仪分实验-直接电位法测定自来水中F
自来水中含氟量的测定
实验名称：自来水中含氟量的测定—标准曲线法和标准加入法一、实验目的（1）掌握直接电位法的测定原理及实验方法；（2）了解氟离子选择性电极的基本性能及测定方法；（3）正确使用氟离子选择性电极和酸度计。
二、实验原理氟离子选择电极是一种由LaF3单晶制成的电化学传感器。
将氟离子选择电极和参比电极（饱和甘汞电极）插入试液中，由于氟电极对氟离子活度有响应，它的电极电位与氟离子活度的大小有关，而参比电极电势则保持衡定，所以通过测定这两个电极间的电位差可确定溶液氟离子活度的大小。
用氟电极测定氟离子时，最适宜的pH范围为5.5~6.5。
Fe3+，Al3+等离子能与试液中的氟离子生成配合物对测定有干扰，加入大量的柠檬酸，可以消除干扰。
用离子选择电极测量的是溶液中离子的活度而不是浓度，因此必须使试液和标准溶液的离子强度相同，本实验中加入总离子强度调节剂来达到基本固定离子强度。
控制溶液pH及配合物溶液中的Fe3+，Al3+等干扰离子的目的。
即当控制测定体系的离子强度为一定值时，电池的电动势与氟离子浓度的对数值呈线性关系。
通过以E对lg[F]绘制标准曲线图及一次标准加入法，从而求得未知液中的氟离子含量。
测定的基本装置如图表示。
图1 测定氟离子选择性电极电位实验装置图三、仪器与试剂1、pHS－3C型酸度计。
2、氟离子选择性电极。
3、饱和甘汞电极。
4、电磁搅拌器。
5、10 ug.mL-1 F-的标准溶液。
6、总离子强度缓冲溶液（TISAB溶液）。
四实验步骤1．氟离子选择性电极的准备接通仪器电源，预热20 min，校正仪器，调仪器零点。
氟电极接通仪器负极接线柱，甘汞电极接仪器正极接线柱。
将两电极插入蒸馏水，开动搅拌器，使电位值小于-360 mV。
2. 标准曲线的制作分别吸取10 ug.mL-1 F-的标准溶液0.50、1.00、3.00、5.00、10.00 mL于50 mL 容量瓶中，加入10 mL TISAB溶液，用去离子水稀释至刻度。
直接电位法测水中微量氟离子
氟离子选择性电极测量水中氟一、原理将氟离子选择电极和外参比电极（如甘汞电极）浸入欲测含氟溶液，构成原电池。
该原电池的电动势与氟离子活度的对数呈线性关系，故通过测量电极与已知F—浓度溶液组成的原电池电动势和电极与待测F-浓度溶液组成原电池的电动势，即可计算出待测水样中F—浓度。
常用定量方法是标准曲线法和标准加入法。
对于污染严重的生活污水和工业废水，以及含氟硼酸盐的水样均要进行蒸馏。
二、仪器1．氟离子选择性电极。
2．饱和甘汞电极或银-氯化银电极。
3．离子活度计或pH计，精确到0.1mV。
（方舟科技PHS-4C+，PXJ-1C+）4．磁力搅拌器、聚乙烯或聚四氟乙烯包裹的搅拌子。
5．聚乙烯杯：100mL，150mL。
6．其他通常用的实验室设备。
三、试剂所用水为去离子水或无氟蒸馏水。
1．氟化物标准贮备液：称取0.2210g基准氟化钠（NaF）（预先于105—110℃烘干2h，或者于500-650℃烘干约40min，冷却），用水溶解后转入1000mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀。
贮存在聚乙烯瓶中。
此溶液每毫升含氟离子100ug。
2．氟化物标准溶液：用无分度吸管吸取氟化钠标准贮备液10.00mL，注入100mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀。
此溶液每毫升含氟离子10ug。
3．乙酸钠溶液：称取15g乙酸钠（CH3COONa）溶于水，并稀释至100mL。
4．总离子强度调节缓冲溶液（TISAB）：称取58.8g二水合柠檬酸钠和85g硝酸钠，加水溶解，用盐酸调节pH至5-6，转入1000mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀。
5．2mol/L盐酸溶液。
四、测定步骤1仪器准备和操作按照所用测量仪器和电极使用说明，首先接好线路，将各开关置于“关”的位置，开启电源开关，预热15min，以后操作按说明书要求进行。
测定前，试液应达到室温，并与标准溶液温度一致（温差不得超过±1℃）。
2．标准加入法取10mL水样于100mL干燥烧杯中，加入25.00mL总离子强度调节缓冲溶液，测定其电位值，然后逐次向烧杯中加入0.5mL氟标准溶液（10ug/mL），共加四次，每加一次，记录其电位值。
