仪器分析实验讲义2011

广东石油化工学院

仪器分析实验（化学技术实验（4））

无机分析教研室与基础化学实验中心合编

2011年春

实验一 离子选择性电极法测定水中氟含量

一、实验目的

(1)掌握离子选择性电极法测定离子含量的原理和方法；

(2)掌握标准曲线法和标准加入法的适用条件；

(3)了解使用总离子强度调节缓冲溶液的意义和作用；

(4)熟悉氟电极和饱和甘汞电极的结构和使用方法；

(5)掌握酸度计的使用方法。

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，氟的含量太低易得龋齿，过高则会发生氟中毒现象，适宜含量为0.5mg ·L -1左右。因此，监测饮用水中氟离子含量至关重要。氟离子选择性电极法已被确定为测定饮用水中氟含量的标准方法。

离子选择性电极是一种电化学传感器，它可将溶液中特定离子的活度转换成相应的电位信号。氟离子选择性电极的敏感膜为LaF 3单晶膜(掺有微量EuF 2，利于导电)，电极管内装有0.1mol ·L -1

NaCl-NaF 组成的内参比溶液，以Ag-AgCl 作内参比电极。当氟离子选择电极(作指示电极)与饱和甘汞电极(参比电极)插入被测溶液中组成工作电池时，电池的电动势正在一定条件下与F -

离子活度的对数值成线性关系： --=F S K E αlg

式中，K 值在一定条件下为常数；S 为电极线性响应斜率(25℃时为0.059V)。当溶液的总离子强度不变时，离子的活度系数为一定值，工作电池电动势与F -离子浓度的对数成线性关系：

--=F c S K E lg '

为了测定F -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以固定各溶液的总离子强度。

试液的pH 对氟电极的电位响应有影响。在酸性溶液中H +离子

与部分F-离子形成HF或HF2-等在氟电极上不响应的形式，从而降低了F-离子的浓度。在碱性溶液中，OH-在氟电极上与F-产生竞争响应，此外OH-也能与CaF

3

晶体膜产生如下反应：

CaF

3+3OH-—→La(OH)

3

+3F-

由此产生的干扰电位响应使测定结果偏高。因此测定需要在pH=5~6的溶液中进行，常用缓冲溶液HOAc-NaOAc来调节。

氟电极的优点是对F- 响应的线性范围宽(1～10-6mol·L-1)，响应快，选择性好。但能与F-生成稳定络合物的阳离子如A13+、Fe3+等以及能与La3+形成络合物的阴离子会干扰测定，通常可用柠檬酸钠、EDTA、磺基水杨酸或磷酸盐等加以掩蔽。

使用氟电极测定溶液中氟离子浓度时，通常是将控制溶液酸度、离子强度的试剂和掩蔽剂结合起来考虑，即使用总离子强度调节缓冲溶液(TISAB)来控制最佳测定条件。本实验的TISAB的组成为NaCl、HOAc-NaOAc和柠檬酸钠。

在本实验中，分别选用了标准曲线法和标准加入法进行定量测定。当待测试样组成已知或较简单时，宜选用标准曲线法，尤其在样品数目较多的例行分析中更能显示出优越性。若对试样组成不甚了解，或样品组成较复杂，配制组成相近的标准系列溶液就有困难。此时为得到较高准确度就应采用标准加入法。同时，该法只需一种标准溶液，操作简便快速。

三、仪器和药品

1、仪器：pHS—3B型酸度计、氟离子选择性电极、饱和甘汞电极、电磁搅拌器。

2、药品：

（1）100 μg·mL-1氟标准溶液：准确称取于120℃干燥2h并冷却的分析纯NaF 0.221g于烧杯中，加入少量水使之溶解并定量地转移至1000mL容量瓶中，稀释定容，摇匀。贮存于塑料瓶中；

（2）10.0 μg·mL-1氟标准溶液：将上述储备液定量稀释10倍；

（3）总离子强度调节缓冲溶液(TISAB)：于1000mL烧杯中加入500mL去离子水，57mL冰乙酸，58gNaCl及12g柠檬酸钠

(Na

3C

6

H

5

O

6

·2H

2

0)，搅拌至溶解。将烧杯置于冷水浴中，缓缓滴加

6mol·L-1NaOH溶液，直至溶液的pH为5.0～5.5(用酸度计测定)，

冷却至室温，转入1000mL容量瓶中，用去离子水稀释定容并摇匀。

四、实验步骤

1、酸度计的调试参阅酸度计的使用方法。

2、标准曲线法

（1）氟标准溶液系列的配制准确移取10.0 μg·mL-1氟标准溶液1.00、4.00、7.00、10.00、13.00mL分别放人5个100mL 容量瓶中，各加入TISAB l0mL，用去离子水稀释定容，摇匀，即得到浓度分别为0.10、0.40、0.70、1.00、1.30 μg·mL-1氟离子的标准溶液。

（2）标准曲线的绘制将上述配好的标准溶液分别倒入50mI 小塑料杯中，将准备好的氟离子选择性电极[注l]和饱和甘汞电极[注2]浸入溶液中[注3]，在电磁搅拌下，读取平衡电位值[注4]。测量的顺序由稀到浓，在转换溶液时，用水冲洗电极，再用滤纸吸去附着溶液。

在普通坐标纸上作E—lgc F-图，即得标准曲线。

（3）试样中氟含量的测定吸取含氟量小于10.0 μg·mL-1的水样50.00mL于100mL容量瓶中，加入10mLTISAB，用去离子水稀释定容，摇匀。

将氟离子选择性电极和饱和甘汞电极置于盛有去离子水的小塑料杯中，用磁子搅拌溶液以清洗电极，直至所测电位与起始的空白电位值接近时，拿出电极。用滤纸吸干电极表面的水，再插入盛有未知水样的塑料杯中，在电磁搅拌下读取平衡电位值E

l

，

根据E

1

从工作曲线上查得氟含量并计算出水样的含氟量(μg·mL-1)。

3、标准加入法