氰化物检测技术研究进展

祖 新 ，杨玲娟 ，李羽翡 ，周 佳 ，赵菲佚 ，焦成瑾

（1.甘肃省食品检验研究院，甘肃兰州730030；2.天水师范学院化学工程与技术学院，甘肃天水741001；3.硫生物技术研究所，甘肃天水741001；4.天水师院学院生物工程与技术学院，甘肃天水741001）

氰化物是一类剧毒危险化学品，分为无机氰化物、有机氰化物和氰化物络合物等，新近提出的有效氰化物则包括HCN、NaCN等简单氰化物和中等及弱稳定金属氰络合物，如：Hg（C、Ni（C等。有效氰化物作用快、毒性大，是重点关注的氰化物。

1 氰化物的来源和危害

环境中的氰化物主要来源于工业应用，如：电镀、选矿、洗印、医药、合成材料、农药等，燃烧或热降解1 g聚氨酯泡沫塑料约产生 0.008 g HCN〔1〕，而吸烟者唾液中的氰化物水平为164 mg/L〔2〕。除人工源外，也有少部分来自于自然源，已经在菊科、豆科、亚麻科和蔷薇科等2 500多种种属中被发现的氰苷即是氰化物的自然源〔3〕，其在木薯、亚麻子以及白三叶草中以亚麻苦苷的形式存在，在苦杏仁、樱桃核、大果西番莲等中则以苦杏仁苷和野樱皮苷的形式存在。氰苷本身不含有毒性，但当植物组织被破坏时会释放内源性酶，氰苷会被酶分解生成氰醇继而转化为HCN，因此也具有毒性。

不仅无机氰化物会污染环境使生物中毒甚至死亡，即便是铁氰酸盐和亚铁氰酸盐等低毒性氰化物复盐，若大量排入地表水，经阳光照射和在其他条件的协同作用下也可以分解并释放出相当数量的游离氰化物，导致水生生物中毒死亡，同时氰化物还会影响植物的生长发育并造成减产，因此测定多形态的氰化物在实际监测中尤其重要。

2 氰化物提取及预处理方法

氰化物的提取高度依赖碱性条件，Y.M.Wei等〔4〕研究了五类氰化铁的碱辅助浸出行为，结果表明，pH升高显著提高了解吸率，在pH=13处沥滤2 h可以完全浸出土壤中的氰化物。采用新研发的气热提取法，使用由乙二胺四乙酸二钠与磷酸物混合而成的预处理剂，可使水体和食品中痕量氰化物浓缩富集 5 倍〔5〕。

氰化物样品分析前需加亚硫酸钠溶液除去活性氯等氧化物干扰，加氨基磺酸除去亚硝酸离子干扰，正己烷快速萃取可去除中性或者酸性油干扰（大于40 mg/L时），质量浓度高于1 000 mg/L的HCO3-对分析有干扰必须稀释〔6〕。当样品中含有大量硫化物时，应先加碳酸铅固体粉末除去硫化物，并用硫代硫酸钠除去氧化性干扰物质，否则在碱性条件下，氰离子和硫离子作用形成硫氰酸离子从而干扰测定。检测植物氰苷时，加入外源β-葡萄糖苷酶后测定的氰化物含量准确度更高〔7〕。

3 氰化物测定方法

3.1 色谱法

色谱法是近40 a来分析化学领域研究最为活跃的一种分离检测方法，它利用混合物中不同组分与固定相作用力的大小不同，在流动相推动作用下，将不同组分逐一分离，色谱法广泛应用于氰化物的测定。

3.1.1 气相色谱法

气相色谱配置的电子俘获检测器（ECD）对包括CN-在内的电负性物质非常敏感，从而可获得较低的检出限。通常采用的衍生化顶空气相色谱-ECD检验原理是：以氯胺T、次氯酸钠、溴水和次氯酸钠〔8〕为衍生试剂，氰化物被氧化为氯化氰或溴化氰，在顶空瓶内达气液分配平衡时，取一定体积的液上气体经色谱柱分离并被检测。该方法操作简便、抗干扰能力强，检出限可低至0.5 μg/L，且在较宽浓度范围内线性关系良好，因此被广泛应用于空气、环境水样、粮食、白酒、食品，甚至血液等样品中微量氰化物的测定〔9〕。

