离子选择性电极法测定水中氟离子

离子选择性电极法测定水中氟离子

一、实验目的

1、了解电位分析法的基本原理。

2、掌握电位分析法的操作过程。

3、掌握用标准曲线法测定水中微量氟离子的方法。

4、了解总离子强度调节液的意义和作用。

二、实验原理

氟的含量是环境监测中一个重要指标。氟化物的人工污染来源为矿山开采及金属冶炼、工业生产如炼铝、玻璃、陶瓷、钢铁、磷肥，搪瓷等的废水废气。水中氟离子浓度超过 1.5mg/L 时, 可发生氟中毒, 另一方面, 饮水中含氟量低于0.5mg/L, 会增加患龋齿的几率。

一般氟测定最方便、灵敏的方法是氟离子选择电极。氟离子选择电极的敏感膜由LaF 3单晶片制成，为改善导电性能，晶体中还掺杂了少量0．1％～0．5％的EuF 2和1％～5％的CaF 2。膜导电由离子半径较小、带电荷较少的晶体离子氟离子来担任。Eu 2+、Ca 2+代替了晶格点阵中的La 3+，形成了较多空的氟离子点阵，降低了晶体膜的电阻。

将氟离子选择电极插入待测溶液中，待测离子可以吸附在膜表面，它与膜上相同离子交换，并通过扩散进入膜相。膜相中存在的晶体缺陷，产生的离子也可以扩散进入溶液相，这样在晶体膜与溶液界面上建立了双电层结构，产生相界电位，氟离子活度的变化符合能斯特方程：

--=F a F

RT K E lg 303.2

氟离子选择电极对氟离子有良好的选择性，一般阴离子，除OH -外，均不干扰电极对氟离子的响应。氟离子选择电极的适宜pH 范围为5-7。一般氟离子电极的测定范围为10-6~10-1mol ／L 。水中氟离子浓度一般为10-5mol ／L 。

在测定中为了将活度和浓度联系起来，必须控制离子强度，为此，应该加入惰性电解质(如KNO 3)。一般将含有惰性电解质的溶液称为总离子强度调节液(total Ionic strength adjustment buffer ，TISAB)。对氟离子选择电极来说，它由KNO 3、NaAc-HAc 缓冲液、柠檬酸钾组成，控制pH 为5.5。

离子选择电极的测定体系由离子选择电极和参比电极构成(图1)。用离子选择电极测定离子浓度有两种基本方法。方法一：标准曲线法。先测定已知离子浓度的标准溶液的电位E ，以电位E 对lgc 作一工作曲线，由测得的未知样品的电位值，在E-lgc 曲线上求出分析物的浓度。方法二：标准加人法。首先测定待分析物的电位E1，然后加人已知浓度的分析物，记录电位E2，通过能斯特方程，由电位E1和E2可以求出待分析物的浓度。本实验测定氟离子采用标准曲线法。

图1氟离子选择电极分析装置

三、仪器与试剂

氟离子选择电极一支；饱和甘汞电极一支；PHS-3型酸度计；78—1型电磁搅拌器一台。100mL烧杯10个，50mL 容量瓶10个，25mL 移液管、10mL移液管，1mL 和10mL有分刻度的移液管各一支，100mL容量瓶一个。

NaF(基准试剂)；KNO3(分析纯)；NaAc(分析纯)；HAc(分析纯)；柠檬酸(分析纯)；NaOH(分析纯)。

氟标准溶液1g／L：称取于120°C 干燥2小时并冷却的NaF 2.21g溶于去离子水中，而后转移至1000 mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，保存在聚乙烯塑料瓶中备用。

氟标准溶液10mg／L：移取1g／L 氟离子标准溶液1mL稀释到100mL。实验前随配随用，用完倒掉洗净容量瓶。

TISAB溶液：在1000 mL烧杯中加入500 mL去离子水，再加入57 mL冰醋酸、58 g NaCl、12 g柠檬酸钠，搅拌使之溶解，然后缓慢加入6 mol／L NaOH 溶液，直至pH在5．0～5．5之间(约125 mL，用精密试纸检查)，冷至室温，转移溶液到1000mL容量瓶中，用去离子水稀释到刻度，摇匀，备用。

四、实验步骤

1、氟离子电极的准备

氟离子电极在使用前，宜在纯水中浸泡数小时或过夜，或在10-3mol/L NaF 溶液中浸泡1-2小时，再用去离子水洗到空白电位为300mv左右。电极晶片勿与坚硬物碰擦，晶片上如有油污，用脱脂棉依次以酒精、丙酮轻拭，再用去离子水洗净。连续使用期间的间隙内，可浸泡在水中，长期不用，则风干后保存。

2、预热仪器约30min, 接入氟电极与参比电极。

3、标准曲线法测氟离子浓度

（1）氟离子标准溶液的配制

用吸量管分别吸取含F-为100 mg／L的标准溶液0.00mL，0.50 mL，1.00 mL，2.00 mL，4.00 mL，6.00 mL，10.00 mL，分别放入50 mL容量瓶中，再分别移取10．0mLTISAB于上述容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀，即得到氟离子标准溶液系列。

(2) 将标准系列溶液由低浓度到高浓度依次转入塑料烧杯中, 放入磁搅拌子,插入氟电极和参比电极, 搅拌2min, 静置1min, 待电位稳定后读数，记录电位值E。以测得的毫伏数为纵坐标，以F- 浓度为横坐标做标准曲线。

(3) 水中F- 浓度的测定。准确量取25.00mL自来水于50mL容量瓶中，再分别移取10.00mL TISAB溶液于上述容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀。与标准曲线相同的条件下测定电位，平行做3次。

五、实验数据及结果

1、绘制氟离子标准溶液的电位E~lgC曲线。

2、根据测得的自来水的电位值，由标准曲线求出氟离子浓度，再换算成自来水中的含氟量，最后氟离子含量以mg／L表示。

六、注意事项

1、电极在使用前应按要求进行活化，洗涤。电极的敏感膜应保持清洁和完好，切勿沾污或受到机械损伤。

2、固态膜电极钝化后，用M5（0.6）#金相砂纸抛光，一般可恢复原来的性能。

3、测定时应按溶液从稀到浓的次序进行。每测试完一个溶液后，用去离子水清洗氟离子选择电极。在浓溶液中测定后应立即用去离子水将电极清洗到空白值，再测定稀溶液，否则将严重影响电极寿命和测量准确度（有迟滞效应）。电极也不宜在浓溶液中长时间浸泡，以免影响检出下限。

4.电极使用后，应清洗至其电位为空白电位值，浸泡在去离子水中，长期不用则擦干按要求保存。

七、思考题

1.为什么要从稀到浓测定电位？可以反过来测吗？

2.为什么不能用玻璃烧杯？

3.总离子强度缓冲溶液中各组分作用是什么？可不可以不加？

附PHS-3型酸度计使用方法

1、接上电源，放开测量开关，按下“mv”，键，仪器予热3 0分钟。

2、调节’零点”调节器，使读数在±0000之间。

3、接上离子选择性电极（接负极)和饱和甘汞电极（接正极)

用蒸馏水冲洗电极，用滤纸吸干)。‘

4、电极插入被测溶液内，开动搅拌，将溶液拌均匀。

5、按下测量开关，即可读电位值E，并自动显示极性。