氟离子选择电极法测定氟离子的实验报告

分析化学实验报告题目:氟离子选择电极法测定氟离子

院系：化学化工学院

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2015年10月26日

离子选择电极法测定氟离子

一、实验目的

1.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；

2.掌握离子计的使用方法。

二、实验原理

1.氟离子选择电极的构造

单晶（掺入微量氟化铕Ⅱ以增加导电性）封在塑料管的一端，管内装将LaF

3

0.1mol/L NaF和0.1 mol/L NaCl溶液，以Ag-AgCl电极为内参比电极，构成氟离子选择电极。

测定水样时，以氟离子选择电极作指示剂，以饱和甘汞电极做参比电极，组成测量电池为：

忽略液接电势：E=b-0.0592lgαF-

即E与αF-的对数成正比。氟离子选择电极一般在1-10-6mol/l范围内符合能斯特方程。

2.自来水中氟离子测定的实验条件

①氟离子选择电极具有较好的选择性。常见的阴离子NO3- 、SO4-、PO4-、Ac-、CL -、Br-、I -、HCO3-

等不干扰，主要干扰物质是OH-。产生干扰的原因，很可能是由于在膜表面发生如下反应：

LaF3 + 3OH-═La(OH)3 + 3F-

产物F-因电极本身影响造成干扰，使得测量浓度偏小。而在较高的酸度时由于形成HF-2而使得F-离子活度降低，因此测定时需控制试液PH在5~6之间。

②控制试液离子强度（加入大量电解质如氯化钠等作为掩蔽剂控制离子强度。原因是：F-与Fe3+，Al3+易形成稳定配合物使氟离子浓度降低。）

综上所述：用氟离子选择电极测定氟离子时，应加入总离子强度调节缓冲溶液（TISAB），以控制试液pH和离子强度以消除干扰。

3.实验意义

氟化物在自然界广泛存在，又是人体正常的组织之一，人每日从食物中以及饮食中获取一定量的氟离子。摄入过量的氟离子，对人体有害，可导致急性，慢性中毒(慢性中毒表现为如氟牙斑釉和氟骨症)。综合考虑饮用水中氟含量对牙齿的轻度影响，以及对我国广大的高氟区饮水进行除氟或更换水源所负的经济代价，1976年，我国颁布的《生活饮水卫生标准》规定饮用水中氟离子含量不超过1mg/L.

4.总离子强度缓冲剂

组成：乙酸钠-乙酸、柠檬酸钠、氯化钠

作用：控制试液PH、消除干扰、控制离子浓度

三、实验仪器与试剂

实验仪器：离子计、氟离子选择电极、饱和甘汞电极、电磁搅拌器、100mL容量瓶7只、100mL烧杯2个、10mL移液管。

实验试剂：0.1000moL/L F-标准溶液、TISAB（总离子强度调节缓冲溶液）

四、实验步骤

1.氟离子选择电极的准备（活化）

使用前在1×10-4mol/L的氟离子溶液中浸泡30min ，使用时，先用去离子水冲洗干净，直至侧得纯水的电位为300mV左右。

2.线性范围及能斯特方程斜率的测量

•配制1.00×10-2、1.00×10-3、1.00×10-4、1.00×10-5、1.00×10-6（mol/L）的氟离子溶液。

•将适量的氟离子标准溶液分别倒入5只塑料烧杯中，放入洗干净擦干的磁子，插入电极，进行测量。当仪器指针不再移动或数字显示在正负1mV内，记录电位值，测其余溶液。

3.氟离子含量的测定

•取自来水样

•标准曲线法：吸取水样50.0ml于100ml容量瓶中，加入TISAB 10ml。用去离子水稀释至标线，摇匀。倒适量于烧杯中，测量并记录电位E1。平行测量三次。•标准加入法：在上述液中加入1.00ml 1.00×10-3mol/L氟离子溶液，测量其电位并记录E2。平行测量三次。

五、实验数据处理

1.绘制标准曲线

确定该氟离子选择电极的线性范围及实际能斯特响应斜率。并从标准曲线，

)，计算出试样中氟含量。

查出被测试液F-浓度（c

x

工作曲线的绘制：

2.由标准加入法测得的结果，计算出试样中氟含量。

试样 1 2 3 ⎺x s s r

数据238.4mV 238.4mV 238.3mV 238.37mV 0.0577 0.0242％

由上图，可得出氟离子选择电极的线性范围为10-2-10-6mol/L，实际能斯特响应斜率为-55.21；未知液E值为238.37mV，由线性方程E=-55.21logαF- -0.14可得出：

C x=10-4.32mol/L=4.79*10-5 mol/L

C F-=2C x=2*4.79*10-5 mol/L=9.57*10-5 mol/L

查表可知，t0.90,2=2.92 t0.95,2=4.30, 根据μ=⎺x±t p,f(s/√n)得

在90％置信度下，μ=238.37±0.10 mol/L

在95％置信度下，μ=238.37±0.14 mol/L

3.标准加入法：

所测得的加入了F-标准溶液的溶液的电势：

试样 1 2 3 ⎺x s s r

数据235.6mV 235.6mV 235.6mV 235.6mV 0.0 0.0％

ΔE=（235.6-238.37）mV= -2.77mVΔC=1*10-3/100=10-5 mol/L

S=-55.21

C x = 10-5/ (10-2.77/-55.21-1) mol/L= 8.17*10-5mol/L

C F-=2C x=2*19*106*8.17*10-5 mg/L= 3104.6 mg/L

六、实验注意事项

1. 通常由稀至浓分别进行测量。

2. 若水样中氟离子含量较低，则可用其他含氟离子溶液作标准加入法。

3. 用氟离子选择电极法测定自来水中氟离子含量时，加入掩蔽剂TISAB。

七、实验反思

1.在测定电位时，应打开搅拌，使分子短时间内扩散完成；

而且每次测定时搅拌的状态应一样，以控制浓度为单一变量。

2.读数时应该等数据显示稳定后在读，因为我们用的那台仪器过敏感，有人动桌子或说活都会影响数据进行跳动，所以数据误差略大，有一点偏离中心。

3.在数据处理过程中加深了我们对标准曲线法的理解。

八、实验拓展

本实验采用的离子选择电极法，是70年代发展起来的技术，国际纯粹化学与应用化学协会给它的定义是：“离子选择电极是一类化学传感器，它的电位对溶液中给定的离子的活度的对数呈线性关系。”它主要的应用依赖能斯特方程式，相比于其他分析方法，其优势在于：

1．操作方便，迅速，不损及试液体系，也适于一些不宜用其他方法分析的样品，如有色或混浊样品等。

2．仪器比较简单，轻便。

3．较易用于流动监测和自动化检测。

4．电极直接响应的是离子活度，不是浓度，故对生物，医学，化学更适合，尤其是现在微电是样儿技术的发展，使得在细胞内检测也已成为可能。

氟是卤族元素中原子序数最小的一个元素，氟主要是以萤虫CaF2、氟磷酸钙Ca10F2(PO4)6、冰晶石Na3AlF6化合物的形式存在于自然界中，氟在地壳中的含量为0.065%～0.09%。地下水与这些矿物接触后将溶入氟的化合物，使地下水中含有一定量的氟，地面水中的氟含量较低，大约为0.01～0.3mg/L。