氟离子选择电极测定饮用水中的氟
图5-1 氟离子电极示意图 1.0.1mol/LNaF,0.1mol/L,NaCl 内充液2.Ag-AgCl 内参比电极氟离子选择电极测定饮用水中的氟一、实验目的1、了解离子选择电极的主要特性，掌握离子选择电极法测定的原理、方法及实验操作。
2、了解总离子强度调节缓冲液的意义和作用。
3、掌握用标准曲线法、标准加入法和Gran 作图法测定未知物浓度。
二、方法原理氟离子选择电极（简称氟电极）是晶体膜电极，见示意图5-1。
它的敏感膜是由难溶盐LaF 3单晶（定向掺杂EuF 2）薄片制成，电极管内装有0.1mol •L -1NaF 和0.1mol.L -1NaCl 组成的内充液，浸入一根Ag-AgCl 内参比电极。
测定时，氟电极、饱和甘汞电极（外参比电极）和含氟试液组成下列电池：氟离子选择电极 | F －试液（c ＝x ）║饱和甘汞电极一般离子计上氟电极接（-），饱和甘汞电极（SCE ）接（+），测得电池的电位差为： j a AgCl Ag SCE E ϕϕϕϕϕ++--=-膜电池 （5.1）在一定的实验条件下（如溶液的离子强度，温度等），外参比电极电位ϕSCE 、活度系数、内参比电极电位ϕAg-AgCl 、氟电极的不对称电位ϕa 以及液接电位ϕj 等都可以作为常数处理。
而氟电极的膜电位ϕ膜与F －活度的关系符合Nernst 公式，因此上述电池的电位差E 电池与试液中氟离子浓度的对数呈线性关系，即 -+=F a FRT K E log 303.2电池 (5.2) 因此，可以用直接电位法测定F －的浓度。
式（2）中K 为常数，R 为摩尔气体常数8.314J ·mol -1·K －1，T 为热力学温度，F 为法拉第常数96485C ·mol －1。
当有共存离子时，可用电位选择性系数来表征共存离子对响应离子的干扰程度： )log(303.2/,m z j Pot j i i a K a zFRT k E ++=电池 （5.3） 本实验用标准工作曲线法、标准加入法测定水中氟离子的含量。
仪器分析实验-氟离子选择电极测定天然水中氟离子含量
仪器分析实验氟离子选择电极测定天然水中氟离子含量2017 年 5 月 12日氟离子选择电极测定天然水中氟离子含量许诗赫 PB14007321【实验目的】1、熟悉电位法的基本原理和一般分析方法；2、了解离子计的结构并掌握其基本操作技术；3、了解氟离子选择电极的基本功能，掌握离子计的使用方法。
【基本原理】0原理概述：氟离子选择电极对F－有选择性响应，并且在一定条件下，电池电势与试液中的氟离子浓度的对数呈线性关系。
通过氟离子选择电极可以定量测出自来水中的氟离子浓度。
0氟离子选择电极：电极底部敏感膜由LaF3单晶片制成，单晶中常加入少量的EuF2以增加其导电性，当电极插入含有F－的溶液时，F－在敏感膜与溶液界面扩散及在晶格的空穴中移动产生膜电位，电极电位的能斯特方程为：E F−= k −2.303RTF lg a F−=k−s lg a F−（k 为常数；s=2.303RTF为电极的斜率）实际测量时，F－选择电极与一支参比电极（如饱和甘汞电极）一同插入被测溶液中组成测量电池，电池的图解表示式为：氟离子选择电极︱试液（c=x）︱饱和甘汞电极（SCE）该电池的电池电势为：E = E SCE− E F−= E SCE− k s+lg a F−将E SCE和k合并，用E0表示有：E = E0+s lg a F−当溶液中加入较高浓度的TISAB溶液（总离子强度调节缓冲液）以维持恒定的离子强度时，可改写为：,E = E0+s lg c F−,25℃时，电池电势E为：E=E0+ 0.0592 lg c F−可见，在一定条件下，电池电势与试液中的氟离子浓度的对数呈线性关系。
0可以采用的实验方法：工作曲线法、标准加入法、仪器直读等其他方法。
0天然水中的氟离子：一般天然水中氟离子的含量很低。
在河流、湖泊等地表水中氟的含量通常为百分之几至十分之几毫克/升，而在地下水中氟含量则在1mg/L左右，在某些矿泉水中可能有更高的含量。
仪器分析实验二用氟离子选择性电极测定水中微量F-离子
