实验4 氟离子选择性电极测定水样中的微量铝
用氟离子选择电极测定自来水中微量氟离子
化学化工与食品安全学院
专业
班级
姓名
学号
同组人
实验项目
用氟离子选择电极测定自来水中微量氟离子
组别
2
实验成绩
一、实验目的
1.配合仪器分析课程的教学，使学生加深理解电位分析的原理和有关概念。
2.了解酸度计和离子计的主要结构及其主要部件的特性，掌握其应用范围和主要分析对象。
3.掌握离子选择性电极、离子计的使用原理和基本操作方法。
5.测量完毕，关闭仪器，拆下电机，整理实验台。
五、数据记录与处理
pF
5.00
4.00
3.00
试样
E/mV
5.00
4.00
3.04
3.97
六、注意事项
1.不要打开接地的按钮。
2.清洗时不能用硬纸划电极底部，接入时铜片与接线处保持良好的接触，测量时不要让搅拌子打到电极头。
4.实验过程中,必须确保标准溶液测定顺序由低浓度到高浓度依次进行,若测定未知浓度样品时,需要用蒸馏水清洗氟电极后再测定,避免产生较大误差。同时,应该注意用蒸馏水冲洗过后,需要用滤纸吸去单晶膜上的水珠,而不能直接用手接触膜片。
三、实验仪器与试剂
1试验方法：本实验采用点位分析方法以氟离子选择性电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，用PXD-2型离子计测试液对的工作电池电动势。
2实验仪器：PXD-2型离子计；10mL吸量管3支；磁力搅拌器；氟离子选择性电极；
饱和甘汞电极；100mL容量瓶6个；
3实验试剂：0.10000mol/LF-标准溶液；总离子强度缓冲溶液（TISAB）；未知水样（含F-）
3.氟离子选择性电极的准备
①观察PXD-2型离子计指针是否为零，若XD-2型离子计电源，按下mV按钮，摘去甘汞电极橡皮帽并检查内电极是否浸在饱和HCl溶液中，若未浸入，应补充饱和KCl溶液，将氟电极接仪器负极接线柱，甘汞电极接仪器正极接线柱。
实验四 用氟离子选择性电极测定水中微量F
2、学习应用最小二乘法处理数据。
二、实验仪器及药品
仪器：
高输入阻抗的电子毫伏计（离子计）、氟离子选择性电极、饱和甘汞电极、电磁搅拌器。
药品：
F-
标准溶液
三、实验原理
电位分析法是通过在零电流下测定两电极间的电位差（即构成原电池的电动势）进行测定。将指示电极和参比电极浸入试液中，组成化学电池，电池的电动势为：
实验三用氟离子选择性电极测定水中微量
离子----标准曲线法[教学时间]：6学时
[教学方法]：
讲授法与实验法相结合
[教学重点、难点]:
分析化学实验具体要求、安全知识、玻璃仪器的洗涤[教学要求]：
1、要求了解分析化学实验课的任务和具体要求
2、要求了解分析化学实验的一般知识；
3、掌握玻璃仪器的洗涤方法。
[示范操作]：
2、3、
4、5、6的F-
标准溶液以及试液溶液。
2、将配好的标准溶液系列由低浓度逐个转入塑料小烧杯中进行测量，记下各溶液的-mv值；同样测量试液的电位值。
五、实验操作注意事项及要点
1、TISAB组成及作用：
醋酸-醋酸钠----缓冲剂调节pH值
大量的氯化钠----离子强度调节剂，维持高离子强度
柠檬酸钠-----掩蔽剂
E E
指-E
参+E接式中E
指、E
参和E
接分别为指示电极的电极电位、参比电极的电极电位和液接电位。
在某确定的电化学体系中，参比电极的电极电位和液接电位为常数，用K表示，则：
E = E
指+ K
指示电极的电极电位与电活性物质活度的关系服从Nernst方程，在25℃时，E
指= K +
离子选择性电极法测定水中微量氟
实验一 离子选择性电极法测定水中微量氟实验日期：______ 同组人：________________ 成绩：____一、实验目的(1)掌握离子选择性电极法测定离子含量的原理和方法； (2)掌握标准曲线法和标准加入法的适用条件； (3)了解使用总离子强度调节缓冲溶液的意义和作用； (4)熟悉氟电极和饱和甘汞电极的结构和使用方法； (5)掌握酸度计的使用方法。
二、实验原理饮用水中氟含量的高低对人体健康有一定影响，氟的含量太低易得龋齿，过高则会发生氟中毒现象，适宜含量为0.5mg ·L -1左右。
