学反应。在经过消解装置8时，可完全使不同形态的氰化物转变成单一形态的氰化物，通过消解装置8后，再与第二酸试剂进行混合。进入膜式气液分离器10的酸体系进口，氰化物通过疏水膜进入膜式气液分离器10的碱体系流路，被第一碱溶液吸收。其余溶液通过酸体系流路的第二排废管16排废，吸收后从碱体系流路出口进入安培检测器15.
上述检测方法中，采用的第一酸溶液为硫酸和次磷酸的混合液，其中，硫酸的浓度为0.5～0.7mol/L，次磷酸的浓度为0.1～0.3mol/L，流速为0.3～1.0ml/min；采用的第二酸溶液为浓硫酸、次磷酸、抗坏血酸、柠檬酸和酒石酸的混合液，其中，硫酸的浓度为0.5～0.7mol/L，次磷酸的浓度为0.1～0.3mol/L，抗坏血酸、柠檬酸和酒石酸的浓度均为0.001～0.1mol/L，流速为0.4～1.0ml/min；采用的第一碱溶液为氢氧化钠溶液，浓度为0.01～1.0mol/L，流速为0.1～1.0ml/min。
下面以氰化物标液为例，说明本发明检测方法的具体步骤和效果：
配制0.002～0.5mg/L的氰化物标液(氰化钠)，定量环6的体积为200uL。经过0.22um过滤膜进行过滤，采用0.025mol/L氢氧化钠溶液定容。样品由样品输送管路2带入到六通阀7中，样品流速为2ml/min。消解装置8为312nm的紫外灯，功率为8W。紫外灯采用玻璃材质，毛细管缠绕在紫外灯表面，再使用铝箔进行包裹，防止紫外线外溢。缠绕管路内径为0.6mm，总长度为2m。液体在紫外灯流经时间为30s。膜式气液分离器10分为酸体系流路和碱体系流路，酸体系流路和碱体系流路采用对称的流路池，流路池可容载液体体积为82mm3，表面积为500mm2，疏水膜采用微孔PTFE材质，直径为25mm，膜厚为0.2mm。第一酸溶液为浓硫酸与次磷酸的混合液，其中，硫酸的浓度为0.5mol/L，次磷酸的浓度0.1mol/L，流速为0.5ml/min。第二酸溶液为浓硫酸、次磷酸、抗坏血酸、柠檬酸和酒石酸的混合液，其中，硫酸的浓度为0.7mol/L，次磷酸的浓度为0.15mol/L，抗坏血酸、柠檬酸和酒石酸的浓度均为0.05mol/L，流速为0.4ml/min。纯水流速为1.2ml/min。安培检测器15包含银工作电极，参比电极为银/氯化银，直流模式，测试电压为0.15V。设定条件后，由程序控制自动运行。
进样针连接样品输送管路2，在蠕动泵5动力的驱动下，样品经过进样针、样品输送管路2进入六通阀7，在六通阀7中填充200ul定量环6对样品进行定量，多余的样品通过六通阀7连接的第一排废管18进行排废。此时载体溶液进入六通阀7后直接进入混合液输送管路，与第一酸溶液混合，依次与气体混合，进入消解装置8，与第二酸溶液混合，进入膜式气液分离器10的酸体系流路，通过酸体系流路后排废。切换六通阀7，载体溶液把定量环6中已经填充的样品推至与第一酸溶液混合。混合完全后与气体混合，进入消解装置8，由于加入气体分隔，样品会与第一酸溶液发生完全的化学反应。在经过消解装置时，可完全使不同形态的氰化物转变成单一形态的氰化物，通过消解装置后，再与第二酸试剂进行混合。进入膜式气液分离器10的酸体系进口，氰化物通过疏水膜进入膜式气液分离10的碱体系，被第一碱溶液吸收。其余溶液通过酸体系连接的第二排废管16排废，吸收后从碱体系出口进入安培检测器15。
六通阀7排废为过量填充的样品，检测器排废为第一碱溶液排废，上述两种排废可以汇集到一处。膜式气液分离器10的酸体系排废为酸性，不能与上述两种排废一同排废，否则会产生剧毒的氰化氢气体。
平行测定10次，检测结果如表1和表2中所示。
表1本发明方法的检出限、准确度与精密度
Figure BDA0003497158300000071
Figure BDA0003497158300000081
方法检出限算法依据：MDL＝SD×t(n-1，0.99)；
其中：SD为平行测定的标准偏差，t(n-1，0.99)为置信度为99％、自由度为n-1时的t值，n为重复分析的样品数。当n＝10时，t＝2.821，
表2测定范围
