实验十四水中微量氟的测定(3学时)(精)

实验十四 水中微量氟的测定（3学时）

一、实验目的

1.了解用氟离子选择电极测定水中微量氟的原理和方法。

2.了解总离子强度调节缓冲溶液的意义和作用。

3.掌握用标准曲线法测定水中微量氟的方法

二、实验原理

离子选择电极是一种化学传感器，它将溶液中特定离子的活度转换成相应的电势。氟离子选择性电极(简称氟电极)是对溶液中的氟离子有专属性的离子选择电极。氟电极由LaF 3单晶敏感电极薄膜、Ag －AgCl 内参比电极和0.1 mol·L －1NaCl —0.1 mol·L －1NaF 内参比溶液组成，其基本构造如图7—1所示。

测定F －

浓度的方法与测定 pH 值的方法相似。当氟电极(指示电极)与饱和甘汞电极(参比电极)插入被测溶液中组成原电池时，其电池的电动势ε与F －离子活度的对数值成直线关系： -=F lg K εa F

2.303RT - 式中K 值为包括内外参比电极的电势、液接电势等的常数。通过测量电池电动势可以测定F －

离子的活度。当溶液的总离子强度不变时，离子的活度系数为一定值，则： -'=F lgC K εF 2.303RT -

ε与F －离子的浓度C F －的对数值成直线关系。因此，为了测定F －

离子的浓度，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作总离子强度调节缓冲溶液(TISAB )，使它们的总离子强度相同，并起到控制酸度和掩蔽干扰离子等作用。

氟电极只对游离的F －离子有响应。在酸性溶液中，H ＋离子与部分F －离子形成HF 或HF 2－，会降低F －离子的浓度。在碱性溶液中，LaF 3薄膜与OH －离子发生交换作用而使溶液中F －离子浓度增加。因此溶液的酸度对测定有影响，氟电极适宜于测定的 pH 范围为5～7。此外，能与F －离子生成稳定配合物或难溶沉淀的元素，如Al 、Fe 、Ca 、Mg 、稀土元素等会干扰测定，通常在测定时加入掩蔽剂(如柠檬酸、EDTA 等)掩蔽。

F －离子浓度在10－1～10－6mol·L －1(F －)范围内时，电动势ε与pF (F －离子浓度的负对数)成直线关系，可用标准曲线法进行测定。

三、仪器和试剂

(－)仪器

PHD－1B型数字酸度计或PHS－2型酸度计，PF－1型氟电极，232型饱和甘汞电极，电磁搅拌器，50mL塑料烧杯2只，50mL容量瓶5只，5mL和10mL的吸量管。

(二)试剂

(1)0.1mol·L－1NaF标准溶液：将分析纯的NaF在120℃烘干2h，冷却后准确称取4.1988g于小烧杯中，用蒸馏水溶解后定量转移到1000mL容量瓶中，定容，摇匀。然后储存于聚乙烯瓶中，备用。

(2)总离子强度调节缓冲溶液（TISAB）：于1000rnl烧杯中，加入500mL蒸馏水和57mL冰醋酸、58gNaCl、12g柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)，搅拌至溶解。将烧杯放在冷水浴中，缓缓加入6mol·L－1NaOH溶液，直到pH在5.5～6.5之间（约125mL），冷至室温，转入1000mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

四、实验内容

(－)氟电极的准备

氟电极使用前应在蒸馏水中浸泡数小时或过液，或在10－3mol·L－1NaF溶液中浸泡1～2h，再用蒸馏水洗到空白电势①为320mV左右。电极晶片勿与坚硬物碰擦，晶片上如沾有油污，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，应清洗至空白电势值后，风干，按要求保存。为防止晶片内侧附着气泡而使电路不通，在电极第一次使用前或测量后，可让晶片朝下，轻击电极杆，以排除晶片上可能附着的气泡。

图7－1 氟电极基本构造示意图图7－2 离子选择电极测量装置示意图

1.塑料管

2.Ag—AgCl内参比电极 1.离子电极 2.参比电极3．塑料烧杯

3.内参比溶液

F3晶体 4.搅拌棒

5.电磁搅拌器

(二)标准曲线的绘制

取5个50mL 容量瓶并编号，用吸量管移取 5.00mL0.1mol·L －

1NaF 标准溶液和10mL TISAB 溶液于第1号容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，得10－2mol·L －

1NaF 标准溶液。然后取5.00mL 10－2mol·L －

1NaF 标准溶液于第2号容量瓶中，加入9mL TISAB 溶液，用水稀释至刻度，摇匀，得10－3mol·L －

1NaF 标准溶液。类似地，逐级稀释得到一组浓度为10－2mol·L －1、10－3mol·L －1、10－4mol·L －1、10－5mol·L －1、10－6mol·L －

1NaF 的标准溶液。

用滤纸吸去悬挂在电极上的水滴，将标准系列溶液由低浓度．．．到高浓度．．．依次转移到50mL 的塑料烧杯中，放入搅拌棒，插入氟电极和饱和甘汞电极，并按图7－2连接好，在电磁搅拌器搅拌②

3min 后，停止搅拌，读取并记录电池电动势，每隔半分钟读取1次，直到3min 内不变为止③。每次更换溶液时，都必须用滤纸吸干电极上吸附着的溶液再进行下一种溶液的测定。在普通坐标纸绘制ε—pF 图，即得标准曲线。

(三)水样的测定

取水样25.00mL 于50mL 容量瓶中，加入10mL TISAB 溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。 将氟电极用蒸馏水清洗到与起始空白电势值(约320mV )相近后，用滤纸吸去电极上的水珠，并把电极插入待测水样中，在与标准曲线相同的条件下测定其电动势ε值。从标准曲线上查出所测水样中所含F －的浓度-F C ，按下式计算水样中的含氟量（mg ·L －1）。

25501000M C L mg F F 1⨯⨯⨯=⋅--）氟含量（ 式中：M F 为F 的摩尔质量；25

50为稀释倍数。

注 释

①氟电极的空白电势，即电极在不含F －

离子的蒸馏水中的电势，约为320mV 。

②用磁力搅拌器搅拌时，试样与标准溶液搅拌速度应相等。

③电势平衡时间随F －离子浓度减小而延长。在同一数量级内测定水样，一般在几分钟内可达平衡，在测定中，待平衡电势在3min 内无明显变化即可。达到平衡电势所需时间还与电极状态、溶液温度等有关。 思考题

1．用氟电极测定F －离子浓度的原理是什么？

2．用氟电极测得的是F －离子的浓度还是活度？若要测定F －离子的浓度，应该怎么办？

3．氟电极在使用前应该怎样处理？达到什么要求？

4．总离子强度调节缓冲溶液应包含哪些组分？各组分的作用如何？

5．测量F －标准系列溶液的电势值时，为什么测定顺序要从低含量到高含量？

6．盛NaF 标准溶液为什么最好用聚乙烯塑料烧杯？