9408 离子选择电极法测定水中氟的含量.doc实验十二离子选择电极法测定水中氟的含量；一、目的要求；1、掌握电位法的测定原理和方法；2、学会正确使用；自从氟离子选择电极问世以来，用该电极直接电位法测；图1氟离子选择电极结构简图；以氟电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极，插入；氟离子选择电极│F－试液│饱和甘汞电极；当试液的离子强度为定值时，电池的电动势E 与F－试；2.303RT；E?K?lgCF?；F实验十二离子选择电极法测定水中氟的含量一、目的要求1、掌握电位法的测定原理和方法；2、学会正确使用氟离子选择电极。
二、方法原理自从氟离子选择电极问世以来，用该电极直接电位法测定各种水样中的氟便是一种普遍、方便和准确的方法。
氟离子选择电极简称为氟电极，其敏感膜是LaF3单晶(结构简图见图1)。
图1 氟离子选择电极结构简图以氟电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极，插入试液中，组成一个测量电池：氟离子选择电极│F－试液│饱和甘汞电极当试液的离子强度为定值时，电池的电动势E与F－试液的浓度CF－有确定的关系：2.303RTE?K?lgCF?FE与lgCF?成线性关系，因此可以用直接电位法测定F －的浓度。
当氟电极插入到F-溶液中时，F-在晶体膜表面进行交换。
25℃时： E = K - 0.059 lgaF- = K + 0.059 pF离子选择性电极测量的是溶液中的离子活度，通常定量分析需要测量的是离子的浓度，不是活度，所以必须控制试液的离子强度，才可以近似认为测量的是离子浓度。
本实验用标准工作曲线法测定水中氟离子的含量，测量的pH值范围为5.0－6.0，加入含有氯化钠、乙酸及柠檬酸钠的总离子强度调节缓冲剂（TISAB）以控制酸度、保持一定的离子强度和消除干扰离子对测定的影响。
三、仪器与试剂仪器： pH离子计，电磁搅拌器；氟离子选择电极和饱和甘汞电极各一支；玻璃器皿一套。
试剂：0.1000mol/L氟标准溶液：准确称取经105℃下烘2h的NaF4.199g，用二次去离子水溶解后定容于1L容量瓶中，贮存于聚乙烯瓶中备用。
电位法测自来水中的氟含量3学时
电位法测自来水中的氟含量（3学时）一、目的要求1．掌握直接电位法测定离子活度的原理与方法，学会正确使用数字式离子计。
2．测定氟离子选择电极的检测下限和实际斜率，了解氟离子选择电极的性能。
二、实验原理饮用水中氟含量的高低，对人体健康有一定影响，含量太低时易得龋齿病，含量高时又产生氟中毒现象，一般比较适宜的含量为0.5~1mg/mL，离子选择电极电位法测定氟含量操作简便，干扰少，不必进行预处理，故而已成为氟的常规分析方法。
氟离子选择电极是一种均相晶体膜电极，当它与甘汞参比电极组成电池时：2整个电池的电动势为：E电池=E F-E参(1)甘汞电极电位在测定中保持不变，氟离子选择电极在测定中要随氟离子活度的变化而变化，加入TISAB后：E¯=φ-(2.303RT/F)㏑a F¯（2）将（2）代入(1)，并将常数项合并，可得：E电池=E F¯-E参=K-(2.303RT/F)㏑a F¯（K为常数）（3）由（3）可见，在一定条件下，电池电动势与试液中的氟离子活度的对数呈线性关系。
氟离子选择电极可测定溶液中1~10-6mol/L的F¯。
测定氟含量时，温度、pH值、离子强度、共存离子均要影响测定的准确度。
因此，需向标准溶液和待测试样中加入TISAB。
其中含柠檬酸/柠檬酸钠盐离子强度以缓冲pH值于6.5。
柠檬酸盐还可以消除等对F¯干扰。
KNO3保持离子强度不变。
本实验采用标准曲线法。
三、仪器与试剂PXJ-2离子计（或pH S-3C型酸度计）、氟离子选择电极、甘汞电极、电磁搅拌器、容量瓶、移液管、吸耳球、小烧杯氟化钠标准溶液：0.1000mol/L；TISAB：即总离子强度调节缓冲溶液（溶解58.8g柠檬酸钠和20.2g KNO3于少量水中，加水800mL，用HCl或NaOH调节pH值至6.5，稀释至1L。
）；自来水样。
四、参考步骤1.氟离子选择电极的准备氟离子选择电极在使用前于10-3mol/L的NaF溶液中浸泡活化1—2小时，用蒸馏水清洗电极（其在蒸馏水中的电位值约-300mV）。
电化学实验[方案]
![电化学实验[方案]](https://img.taocdn.com/s3/m/d2a72c07f08583d049649b6648d7c1c708a10bf6.png)
