离子选择性电极物理化学实验

离子选择性电极的制备和应用

一、实验目的

1.了解氯离子选择性电极的基本性能及其测试方法。

2.掌握用氯离子选择性电极测定氯离子浓度的基本原理。

3.掌握氯离子选择性电极的使用方法。

二、预习要求

1.了解氯离子选择性电极测定氯离子浓度的基本原理。

2.了解固定离子强度的意义及方法。

3.了解酸度计的较正及测量直流毫伏值的使用方法。

三、实验原理

离子选择性电极是近年来迅速发展起来的一种新的分析测量工具。利用这一工具，可以通过简单的电势测量直接测定溶液中某一离子的活度。目前，该项技术已广泛应用于海洋、土壤、地质、化工、医学等各个领域中。

图1 氯离子选择性电极结构示意图

本实验所用的电极是把AgCl和Ag2S的沉淀混合物压成膜片，用塑料管作为电极管，并以全固态工艺制成的。其结构如图1所示。

1、电极电位与离子浓度的关系

离子选择性电极是一种以电位响应为基础的电化学敏感元件，将其插入待测液中时，在膜-液界面上产生一特定的电位响应值。电位与离子活度间的关系可用能斯特(Nernst)方程来描述。若以甘汞电极作为参比电极，则有下式成立:

(1)

由于:：(2)

根据路易士经验式:：(3)

可视作定

其中，Ｉ为离子强度。在测定工作中，只要固定离子强度，则

值，所以式(1)可写为：(4)

之间呈线性关系。只要我们测出不同值时的

由上式可知，E与

电位值E，作E—

子选择性电极的测量范围约为10-1mol／dm3～10-5mol／dm3。

2、离子选择性电极的选择性及选择系数

离子选择性电极对待测离子具有特定的响应特性，但其它离子仍可对其发生一定的干扰。电极选择性的好坏，常用选择系数表示。若以i和j分别代表待测

离子及干扰离子，则：(5)

式中，Z i及Z j分别代表i和j离子的电荷数;k ij为该电极对j离子的选择系数。式中的“-”及“+”分别适用于阴、阳离子选择性电极。

由上式可见，k ij越小，表示j离子对被测离子的干扰越小，也就表示电极的选择性越好。通常把k ij值小于10-3者认为无明显干扰。

当z i=z j时，测定kij最简单的方法是分别溶液法。就是分别测定在具有相同活度的离子i和j这两个溶液中该离子选择性电极的电位E1和E2，则:

(6) (7)

(8)

对于阴离子选择性电极：(9)

四、仪器药品

1、仪器

酸度计1台；电磁搅拌器1台；217型饱和甘汞电极1只；EDCL型氯离子选择性电极1只；容量瓶(1000mL)1只、(100mL)10只；移液管(50mL)1只、(10mL)6只。

2、药品

KCl、KNO3(分析纯)；0.10mol／L KNO3溶液。

五、实验步骤

1、氯离子选择电极在使用前，应先在0.001mol·dm-3的KCl溶液中活化1h，然后在蒸馏水中充分浸泡，必要时可重新抛光膜片表面。

2、按图2接好仪器。

图Ⅲ-16-2 仪器装置示意图

3、标准溶液配制

称取一定量干燥的分析纯KCl配制成0.1000mol·dm-3的标准液，再用0.1000mol·dm-3的KNO3溶液逐级稀释，配得5×10-2mol·dm-3、1×10-2mol·dm-3、

dm-3、1×10-4mol·dm-3的KCl标准液。

4、标准曲线测量

(1)仪器校正：接通酸度计电源，预热30分钟，接着进行标定。标定步骤如下：在酸度计后边螺旋电极插空处插入复合电极，将选择开关旋钮置于PH档，温度补偿旋钮置于室温值上，斜率调节旋钮顺时针选到底（即调到100%位置），把清洗过的复合电极插入PH=6.86的缓冲溶液中，调节定位旋钮，使仪器显示值为缓冲溶液值，此缓冲溶液倒回其容量瓶中回收再用；用蒸馏水清洗电极，再换PH=4.00的缓冲溶液，调节斜率调节旋钮，使仪器显示值为缓冲溶液值。如此再重复一次，仪器校正完成，以后测量中务请再不要动斜率调节旋钮、定位旋钮。

(2)测量：取下复合电极，插上测量电极转换器插头，将离子选择性电极插头插在转换器插口内，将甘汞电极引线连接在转换器接线柱上，将选择开关旋钮置于“mV”档，用蒸馏水清洗电极，用滤纸吸干。将电极插入KCl 标准溶液中，充分搅拌后测出标准溶液的稳定电位值，依次从稀到浓测量各种标准溶液。

5、选择系数的测定

配制0.01mol·dm-3的KCl和0.01mol·dm-3的KNO3溶液各100mL，分别测定其电位值。

6、自来水中氯离子含量的测定

取50mL自来水，加入50mL0.20mol·dm-3KNO3溶液（水样的离子强度与标准曲线测定时的条件相同），测定其电位值，测定三次，求出电势平均值，从标准曲线上求得相应的氯离子浓度。

7、其他试样中氯离子浓度的测定可仿照上法进行。

（土壤中NaCl含量的测定：(1)在干燥洁净的烧杯中用台称称取风干土壤样品W克(约10g)，加入0.1%Ca(Ac)2溶液VmL(约100mL)，搅动几分钟，静置澄清或过滤。(2)用干燥洁净的吸管吸取澄清液30mL～40mL，放入干燥洁净的50mL烧杯中，测定其电位值）

六、注意事项

如果被测信号超出仪器的测量范围或测量端开路时，显示部分会发出闪光表示超载报警。

七、数据处理

1、以标准溶液的E对lgC作图绘制标准曲线。

2、计算K Cl-NO3-。

3、从标准曲线上查出被测自来水中氯离子浓度。

【思考题】

1、离子选择性电极测试工作中，为什么要调节溶液离子强度?怎样调节?如何选择适当的离子强度调节液?

2、选择系数k

IJ 表示的意义是什么?k

IJ

≥1或k

IJ

=1，分别说明什么问题?

3、用标准曲线进行分析工作时，要注意哪些问题?