除了上述气相色谱-ECD方法外，亦可对氰化物衍生转变后，采用配置氮磷检测器（NPD）〔10〕、氢火焰检测器（FID）〔11〕和质谱检测器（MS）〔12〕的气相色谱检测。

3.1.2 液相色谱法

伴随近年来样品微萃取浓缩富集、配位衍生和梯度淋洗等技术的发展，液相色谱不仅能够测定简单氰化物，而且能测定氰络合物。通常使用Ni（Ⅱ）作为金属络合衍生剂，它在氨水存在的条件下能与游离氰离子生成稳定的 Ni（C络合物，Ni（C在267 nm处有很强的紫外吸收，该方法简便快速，抗干扰能力强、灵敏度高，朱友等〔13〕依此原理成功测定了卷烟主流烟气中的氰化物。

高效液相串联质谱（HPLC-MS-MS）是将第一次质谱检测的离子碎裂后进行二次质谱检测，这种方式可最大程度地排除基体干扰，提高选择性和灵敏度。C.Lacroix等〔14〕开发的在线检测血液中氰化物的液相串联质谱方法，仅使用一个小的血液样本，简单省时，非常适合包括法医毒理学在内的血液中氰化物的测定。H.I.Kang等〔15〕以d-半胱氨酸和次氯酸盐为衍生剂建立的简单氰化物串联质谱分析方法，将形成的β-硫代氰丙氨酸直接注入液相串联质谱仪检测，检出限达到0.07 μg/L，特别适合加氯消毒过的饮用水中氯化氰的检测，24 h可检测18个样品。

3.1.3 离子色谱法

离子色谱测定氰化物及金属氰化络合物的方法较为成熟，配备安培检测器的离子色谱可直接检测μg/L级的CN-，而且凡是检测条件下不发生氧化还原反应的所有共存物均不出峰，不发生干扰〔16〕。

栾绍嵘等〔17〕将合成药直接溶解在热的氢氧化钠中，采用离子色谱安培法检测了维生素B6与2-噻吩乙酸中的痕量氰化物，实际合成药物中CN-的检出下限达到0.016 4 μg/g。相对于化学滴定和分光光度法，离子色谱安培法检测氰化物具有速度快、灵敏度高，不需加入衍生化试剂，对人员和环境无害等优点，是一种符合绿色化学的分析手段，目前该方法在司法领域的氰化物检测中得到广泛应用〔18〕。

3.1.4 毛细管电泳色谱法

毛细管电泳是一类以毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力的新型液相分离技术。K.Papeová等〔19〕建立了在硫代硫酸盐电解质中测定氰化物含量的毛细管电泳色谱方法，在毛细管柱内植入硫氰酸酶，这种线粒体酶能有效地将氰化物转化成具有更强吸收的硫氰酸盐，在200 nm测定条件下方法检出限为 78 μg/L，线性范围为 0.39～13 mg/L。可实现微量体积试样中氰化物的高效分离是毛细管电泳色谱法的突出特点。

3.2 光谱法

3.2.1 分光光度法

应用广泛的微量氰化物分光光度法于1944年建立，使用的是吡啶-联苯胺化学体系，随后其他几种化学体系的分光光度法陆续被成功建立，其中的异烟酸-巴比妥酸、异烟酸-吡唑啉酮和吡啶-巴比妥酸体系目前应用最为广泛。这三种体系的检测限均可达到μg/L级别，而且成熟可靠、成本低廉、适用性强，广泛应用于水、土壤、动植物、焦炉煤气、金精矿等样品中氰化物的测定，也被国内外广泛采用为法定的分析方法。但该类方法也存在操作人员安全、二次污染以及操作繁琐等问题，影响了实际应用范围。

新近开发的电子比色法技术原理是基于化学显色事实上呈现复合光，而该复合光的每一波长下对应的吸光度都与待测物浓度呈一定的比例关系，均符合朗伯-比尔定律，对生成物进行全色分析即可得到浓度信息。相比传统分光光度计遵循的单一波长下最大吸收原则，氰化物采用电子比色法检测的抗干扰能力更强，准确性更接近真实状态〔20〕。

