離子選擇性電極法測定水中微量氟

1、實驗一離子選擇性電極法測定水中微雖氟實驗日期： 同組人： 成績：一、實驗?zāi)康?1) 掌握離子選擇性電極法測定離子含量的原理和方法；(2) 掌握標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法的適用條件；(3) 了解使用總離子強度調(diào)節(jié)緩沖溶液的意義和作用；(4) 熟悉氟電極和飽和甘汞電極的結(jié)構(gòu)和使用方法；(5) 掌握酸度計的使用方法。二、實驗原理飲用水中氟含量的高低對人體健康有一定影響，氟的含量太低易得®I齒，過 高則會發(fā)生氟中蠹現(xiàn)象，適宜含量為 0.5mgL-1左右。因此，監(jiān)測飲用水中氟離 子含量至關(guān)重要。氟離子選擇性電極法已被確定為測定飲用水中氟含量的標(biāo)準(zhǔn)方 法。離子選擇性電極是一種電化學(xué)傳感器，它可將溶液

2、中特定離子的活度轉(zhuǎn)換成 相應(yīng)的電位信號。氟離子選擇性電極的敏感膜為LaF3單晶膜(摻有微量EuF2,利丁導(dǎo)電)，電極管內(nèi)裝有0.1mol L-1 NaCl-NaF組成的內(nèi)參比溶液，以 Ag-AgCl 作內(nèi)參比電極。當(dāng)氟離子選擇電極(作指示電極)與飽和甘汞電極(參比電極)插入 被測溶液中組成工作電池時，電池的電動勢正在一定條件下與 F離子活度的對數(shù) 值成線性關(guān)系：E = K - S lg : F _式中，K值在一定條件下為常數(shù)；S為電極線性響應(yīng)斜率(25 C時為0.059V)。當(dāng) 溶液的總離子強度不變時，離子的活度系數(shù)為一定值，工作電池電動勢與F-離子 濃度的對數(shù)成線性關(guān)系：E =K '

3、-S lg cF _為了測定F-的濃度，常在標(biāo)準(zhǔn)溶液與試樣溶液中同時加入相等的足夠量的惰 性電解質(zhì)以固定各溶液的總離子強度。試液的pH對氟電極的電位響應(yīng)有影響。在酸性溶液中 H離子與部分F-離子 形成HF或HF-等在氟電極上不響應(yīng)的形式，從而降低了 F-離子的濃度。在堿性 溶液中，OHft氟電極上與F-產(chǎn)生競爭響應(yīng)，此外OH&能與CaE晶體膜產(chǎn)生如下 反應(yīng)：CaE+3O -> La(OH)3+3F由此產(chǎn)生的十?dāng)_電位響應(yīng)使測定結(jié)果偏高。因此測定需要在pH=&6的溶液中進行，常用緩沖溶液HOAc-NaOA系調(diào)節(jié)。氟電極的優(yōu)點是對F響應(yīng)的線性范圍寬(110-6mol L-1)，

4、響應(yīng)快，選擇性 好。但能與F-生成穩(wěn)定絡(luò)合物的陽離子如 A13+、Fe3+等以及能與La3+形成絡(luò)合物的 陰離子會十?dāng)_測定，通?？捎脵幟仕徕c、EDTA磺基水楊酸或磷酸鹽等加以掩蔽。使用氟電極測定溶液中氟離子濃度時，通常是將控制溶液酸度、離子強度的 試劑和掩蔽劑結(jié)合起來考慮，即使用總離子強度調(diào)節(jié)緩沖溶液 (TISAB)來控制最 佳測定條件。本實驗的TISAB的組成為NaCl、HOAc-NaOAC檸檬酸鈉。在本實驗中，分別選用了標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法進行定量測定。當(dāng)待測試樣組成已知或較簡單時，宜選用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，尤其在樣品數(shù)目較多的例行分析中 更能顯示出優(yōu)越性。若對試樣組成不其了解，或樣品組成較復(fù)雜

5、，配制組成相近 的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液就有困難。此時為得到較高準(zhǔn)確度就應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)加入法。同時， 該法只需一種標(biāo)準(zhǔn)溶液，操作簡便快速。三、儀器藥品1、儀器：pHA3B型酸度計、氟離子選擇性電極、飽和甘汞電極、電磁攪拌器。2、藥品：(1) 100 11 g - mL1氟標(biāo)準(zhǔn)溶液(2) 10.0 11 g - mL1氟標(biāo)準(zhǔn)溶液(3) 總離子強度調(diào)節(jié)緩沖溶液(TISAB)四、實驗步驟1、標(biāo)準(zhǔn)曲線法(1) 氟標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的配制 準(zhǔn)確移取5.0 g - mL1氟標(biāo)準(zhǔn)溶液1.00、 4.00、7.00、10.00、13.00mL分別放人 5 個 50mL容量瓶中，各加入 TISABl0mL, 用去離子水稀釋定容，搖