因此，监测饮用水中氟离子含量至关重要。
氟离子选择性电极法已被确定为测定饮用水中氟含量的标准方法。
离子选择性电极是一种电化学传感器，它可将溶液中特定离子的活度转换成相应的电位信号。
氟离子选择性电极的敏感膜为LaF 3单晶膜(掺有微量EuF 2，利于导电)，电极管内装有0.1mol ·L -1 NaCl-NaF 组成的内参比溶液，以Ag-AgCl 作内参比电极。
当氟离子选择电极(作指示电极)与饱和甘汞电极(参比电极)插入被测溶液中组成工作电池时，电池的电动势正在一定条件下与F -离子活度的对数值成线性关系：--=F S K E αlg式中，K 值在一定条件下为常数；S 为电极线性响应斜率(25℃时为0.059V)。
当溶液的总离子强度不变时，离子的活度系数为一定值，工作电池电动势与F -离子浓度的对数成线性关系：--=F c S K E lg '为了测定F -的浓度，常在标准溶液与试样溶液中同时加入相等的足够量的惰性电解质以固定各溶液的总离子强度。
试液的pH 对氟电极的电位响应有影响。
在酸性溶液中H +离子与部分F -离子形成HF 或HF 2-等在氟电极上不响应的形式，从而降低了F -离子的浓度。
在碱性溶液中，OH -在氟电极上与F -产生竞争响应，此外OH -也能与CaF 3晶体膜产生如下反应：CaF3+3OH-—→La(OH)3+3F-由此产生的干扰电位响应使测定结果偏高。
氟离子选择电极法在铝工业电解质酸度测定中的应用
为确定氟化钠加人量 ， 分别对分子比（ 质量 比 ）
电势差 （ ｍ ｖ ）
－ ５ ８ ． ７
； 浓度 （ ｏ ｔ ｏ ｌ ／ １ ） 电 势值 （ ｍ ｙ ）
ｌ １ ． ０ Ｅ — Ｉ
｛ １ ． ０ Ｅ － ２
１ ． ８ ０—３ ． ０ ｏ （ ０ ． ９ ０～１ ． ５ ０） 进行 Ｎ ａ Ｆ理论 消 耗量 计 算
１ ． １ ． ５ 马弗炉 ：１ ０ ０ ０ ａ 【 ＝ 。 １ ． １ ． ６烘 箱 ：３ ０ ０ ℃。 １ ． １ ． ７分析天平 ：感量 ０ ． １ ｍ ｇ 。
１ ． ２ 试剂 及材 料
的特征参数 ， （ ２ ） 有三种表示方式： （ １ ） ｏ Ｒ ， Ｎ ａ Ｆ ／ Ａ Ｉ Ｆ
提供 对 照数 据 。Байду номын сангаас
１ 实验所 需条件
１ ． １ 仪器
２ 实验 部 分
２ ． １ 条件试 验
１ ． １ ． １离子计 ：Ｐ Ｘ Ｓ Ｊ 一 ２ １ ６ 型离子分析仪。 １ ． １ ． ２氟离子选择电极 ： Ｐ Ｆ — ｌ测量范围：１ ０ —
１～ １ ０ — ６ ｍｏ ｌ ／ Ｌ。
Ｎ ａ ３ Ａ Ｉ Ｆ ６ － Ａ Ｉ Ｆ ３ － Ａ １ ２ ０ ３ － Ｃ ａ Ｆ ２ － Ｍ ｇ Ｆ ２ － Ｌ ｉ Ｆ的复杂体系 ， 这 给我们的分析工作带来 了一定的影响 ， 而现用衍 射仪只配备 了 Ｃ ａ 的荧光分析通道 ，只能扣除 Ｃ ａ Ｆ
１ ． ２ ． ６ 容量瓶 ｌ Ｏ ０ ０ ｍ ｌ ， ｌ Ｏ Ｏ ｍ ｌ ， ２ ５ ０ ｍ ｌ ， ５ ０ ｍ ｌ 。
４ ７ ． ９
１ ０ ６． ６
（ 以称样量为 １ ． ０ ０ ０ ０ ｇ 计算 ） ｏ见表 ４
氟离子选择电极法测自来水中氟离子含量
离子选择电极法测定氟离子实验报告一．实验目的⑴了解氟离子选择电极的构造及测定自来水中氟离子的实验条件。
⑵掌握离子计的使用方法。
二．实验原理1.氟离子选择电极是目前最成熟的一种离子选择电极，将氟化镧单晶封在塑料管的一端，管内装有0.1mol/L NaF和0.1mol/L NaCl溶液，以Ag-AgCl电极为参比电极，构成了氟离子选择电极。
2.测量电极：氟离子选择电极|试液||SCE电池电动势为E=b-0.0592()1F a log-3.TISAB溶液的构成乙酸缓冲溶液排除OH-的干扰柠檬酸钠溶液掩蔽Fe+3、Al+3、Sn(IV)配位离子氯化钠溶液增加导电性三．实验仪器与试剂离子计，氟离子选择电极，饱和甘汞电极，离子计100mL容量瓶，50mL烧杯，100mL烧杯，10mL移液管，50mL移液管。
