水中氟离子的测定

离子选择性电极法测定水样中氟离子的含量

一、氟元素简介

人体必需的微量元素之一，可以坚固骨骼和牙齿，预防龋齿。

轻度氟中毒症状：氟斑牙，牙齿变黄，变黑。

重度氟中毒症状：氟骨症，骨头变形，丧失劳动和生活自理能力。

二、预备知识

电分析化学（electroanalytical chemistry）是以溶液中物质的电化学性质及变化来进行分析的方法。电化学性质主要包括以电导、电位、电流、电量等电化学参数作为研究对象，从而找出其与被测物质含量间的关系。

电位分析是在零电流条件下测定两电极间的电位差来确定物质浓度或含量的一类方法，它是一种重要的电化学分析法。

三、测定目的

掌握离子选择电极法的测定原理及测定方法

学会正确使用氟离子选择性电极

四、测定原理

氟离子选择性电极是以氟化镧（LaF3）单晶片敏感膜的电位法指示电极，对溶液中的氟离子具有良好的选择性。晶体膜的响应机理一般用晶体离子传导原理及膜表面上相同离子见的扩散作用来解释。

离子在晶体中的导电过程，是借助于晶格缺陷而进行的。挨近缺陷空穴的导电离子，能够运动至空穴中：LaF3＋空穴→LaF2+＋F－由于晶体膜表面不存在离子交换作用，所以电极在使用前不需浸

泡活化，其电位的产生，仅是由于溶液中的待测离子能扩散进入膜相的缺陷空穴，而膜相中的晶格缺陷上的离子也能进入溶液相，因而在两项界面上建立双电层结构而在敏感膜两侧形成膜电位所致。

五、消除干扰

对晶体膜电极的干扰，主要不是由于共存离子进入膜相参与响应，而是来自晶体表面的化学反应，即共存离子与晶格离子形成难溶盐或络合物，从而改变了膜表面的性质。对于氟电极而言，主要的干扰是OH－，这是由于在晶体表面存在下列化学反应：

LaF3（固体）＋3OH－LaOH（固体）＋3 F－

实验表明，电极使用时最适宜的溶液pH范围为5－5.5。

六、定量依据

1. 氟电极与饱和甘汞电极组成的电池可以表示为：

Hg, Hg2Cl2︱KCl(饱和)‖F-试液︱LaF3(10-3mol·L-1), NaF(10-1mol·L-1), NaCl(0.1 mol·L-1) ︱AgCl

2. 电池电动势E与氟离子活度的关系式为

E=K－2.303RT/F·lgaF－=K－0.059 lgaF－(25℃) 3. 其中0.059为25℃时电极的理论响应斜率，其他符号具有通常意义。用离子选择性电极测量的时溶液中离子活度，而通常定量分析需要测量的时离子的浓度，不是活度。所以必须控制试液的离子强度。如果测量试液的离子强度维持一定，则上述方程可表示为：

E=K′－0.059lg[F-] （K′为常数）

4. 电动势E与lg[F-]成线性关系。因此作出E对lg[F-]的标准曲线，

即可由水样测得的E, 从标准曲线上求得水样中氟离子浓度。

七、仪器与试剂

1. 仪器

离子计或pH/mV计（PHS-25型酸度计），电磁搅拌器。

氟离子选择性电极，饱和甘汞电极。

2. 试剂

氟化钠标准溶液，0.100 mol·L-1称取4.1988g氟化钠，用去离子水溶液溶解并稀释至1L，摇匀。储存于聚乙烯瓶中，备用。

总离子强度调解缓冲液（TISAB）:取29g硝酸钠和0.2g二水合柠檬酸钠，溶于50mL11（体积）的醋酸与50 mL 5 mol·L-1氢氧化钠的混合溶液中，测量该溶液的pH，若不在5.0－5.5内，可用

5 mol·L-1氢氧化钠或6mol·L-1盐酸调解至所需范围

八、测定步骤

1. 将氟电极和甘汞电极接好，开通电源，预热

2. 清洗电极：取去离子水50～60mL至100mL的烧杯中，放入搅拌磁子，开启搅拌器，直到读数大于规定值260mV。

3. 标准曲线法

（1）系列标准溶液的配制：准确移取10.00 mL 0.100 mol·L-1 氟化钠标准溶液于100 mL容量瓶中，加入10.0mLTISAB溶液。用去离子水稀释至刻度，摇匀。逐级稀释10－2 mol·L-1，10－3 mol·L-1，10－4 mol·L-1，10－5 mol·L-1，10－6 mol·L-1的标准溶液。稀释时只需9.0 mL TISAB

（2）标准曲线的绘制：由稀到浓的顺序测定。

（3）水样的测定：用移液管移取50.0mL置于100mL干的容量瓶中，加入TISAB溶液10.0 mL，用去离子水稀释至刻度。清洗氟电极，使其在纯水中测得的毫伏数大于空白值。再测未知水样。

九、数据记录及处理

1. 记录E，在坐标纸上绘制E－lg[F－]曲线。

2. 查出未知试样溶液中伏离子浓度[F －]，由下式计算饮用水中氟含量：

WF=[F－]×100/50.0×MF×1000

式中WF为每升饮用水样中氟的毫克数，MF-为氟的原子量。

十、此法的优点

利用氟离子选择电极直接测定氟是一种较成熟的方法,操作简便,设备简单,不需要进行分离处理便可直接测定,同时测量的浓度范围宽,方法的精密度也较高,得到了迅速发展和广泛应用.通过选择合适的总离子强度调节缓冲剂,再加上现代的计算机技术,将使方法的准确度、灵敏度有很大的提高