3.2.2 原子吸收光谱法

氰离子与过渡金属离子可形成稳定络合物，用原子吸收分光光度法（AAS）测定溶液中过剩的金属离子或络合物浓度，可间接测定样品中的氰化物。向双全等〔21〕在pH=8.2的氨-氯化铵缓冲溶液中，添加4%十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）表面活性剂和10 mg/L铜标准溶液，形成稳定的Cu2+-CN--CTAB三元络合物，经正丁醇萃取后，采用热解涂层石墨管原子吸收分光光度计测定络合物中铜的含量，间接求得氰的含量。利用汞与氰生成稳定的络合物，冷原子吸收光度法（DMA）也可间接测定氰化物〔22〕。

3.2.3 拉曼光谱法

光在发生拉曼散射后不同原子团振动的频率是惟一的，因此可以鉴别出组成物质的分子种类。近年来激光和CCD传感器技术的进步使拉曼光谱分析可以运用到氰化物实际检测中。

朱颖洁等〔23〕构建了一种基于壳层隔绝纳米粒子的血液氰化物表面增强拉曼光谱检测方法，在强碱性条件下以壳层隔绝金纳米粒子为基底，极大地削弱了氰化物的溶金效应，使得检测信号稳定，存在时间由普通金纳米粒子的5 min提高至1 h，方法检出限达 10 μg/L，线性范围为 100～2 000 μg/L，实现了中毒血液中氰化物的快速检测。刘易等〔24〕在拉曼位移2 135 cm-1处观察到明显的氰根（CN-）特征峰，并测得中药通宣理肺丸CN-的含量为4.56 μg/g。拉曼光谱法在氰化物的快检领域得到普遍运用。

3.3 电化学传感器方法

3.3.1 离子选择电极法

离子选择电极法（ISEs）的指示电极对特定离子具有选择性响应，方法简便可靠，灵敏度高，成为重要的氰化物检测手段。A.Abbaspour等〔25〕开发的一种化学修饰碳糊电极，对卤化物、类卤化物及草酸等干扰不响应，可实现对水中9 μmol/L氰化物的检出。该类方法的关键，第一是干扰物的分离，第二是电极的清洗活化。J.Cheng等〔26〕开发的一种可抛弃型银电极氰化物检测方法，对解决电极的清洗活化具有良好的启发作用。

3.3.2 生物电极法

生物电极法采用了生物有机成分修饰电极，实现了生物识别和电化学传感的有机结合。V.Kumar等〔27〕利用与铵离子选择电极结合的黄杆菌MTCC6936氰化二水酶活性，研制了一种用于氰化物检测的电位生物传感器，该传感器对0.06 mg/L的氰化物有响应。生物电极不但检测快速、灵敏度高、专一性强，而且绿色环保，非常适合食品样品中氰化物的监测。

3.3.3 其他电化学传感器法

材料工业的快速发展促成了新型电化学传感器在氰化物检测中的应用。R.Hallaj等〔28〕用氧化石墨烯和二氧化钛纳米颗粒修饰的玻璃碳电极对氰化物进行电化学感应。首先，用氨基丙基三乙氧硅烷对硫代纳米（AS）颗粒表面进行修饰，然后与石墨烯氧化物纳米片（GO）在 4-硝基苯酚（rNPh）的还原作用下沉积在玻璃碳电极（GCE）表面，设计了GO/TiO2-AS-rNPh电极。它在pH=7的溶液中，0.35 V的最佳条件下测定氰化物，具有0.1 μmol/L的检测极限和165.5 nA·nmol/（L·cm）的灵敏度，动态线性范围从 0.1 μmol/L延伸到60μmol/L，该电极同时对潜在的阴离子不具有干扰反应，显示了良好的选择性、线性分析范围和灵敏度，目前该传感器已用于工业电镀废水的检测。

3.4 核磁共振法

核磁共振（NMR）是一种重要的波谱技术，但通常只有高含量的氰化物可以采用该方法检测，原因是13C和15N核的自然丰度和旋磁比低。李腾等〔29〕采用三氟苯乙酮衍生试剂，将CN-转化为19F衍生物，实现对水样中氰化物的间接鉴定，由于原子核F的自然丰度高，19F核的绝对敏感度是质子的0.83倍，并且谱图有尖的洛伦茨线型和宽的化学位移，因此可以满足低含量氰化物的检测。试验表明该衍生方法的检出限为0.7 mg/L，方法不受其他干扰离子（如等）的影响，具有良好的专属性，回收率大于74.0%，相对标准偏差小于3.0%。该方法曾用于爆炸区采集的水样中氰根的测定，获满意结果。