离子选择性电极法测定天然水中的F-一、实验目的1.掌握用直接电位法（氟离子选择性电极）测定F-的实验原理、方法和数据处理方法2.了解总离子强度调节缓冲剂的意义和作用。
二、实验原理氟离子电极与饱和甘汞电极组成原电池：Ag,AgCI│NaF（10-3mol/L）,NaCI（10-1mol/L）│LaF3│F-（试液）│KCI（饱和），Hg2Cl2│HgE（电池）=E（SCE）-E（F-）= E（SCE）-k+ RT/F·lna F- = K+RT/F·lna F-= K+0.059lg a F-=K＇+0.059lgc F-三．主要试剂和仪器总离子强度调节缓冲剂TISAB,氟离子标准溶液: 用0.1000 mol/L的氟化钠溶液逐级稀释成10 -2 mol/L 、10 -3 mol/L 、10 -4 mol/L 、10 -5 mol/L 、10 -6 mol/L 的标准溶液，各溶液中均含有柠檬酸钠缓冲溶液; 酸度计; 氟离子选择性电极.四. 实验步骤1．将氟电极（指示电极）和饱和甘汞电极（参比电极）分别与pH/mV计相连，按下mV键，打开开关预热仪器。
2．清洗电极取去离子水50~60mL于小塑料烧杯中，插入氟电极和饱和甘汞电极，在磁力搅拌器上搅拌2~3分钟，读取mV值，若读数大于-300 mV，则更换去离子水，继续清洗，直到读数小于-300 mV（即接近最大空白值，以保证最好的工作性能）。
3．工作曲线法测定水样中的F-（1）标准溶液的配制及工作曲线的测绘在5只100mL容量瓶中分别配制内含10.0mL TISAB1.000×10-2—1.000×10-6mol/L的F-标准溶液，（如：取10.00mL 0.1000mol/L NaF于100mL容量瓶中，加入10.0 mL TISAB，稀释至刻线并摇匀，得到1.000×10-2mol/LNaF标准溶液。
4实验四 天然水样中F-的测定
实验四 天然水样中F-的测定一、实验目的：掌握直接电位法的测定原理及实验方法，并学会正确使用氟离子选择性电极和酸度计的使用方法。
二、实验原理：饮用水中的氟含量的高低对人体的健康有一定的影响，氟的含量过低易得龋齿，过高则会发生氟中毒现象，适宜的含量为0.5毫克/升左右。
目前测定氟的方法有比色法和电位法。
前者的测量范围较宽，但干扰因素多，往往要对试样进行预处理，后者的测量范围虽然范围不如前者宽，但一般能满足大多数水质分析的要求，而且操作简便，干扰少，样品一般不必进行预处理。
因此，现在电位法测定氟离子以成为常规的分析方法。
本实验中应用氟离子选择性电极、饱和甘汞电极（SCE ）和待测试液组成原电池。
测量的电池电动势E 与氟离子活度符合能斯特方程：2.303lg F R TE KF α-=-其中K 、R 、F 均为常数，若在试液中加入适量的惰性电解质（如硝酸钠等）,使离子强度保持不变，即使离子的活度系数为一常数，则上式中的氟离子活度可用浓度[F -]代替。
25O C 时上式可写作：0.059lg[]E K F -'=- 可见，电动势E 与lg[F -]成线性关系。
因此，只要作出E 对lg[F -]的标准曲线，即可由水样测得的E,从标准曲线求得水样中的氟离子浓度。
此外，还可由格氏(Gran)连续标准加入法求得水样中的氟离子浓度。
（原理从略）。
三、仪器与试剂：1.仪器：PHS-2型酸度计CSB-F-1型氟离子选择性电极饱和甘汞电极磁力搅拌器容量瓶 100mL 7个移液管 50mL 1支吸量管 0.5mL 1支 、10mL 2支聚乙烯烧杯 100mL 7个2.试剂：氟化钠标准溶液，0.100 mol ·L -1：称取4.1988g 氟化钠（G .R ）,以去离子水溶解并稀释至1升，摇匀，储于聚乙烯瓶中备用。
总离子强度调节缓冲液（TISAB ）:取29克硝酸钠和0.2克二水合柠檬酸钠，溶于50毫升1：1（体积）的醋酸与50毫升5mol ·L -1的氢氧化钠的缓冲溶液中，测量该溶液的pH,若不在5.0～5.5内，可用5mol ·L -1的氢氧化钠和65mol ·L -1的盐酸调节至所需范围。
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自来水中含氟量的测定 -- 标准曲线法
指导教师：李 松
一、 电位分析法的基本概念
定义：利用电极电位与组分浓度的关系实现定量测量 原理：两支电极与待测溶液组成工作电池（原电池）
