实验六--氟离子选择电极测定自来水中的氟含量

实验六 氟离子选择电极测定自来水中的氟含量

一、实验目的

1.了解氟离子选择性电极的基本性能及其使用方法。

2.掌握用氟离子选择性电极测定氟离子浓度的方法。

3.学会使用离子选择性电极的测量方法和数据处理方法。 二、基本原理

饮用水中氟含量的高低，对人的健康有一定的影响。氟含量太低，易得牙龋病，过高则会发生氟中毒，适宜含量为0.5~1.0 mg/L 。

目前测定氟的方法有比色法和直接电位法。比色法测量围较宽，但干扰因素多，并且要对样品进行预处理；直接电位法，用离子选择性电极进行测量，其测量围虽不及前者宽，但已能满足环境监测的要求，而且操作简便，干扰因素少，一般不必对样品进行预处理。因此，电位法逐渐取代比色法成为测量氟离子含量的常规方法。

氟离子选择性电极 (简称氟电极) 以LaF 3单晶片为敏感膜，对溶液中的氟离子具有良好的选择性。氟电极、饱和甘汞电极 (SCE) 和待测试液组成的原电池可表示为：

Ag│AgCl，NaCl ，NaF│LaF 3膜│试液‖KCl (饱和)，Hg 2Cl 2│Hg

一般pH/mV 计上氟电极接 (－) ，饱和甘汞电极接 (＋)，测得原电池的电动势为：

-

-=F SCE E ϕϕ

SCE ϕ和-F ϕ分别为饱和甘汞电极和氟电极的电位。当其他条件一定时

-

-=F K E αlg 059.0 (25℃) (1)

其中，K 为常数，0.059为25℃时电极的理论响应斜率；-F α为待测试液中-

F 活度。 用离子选择性电极测量的是离子活度，而通常定量分析需要的是离子浓度。若加入适量惰性电解质作为总离子强度调节缓冲剂 (TISAB)，使离子强度保持不变，则(1)可表示为：

pF

K c K c K E F F

⨯+=⨯+=⨯-=--

059.0)lg -(059.0lg 059.0

-

F c 为待测试液中-F 浓度，-

-=F c pF lg 。

E 与p

F 呈线性关系，因此只要作出E pF 的标准曲线，并测定水样的x E 值，由标准

曲线上即可求得水中氟的含量。

用氟电极测量-F 时，最适宜pH 围为5.0~5.5。pH 值过低，易形成HF 、-

2HF 等，降低了-F α；pH 值过高，-OH 浓度增大，-OH 在氟电极上与-

F 产生竞争响应。也由于-

OH 能与单晶膜中LaF 3产生如下反应：

--+→+F OH La OH LaF 3)(333

-F 为电极本身响应而造成干扰。

故通常用柠檬酸盐缓冲溶液来控制溶液的pH 值。氟电极只对游离氟离子有响应，而-

F 非常容易与+

3Al 、+

3Fe 等离子配位。因此，在测定时必须加入配合能力较强的配位体，如柠檬酸盐是较强的配位剂，还可消除+

3Al 、+

3Fe 等离子的干扰，才能测得可靠准确的结果。 三、仪器及试剂

1. pH/mV 计，电磁搅拌器，氟离子选择性电极，饱和甘汞电极；

2. NaF 标准储备液（1mg/mL ）：将分析纯NaF 在120℃烘干，准确称取2.2105g 溶于二次蒸馏水中，移入1L 容量瓶中，稀释至刻度，即得到1mg/mL 的氟离子标准溶液，

然后储存在聚乙烯瓶中备用；

3. NaF 标准稀释液（0.01mg/mL ）：吸取1.0mL 的1mg/mL NaF 标准储备液，置于100mL 容量瓶中，用缓冲溶液（TISAB ）稀释至刻度；

4. 缓冲溶液（TISAB ）（即总离子强度缓冲溶液）：称取58g NaCl 及0.357g

柠檬酸钠溶于二次蒸馏水中，加冰醋酸60mL ，用50%氢氧化钠调节pH 值为5.0~5.5，

冷却至室温，转入1L 容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，转入洗净、干燥的试剂瓶中。

5. 50mL 、100mL 容量瓶、50mL 烧杯各若干。 四、操作步骤

1. 将氟电极和甘汞电极分别与pH/mV 计上的接口正确相接（氟电极接“-”，饱和甘汞电极接“+”，用mV 档测量），开启仪器开关，预热仪器。

2. 清洗电极

于50 mL 的烧杯中，加入30~40 mL 的蒸馏水，放入搅拌磁子，插入氟电极和饱和甘汞电极至合适位置，开启搅拌器，调节搅拌速度适中，使之保持较慢而稳定的转速（注意在整个实验过程中保持该转速不变，切记），清洗电极。若mV计读数小于350mV，更换蒸馏水，继续清洗，直至读数大于350mV。

3. 标准曲线法（校正曲线法）

（1）标准曲线的制作分别取0.50mL、1.00mL、1.50mL、2.00mL、3.00mL的氟标准稀释溶液置于50mL溶液瓶中，加缓冲溶液10.00mL，用水稀释至刻度，摇匀。将部分溶液倒入烧杯中，放入搅拌磁子，插入前面清洗好的两电极，开启搅拌器，待读数稳定后，读取点位值。按浓度从低至高依次测量。测量结果列表记录在表1中。

（2）水样测定取水样25.00mL，置50mL容量瓶中，加10.00mL缓冲溶液，用水稀释至刻度并摇匀，将部分溶液倒入烧杯中，放入搅拌磁子，插入前面清洗好的两电极，同上操作，读取稳定的测量电位值。记录在表1中

五、实验数据及其处理

1. 数据记录及工作曲线的绘制：

表1

根据配制的系列标准浓度所测定的数据，在坐标纸上绘制E pF曲线（也可以利用电脑绘制标准曲线），得到标准曲线（校正曲线）。

回归计算得出标准曲线方程：

相关稀释：r2 =

F的实际含量的计算：

2. 水样中-

E，在标准曲线上查到其对应的pF（或由标准曲线方程得到），根据水样测得的电位值

x

c，最后计算出水样中氟离子的含量。

然后在计算出稀释后水样中氟离子的浓度

x