响应值(峰高)
0 0
0.002 185
0.01 1760
0.1 18020
0.5 92000

Claims (10)

1.一种水溶液中氰化物的检测装置，包括多通阀、消解装置、分离器和安培检测器；
所述多通阀的接口分别连接样品输送管路、定量环的入口和出口、载体溶液输送管路、第一排废管和混合液输送管路；
所述混合液输送管路上依次设置第一混合器、所述消解装置、第三混合器、所述分离器和第二排废管；
所述第一混合器连接第一酸溶液输送管路；
所述第三混合器连接第二酸溶液输送管路；
所述分离器通过疏水膜分隔为酸体系流路和碱体系流路，所述酸体系流路设于所述混合液输送管路上，所述碱体系流路的两端分别连接第一碱溶液输送管路和所述安培检测器，所述安培检测器的出口连接第三排废管。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述样品输送管路、所述载体溶液输送管路、所述第一酸溶液输送管路、所述第二酸溶液输送管路和所述第一碱溶液输送管路上设有蠕动泵。
3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于：所述多通阀为六通阀。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的检测装置，其特征在于：所述第一混合器与所述消解装置之间还设有第二混合器，所述第二混合器与气体输送管路连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的检测装置，其特征在于：所述第三混合器与所述分离器之间设有混合线圈。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的检测装置，其特征在于：所述样品输送管路连接自动进样器。
7.一种水溶液中氰化物的检测方法，包括如下步骤：
S1、待测的水溶液通过权利要求1-6中任一项所述检测装置中的所述样品输送管路输入至所述多通阀中，在所述多通阀中流经所述定量环进行定量，多余的水溶液通过所述第一排废管排废；
S2、将载体溶液通入所述多通阀后进入所述混合液输送管路中与第一酸溶液混合，然后输入至所述消解装置中，再与第二酸溶液混合，进入所述分离器的酸体系流路中，通过所述第二排废管排废；
S2、切换所述多通阀，利用载体溶液将所述定量环中填充的水溶液推至与第一酸溶液混合，然后输入至所述消解装置中进行消解；通过所述消解装置后与第二酸溶液混合，然后进入所述分离器中的酸体系流路中，待测水溶液中的氰化物通过所述疏水膜进入所述碱体系流路中，被第一碱溶液吸收，其余溶液通过所述第二排废管排废；被所述第一碱溶液吸收后的溶液进入所述安培检测器进行检测。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：步骤S2和步骤S3中，在进入所述消解装置之前，还包括通入氮气或空气进行混合的步骤。
9.根据权利要求7或8所述的检测方法，其特征在于：所述第一酸溶液为硫酸和次磷酸的混合液，其中，硫酸的浓度为0.5～0.7mol/L，次磷酸的浓度为0.1～0.3mol/L；
所述第二酸溶液为浓硫酸、次磷酸、抗坏血酸、柠檬酸和酒石酸的混合液，其中，硫酸的浓度为0.5～0.7mol/L，次磷酸的浓度为0.1～0.3mol/L，抗坏血酸的浓度为0.001～0.1mol/L，柠檬酸的浓度为0.001～0.1mol/L，酒石酸的浓度为0.001～0.1mol/L；
所述第一酸溶液的流速为0.3～1.0ml/min；
所述第二酸溶液的流速为0.4～1.0ml/min。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的检测方法，其特征在于：所述第一碱溶液为氢氧化钠水溶液，浓度为0.01～1.0mol/L，流速为0.1～1.0ml/min；
所述载体溶液为水。
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