3.5 流动注射技术

流动注射技术（FIA）在CN-的快速连续监测分析上发挥着重要的作用，广泛应用于液体样品环境水样〔30〕中氰化物的监测。卢杰映〔31〕比较了流动注射法和异烟酸-巴比妥酸光谱法，结果显示前者不但线性范围宽而且具有更高的灵敏度。

流动注射技术通常联用分光光度检测器，但联用电位检测器〔32〕、荧光检测器〔33〕和火焰原子吸收光谱〔34〕的流动注射技术也用来检测氰化物，新近开发的配位体交换-流动注射技术〔35〕很快被美国国家环境保护局（EPA）批准为官方方法OIA-1677，该方法有许多优点：在基体面临干扰的情况下对氰化物有更大的选择性，而且能够测量更低浓度的有效氰化物，同时实现低水平的实验室污染物排放。

3.6 荧光分子探针法（化学传感器法）

荧光分子探针法是基于分子识别原理以有机荧光染料为技术核心设计合成的分子传感器，相比传统方法具有专一性好、检测限低、速度快、可视化等优点，已用于生物和环境系统中氰化物的监测，甚至可以作为监测肿瘤细胞中CN-的生物成像剂〔36〕。常见氰化物荧光分子探针的工作原理和检出限见表1。

分子探针法作为技术热点保持了强劲的研究态势，近三年文献报道的氰化物最新检测技术几乎均在此领域。

量子点是当下前沿技术之一，它是把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向束缚住的半导体纳米结构，被称为“人造原子”。由量子点技术开发的探针也用于氰化物检测。O.J.Achadu等〔49〕描述了石墨烯量子点（GQDs）和钴芘衍生酞菁（CoPc）作为识别氰离子（CN-）的敏感纳米探针。在非共价（π-π堆积）杂化层上，CoPc通过能量转移途径淬灭GQDs荧光。然而在CN-的存在下，GQDs最初被CoPc所淬灭的荧光能够被有效地回收。CN-对GQDs荧光的“OFF-ON”专属作用，证明了探针对CN-的选择性，检测值在1.0～50.0 nmol/L的线性范围内，检测低值为0.5 nmol/L。

Yang Feng等〔50〕设计了一种基于发光共振能量转移的功能性DEHSPI-PLNPs纳米探针，探针由两个主要部分组成：具有优异余辉特性的持久发光纳米颗粒PLNPs作为能量供给体，以及具有可调谐光吸收的吡啶蓝染料DEHSPI作为能量受体和CN-识别元素。持久的余辉特性突出了利用PLNPs作为能量提供者在原位激发下消除背景噪声的优点。该纳米探针在活体细胞CN-的生物成像中表现出优异的分析性能和较低的细胞毒性，也首次证实了在无外部照度下检测氰离子的新方法。

4 总结与展望

综上所述，多种技术可用于氰化物的检测且各有特点，其中光谱法稳定可靠，作为经典方法广泛适用于各型氰化物检测；电化学传感器法适合简单氰化物和包含部分络合氰化物的总氰化物工业监测，方法成熟；色谱法能测定简单氰化物、总氰化物和络合氰化物，尤其对络合氰化物的测定具有优势；流动注射分析以其自动操作的特点尤其适用于环境中氰化物的在线监测；核磁分析则运用于氰化物的准确鉴定，而分子荧光探针技术以对氰化物超高的灵敏度成为近年来的研究热点和前沿领域，适用于食品和环境快检以及医学监测领域。未提及的化学滴定和放射化学等技术使用面相对较窄，但也是氰化物检测必要的技术储备。今后应该加大对低成本、高效率、智能化、小型化且无毒环保检测方法的研究，以利于大范围常规检测和突发公共卫生事件的快速响应，同时探索基于新型分析原理的检测技术，提升氰化物检测的适用性和准确度。