6、勻，即得到濃度分別為0.10、0.40、0.70、1.00、1.30 1 g - mL1氟離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液。(2) 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制將上述配好的標(biāo)準(zhǔn)溶液分別倒入 50mI小塑料杯中， 將準(zhǔn)備好的氟離子選擇性電極注l和飽和甘汞電極注2浸入溶液中注3,在電磁攪 拌下，讀取平衡電位值注4。測量的順序由稀到濃，在轉(zhuǎn)換溶液時，用水沖洗電 極，再用濾紙吸去附著溶液。在普通坐標(biāo)紙上作Er- lgc F-圖，即得標(biāo)準(zhǔn)曲線。(3) 試樣中氟含量的測定吸取含氟量小于10.0 11 g mL1的水樣50.00mL 于100mL容量瓶中，加入10mLTISAB用去離子水稀釋定容，搖勻。將氟離子選擇性電極和飽和甘汞電極置丁

7、盛有去離子水的小塑料杯中，用磁子攪拌溶液以活洗電極，直至所測電位與起始的空白電位值接近時，拿出電極。用濾紙吸干電極表面的水，再插入盛有未知水樣的塑料杯中，在電磁攪拌下讀取平衡電位值 E，根據(jù)Ei從工作曲線上查得氟含量并計算出水樣的含氟量(-1、g - mL)。2、標(biāo)準(zhǔn)加入法(1) 準(zhǔn)確吸取50.00mL水樣丁 100mL容量瓶中，再準(zhǔn)確加人1.00mL 100g - mL1氟標(biāo)準(zhǔn)溶液，10mLTISAB并用去離子水稀釋定容，搖勻。(2) 將氟離子選擇性電極和飽和甘汞電極插入盛有上述溶液的小塑料杯中,在電磁攪拌下測其平衡電位值 E,再根據(jù)E1和巳計算出原水樣中的氟含量:CsVsCx =?。?0E

8、2上1-1疽四、數(shù)據(jù)記錄與處理1、標(biāo)準(zhǔn)曲線法(1)標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作F-/ m g.mL-10.10.40.71.01.3E/mV215184171161154在普通坐標(biāo)紙上，以lgcF-為橫坐標(biāo)，電位E為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線-lgcF -E標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖-lgcFE/mV線性(E/mV)(2)未知液分析未知試液的電位Ei= 160 mV 從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出試液氟含量為 1.06p g.mL-1，計算出原水樣的氟含量為2.12 p g.mL-1。2、標(biāo)準(zhǔn)加入法未知試液的電位E= 160 mV加入標(biāo)準(zhǔn)氟溶液未知試液的電位 E2= 142 mV根據(jù)公式計算出試液氟含量為 0.98 g.mL-1,換算成原水

9、樣的氟含量為-1CsVsc =（10x V0E2 E1s1.96 p g.mL。0.160 _0.142_1）=100 * 1.00（10為.059- 1）-=0.98 g.mU1100五、結(jié)果與討論從實驗結(jié)果可以看出通過標(biāo)準(zhǔn)曲線法與標(biāo)準(zhǔn)加入法測得的結(jié)果基本相同，說明本次實驗數(shù)據(jù)可靠，實驗基本成功。該實驗?zāi)芊袢〉贸晒Φ年P(guān)鍵在丁能否準(zhǔn)確 量取、配置好標(biāo)準(zhǔn)溶液與待測溶液，在測量過程中要注意潤洗燒杯，活洗電極。六、思考題(1) 標(biāo)準(zhǔn)加入法為什么要加入比欲測組分濃度大很多的標(biāo)準(zhǔn)溶液？答：因為當(dāng)加入的標(biāo)準(zhǔn)溶液比欲測組分濃度大很多時，加入體積Vs?V0,這樣溶液的活度系數(shù)可以認(rèn)為基本保持不變，即1=2.,

10、游離粒子的摩爾分?jǐn)?shù)也基本保持包定，即X1=X2。這樣不會因為溶液活度系數(shù)的改變而給溶液離子濃度的測定 帶來誤差。(2) 氟電極在使用前應(yīng)該怎樣處理？使用后應(yīng)該怎樣保存？答：使用前須用去離子水活化過夜，或在 10-3mol/L NaF溶液中浸泡1-2h ,再用 去離子水洗至空白電位值為300mv左右方可使用，使用時先洗凈后用濾紙吸去水 分；使用后用水充分洗凈，然后浸泡在水中。長久不用時，應(yīng)風(fēng)干保存。(3) TISAB溶液包含哪些組分？各組分的作用怎樣？答：TISAB主要包含乙酸、NaCl、檸檬酸鈉等。乙酸緩沖溶液調(diào)節(jié)溶液的PH,加入NaCl是為了增強溶液離子強度，從而使離子活度系數(shù)包定。加入檸檬酸進 行掩蔽干擾離子：陰離子，OH-，陽離子，F(xiàn)e3+Al3+、Sn。 氟離子選擇性電極測得的是 F-的濃度還是活度？如果要測定F-的濃度，應(yīng)該 怎么辦？答：氟離子選擇性電極的膜電位所反映的是F的活度而不是濃度。用氟電極測出的只能是F的活度。因為a f= f f - C f,所以只有當(dāng)離子 活度系數(shù)f F一固定不變時，氟電極的膜電位才與 廠的濃度成線性關(guān)系，即 E 膜=K' + 0.059logCF，這里K'是包括了活度系數(shù)f j的