0.1000mol/L F1-标准溶液，TISAB。
四．实验步骤㈠氟离子选择电极的准备氟离子选择电极在使用前在含104-mol/L F1-中浸泡约30min，直至测定去离子水时电位为277mV左右，氟离子活化完成。
㈡线性范围及能斯特斜率的测量在5只100mL容量瓶中，用10mL移液管移取0.100mol/L F1-标准溶液于第一只100mL容量瓶中，加入TISAB10mL，去离子水稀释至标线，摇匀，配成1.00*102-mol/L F1-溶液；在第二只100mL容量瓶中，加入1.00*102-mol/L F1-溶液10.00mL和TISAB10mL，去离子水稀释至标线，摇匀，配成1.00*103-mol/L F1-溶液。
按上述方法依次配制1.00*106-~1.00*104-mol/L F1-标准溶液。
将适量F1-标准溶液分别倒入5只塑料烧杯中，放入磁性搅拌子，插入氟离子选择电极和饱和甘汞电极，连接好离子计，开启电磁搅拌器，由稀到浓测量，等读数稳定后读电压值，稳定后每隔5秒读取一个数，读取3个数，再分别测其他F1-浓度溶液的电位值。
氟离子选择性电极测定水中微量F(2012-1-03)
氟离子选择性电极测定水中微量F—一、仪器和试剂（1）仪器1）pHS-3C型酸度计2）氟离子选择性电极3）饱和甘汞电极4）电磁搅拌器（2）试剂1）0.100mol/L：准确称取120干燥2h并经冷却的优级纯NaF 4.20g 于小烧杯中，用水溶解后，转移至1L容量瓶中配成水溶液，然后转入洗净、干燥的塑料瓶中。
2）总离子强度调节缓冲液（TISAB）：于1L烧杯中加入500ml水和57ml冰乙酸，58gNaCl,12g柠檬酸钠（Na3C6H5O7·2H2O），搅拌至溶解。
将烧杯置于冷水中，在pH计的监视下，缓慢滴加6mol/LNaOH溶液，至溶液的pH=5.0-5.5.冷却至室温，转入1L容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，转入洗净、干燥的试剂瓶中。
3）离子试液，浓度约为10-1-10-2mol/L。
二、实验步骤（1）标准溶液配置准确吸取0.100mol/L离子标准溶液5.00ml,置于50ml容量瓶中，加入TISAB 5.0ml，用水稀释至刻度，摇匀，得pF=2.00溶液；吸取pF=2.00溶液5.0ml,置于50ml容量瓶中，加入TISAB 4.50ml，用水稀释至刻度，摇匀，得pF=3.00溶液，仿照上述步骤，配制pF=4.00，pF=5.00，pF=6.00溶液。
（2）实际样品溶液配置吸取自来水25.00ml，置于50ml容量瓶中，加入5.00ml TISAB，用水稀释至刻度，摇匀。
（3）毫伏值测定将配制的标准溶液系列由低浓度到高浓度转入塑料小烧杯中，并放入氟电极和饱和甘汞电极及搅拌子，开动搅拌器，调节至适当的搅拌速度，搅拌3min，至指针无明显移动时，读取各溶液的-mV值。
读取时注意使眼睛、指针和镜中的影像三者在一直线上。
如分档开关指向2，负刻度读数为0.25，则溶液的-mV值为（2+0.25）*100=225。
实际样品溶液测定。
（4）标准加入法测定完成实际样品测定，在搅拌情况下，加入0.5 ml 浓度pF=3 的溶液，稳定后读取毫伏值，再连续3次加入相同相同体积、相同浓度的标准溶液，读取毫伏值。
离子选择电极法测定水样中微量氟-标准曲线法(讲义)(1)
离子选择电极法测定水中微量氟-标准曲线法实验目的：1.掌握氟离子选择性电极的作用原理；2.掌握氟离子选择性电极和甘汞电极的正确使用方法；3.掌握氟离子选择性电极测定微量F —离子的原理；4.掌握标准曲线法测量氟离子的方法。
实验原理：氟离子选择电极是一种化学传感器，能将试液中特定离子（游离态的氟离子）活度转换为相应的电位，简称氟电极。
氟电极由敏感薄膜LaF 3单晶膜（掺有微量EuF 2利于导电）、内参比溶液和内参比电极Ag-AgCl 电极等组成。