通过测定电动势，获得待测物质的含量
特点：
（1）准确度较高 （2）灵敏度高，10-4～10-8mol/L （3）选择性好（排除干扰） （4）应用广泛 （5）仪器设备简单，易于实现自动化
E b 0.0592 logF-
氟离子选择电极性能
①选择性
阴离子: OH- LaF3 + 3OH- ＝ La(OH)3 + 3F阳离子: F成稳定配 位离子) ② 支持电解质------控制试液的离子强度。 ③ 总离子强度调节缓冲液-----控制试液pH值和 离子强度以及消除干扰。
Nernst方程
E K RT ln a nF
常数 f (a)
Walther Nernst 1864-1941
工作电池的电动势E仅与待测物质的含量(活度a)有关
氟离子选择电极
氟离子选择电极是目前最成熟的一种离子选择 电极。将氟化镧单晶（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 0.1 moL.L-1NaF和0.1 moL.L-1NaCl溶液，以Ag-AgCl电 极为参比电极，构成氟离子选择电极。用氟离子 选择测定水样时，以氟离子选择电极作指示电极， 以饱和甘汞电极作参比电极
实验前准备
1、氟离子选择电极的准备:
(1) 使用前浸泡于10-4 mol/L F-或更低F-溶液 中浸泡活化。
(2) 使用时，先用去离子水吹洗电极，再在 去离子水中洗至电极的纯水电位，一般在 300 mV左右。
2、标准系列溶液配制
在7只250 mL容量瓶中，用移液管分别移取 5.00, 2.50 mL, 0.5, 0.25mL 1.00 g.L-1 F-标准溶 液 于 第 一 只 100 mL 容 量 瓶 中 ， 加 入 TISAB 25.00mL，去离子水稀释至标线，摇匀，配成 20.0, 10.0, 2.00,1.00mg.L-1的 F-标准溶液； 分别取10.0mg.L-1溶液5.0, 2.50, 0.5mL, 再分别 加入TISAB 25mL, 用去离子水稀释至标线， 摇匀, 得 0.20, 0.10, 0.02mg.L-1 F-标准溶液；
全部倒入一烘干的烧杯中，按上述实验方
法测定电位值，记为E1此溶液继续做下一 步实验），平行测定三份。绘制 E-logaF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，查出被测试液F-浓度（cx)，计算出试 样中氟含量。
(3) 、 标准加入法： 在实验（2）测量后，再分别加入1.00 mL 1.00×10-3
组成的测量电池为: 氟离子选择电极︱试液‖SCE
Hg, Hg 2Cl2 KCl(饱和) F试液LaF3 NaF,NaCl,0.1mmol.L1 AgCl, Ag
如果忽略液接电位，电池的电动势为电池 的电动势与试液中氟离子活度的对数成线 性关系，氟离子选择电极一般在1～10-6 mol.L-1范围符合能斯特方程式。
数据记录表
编号
12345678
cF (mg/L) 20 10 2 1 0.2 0.1 0.02 0.01
lncF Es/mv E未-1
E未-2
水样处理：准确吸取自来水样50.0 mL于100 mL容量瓶中，加入TISAB 10.00mL，去离子 水稀释至标线，摇匀。
将适量F-标准溶液（浸没电极即可）分别倒入5只塑料烧杯 中，放入磁性搅拌子，插入氟离子选择电极和饱和甘汞电极， 连接好离子计，开启电磁搅拌器，由稀至浓分别进行测量，在 仪器指针不再移动或数字显示在±1 mV内，读取电位值。再分 别测定其他F-浓度溶液的电位值。
mol.L-1 F-溶液后，再测定其电位值，记为E2。 由标准加入法测得的结果，计算出试样中氟含量
cx
c 10E / S
1
c Vscs 100
cF- 2cx 2 19 106 cx (mg.L1)
电动势测定误差对直接电位法的影响
E k RT ln c nF
dE RT • 1 dc nF c
电位误差为1mV时，Er
一价离子：3.9%, 二价离子：7.8%。 低价离子误差小。
c nF E 39nE
c
RT
25℃/298K时
注意事项和问题
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水中氟离子含量时，加入的 TISAB的组成和作用各是什么？