当将氟电极浸入含F —离子溶液中时，氟电极敏感膜对氟离子产生响应，F -在电极表面进行交换，在其敏感膜内外两侧（膜和溶液间产生一定的膜电位，膜电位与溶液中F -活度的关系，遵循能斯特方程，在25℃时：0.059lg F E K a -=-膜。
测量时以氟电极作指示电极，饱和甘汞电极为参比电极，浸入试液组成工作电池：电池电动势：试pF K a K E F 059.0lg 059.0-'=+'=-实际测定中加入总离子强度调节缓冲溶液（TISAB ）或离子强度调节液（ISA ）。
本实验中加入的TISAB 组成：HAc,NaAc ，柠檬酸钠和大量NaCl ，可以在测量过程中维持离子强度恒定，因此工作电池电动势与F -离子浓度的对数成线性关系：--+=-=F F pc K c K E 059.0lg 059.0本实验采用标准曲线法测定水样中F -离子浓度，即配制成不同浓度的F -离子标准溶液，测定工作电池的电动势，并在同样条件下测得试液的E x ，绘制-F c E lg ~曲线查得未知试液中的F -离子浓度。
氟电极的适用酸度范围为pH=5-7，测定浓度在1-10-6mol.L -1范围内，-F c E lg ~呈线性响应，即其线性范围为1-10-6mol.L -1，电极的检测下限在10-7mol.L -1左右。
本方法不仅可以测定水样中微量氟，也可以用于人指甲、雪和雨水、磷肥厂的废渣、尿液、食品（如大米、小麦、玉米等）等样品中F -离子的测定。
4.氟离子选择性电极法测定自来水中的氟含量
4.氟离子选择性电极法测定自来水中的氟含量氟离子选择性电极法测定自来水中氟离子含量一实验目的1 熟悉仪器的基本操作。
2 掌握氟离子选择性电极法测定水样中氟离子含量的原理。
3 学会以“氟离子选择性电极”为指示电极，测定水样中氟离子含量的测定方法。
二实验原理以氟离子选择性电极（为指示电极）、饱和甘汞电极（为参比电极），与被测溶液组成一个电化学电池。
测定前将总离子强度调节剂TISAB 加入到被测溶液中以保证该溶液的离子强度基本不发生变化。
一定条件下其电池的电动势E 与氟离子活度αF -的对数值成直线关系。
测量时，若指示电极接正极，则()C K E oF 25lg 0592.0'--=α。
当被测溶液的总离子强度不变时，氟离子选择性电极的电极电位与溶液中氟离子浓度的对数呈线性关系，即()C C K E o F 25lg 0592.0'--=。
可用标准曲线法和标准加入法进行测定。
三仪器1 自动电位滴定仪（ZDJ-4A 型）一台2 氟离子选择性电极（PF-1） 1个，指示电极5 容量瓶 50mL ，9个/2个6 分度移液管 1mL 、10 mL 各1个7 移液管 25 mL ，1个8 量筒 10 mL ，1个9 塑料试杯 50 mL ，若干个四试剂1 氟离子标准储备液（100μg/ mL ）：将分析纯的氟化钠于120℃烘干2h ，冷却后准确称取0.2210g 于小烧杯中，用去离子水溶解后转移到1000 mL 容量瓶中，定容摇匀。
转移至聚乙烯塑料瓶中备用。
2 氟离子标准使用液（10μg/ mL ）：准确移取10 mL 氟离子标准储备液定量转移到100 mL 容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，定容摇匀。
3 NaOH 6mol/L4 总离子强度调节剂TISAB 溶液：于1000 mL 烧杯中，加入500 mL 去离子水，随之量取60 mL 冰醋酸倒入其中。
再将称取的NaCl 58g ，及二水柠檬酸钠12g 倒入后，搅拌至完全溶解。
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实验五 氟离子选择性电极测定水样中的微量铝 一、实验目的
1、熟悉DELTA 320型酸度计的使用方法。
2、了解电位测定法的基本原理与应用。
3、掌握氟离子选择性电极法测定铝的基本原理与条件。
二、实验原理
在酸性介质中，F －和Al 3＋形成稳定的配合物,
Al 3＋ + 6F 3-6AlF
恒定F －的浓度时，若加入的Al 3＋浓度不同，则底液中的F －的浓度就会出现相应的变化，因而导致氟电极的响应值(mV)发生改变。
所以，在恒定F －浓度的底液中加入一系列已知浓度的铝标准溶液，并测定在确定实验条件下各溶液对应的电位值，然后，以Al 3＋的加入量(μg·m L -1)对因Al 3＋的加入而引起氟电极响应值的变化值△E (mV)作图[△E ～C (Al 3+)]，经线性拟合后得回归方程。
在相同的实验条件下测定样品水样的电动势，计算相应的△E 值后，根据回归方程即可求得样品中Al 3+的浓度。
测定过程中，溶液酸度、Fe 3＋离子的存在及NaF 的浓度等，都会对测定结果产生影响。
当溶液的pH 值较高时，在LaF 3单晶膜表面会发生如下反应
LaF 3 + 3OH －
La(OH)3 + 3F －
反应释放出的氟离子给测量带来正干扰，且铝离子也会发生水解现象；但若pH 太低，又存在下列平衡
3F － + H +
HF + 2F HF -2
+ F HF -
3
-2HF HF 或的形成又会降低氟离子的浓度。
因此，构建电位测定体系时，须保持
溶液有一定的酸度。
研究发现，在pH = 5的介质中，F －和Al 3＋能形成稳定的配合物，且Al 3＋浓度的变化使氟电极的响应值(mV )发生线性变化。
Fe 3＋由于会与F －形成3-6FeF 配离子而影响测定。
为消除Fe 3＋对Al 3+测定的干扰，可加入0.5 mL 1mol·L -1 的抗坏血酸(Vc)进行掩蔽；NaF 的浓度大小会对△E ～
C(Al3+)的线性关系产生一定的影响，实验证明，NaF离子的适宜浓度为 6.00 μg·mL-1。
三、仪器及试剂
1、仪器
DELTA 320型酸度计；磁力搅拌器；
pF-1型氟离子选择性电极；802C型饱和甘汞电极；
聚四氟乙烯烧杯6只；50 mL容量瓶8只。
2、试剂
铝标准储备溶液(1 mg·mL-1)：准确称取1.0000 g高纯铝于小烧杯中，加入25 mL 6 mol/L盐酸，静置使之溶解后，定量转入1000 mL容量瓶并稀释至刻度,使用时稀释至50μg·m L-1；
氟化钠标准储备液(7.5000 mg·mL-1)：准确称取7.5000 g氟化钠，溶于水后稀释至1000 mL，贮于塑料瓶中；
抗坏血酸(Vc，1.0 mol·L-1)：称取17.6 g抗坏血酸，溶解后定量转入100 mL 的容量瓶中并稀释至刻度；
HAc－NaAc缓冲溶液(pH = 5)：称取51 g无水NaAc于烧杯中，加入7.6 mL 冰乙酸，加水溶解后并稀释至250 mL。
合成水样。
四、实验步骤
1、标准使用液的配制
⑴铝标准使用液(50 μg·mL-1)：准确移取2.50 mL铝标准储备液于50 mL容量瓶中，用水稀释至刻度；
⑵氟化钠标准使用液(150 μg·mL-1)：准确移取1.0 mL氟化钠标准储备液于
50 mL容量瓶中，用水稀释至刻度后转入塑料试剂瓶；
2、标准曲线的制作
取6只50 mL容量瓶，各加入2 mL氟化钠标准使用液、0.5 mL抗坏血酸及10 mL pH=5的缓冲溶液，并依次加入0、1、2、3、4、5 mL的铝标准使用液，用水稀释至刻度定容后，配得底液中NaF离子浓度为6.00 μg·mL-1，铝的浓度分别为0～5 μg·mL-1的标准系列。
分别将标准溶液倒入100 mL聚四氟乙烯烧杯，把氟离子选择性电极与参比电极浸入溶液中，开动磁力搅拌器，读取1分钟时溶液的mV值，并按下表记录实验数据。
用Origin软件，以△E对C(Al3+)作图并作线性回归，得到回归方程，记录线性相关系数r的值。
3、水样中铝的测定
吸取10 mL水样于50 mL容量瓶中，依次加入2 mL氟化钠标准使用液、0.5 mL抗坏血酸及10 mL pH = 5的缓冲溶液，在同样的实验条件下，测得水样的电动势，求得电动势差值(△E)后，代入回归方程中计算铝的含量，以μg·mL-1来表征。
五、数据处理
实验数据记录表
六、思考题
1、抗坏血酸加入的目的是什么？如果不加会对分析结果带来正误差还是负误差？
2、溶液酸度的高低，会对铝的测定产生什么影响？
3、实验中为什么要使用聚四氟乙烯烧杯？。