牙膏中游离氟和可溶性氟含量的测定(最终版)

2010-2011学年第二学期
《仪器分析实验》
实验报告
牙膏中游离氟和可溶性氟含量的测定
学院: 化学与环境学院
学号: 20082401002
年级: 2008级
姓名: 温勇康
班级: 化学（教育）2班
指导老师: 曹玉娟
实验时间： 2010.05.20
一、实验题目：
牙膏中游离氟和可溶性氟含量的测定
二、摘要：
氟具有防龋作用，国内外已将其作为一种有效的防龋制剂加至牙膏中。

然而加入量不足，会使可溶性氟浓度偏低，失去防龋作用；加入过量的氟则会引起氟中毒，即以氟斑牙、氟骨症为主要特征的慢性全身性疾病。

氟在牙膏中是以可溶性氟和难溶性氟形式存在。

能起牙齿防龋和再矿化作用的是可溶性氟，而可溶性氟在牙膏储存过程中会与其他成分如Ca2+缓慢反应，转化为难溶性氟而失去对牙齿的保护作用。

本实验通过氟离子电极法测定牙膏中游离氟和可溶性氟含量，通过探究缓冲液的pH值来选择最佳的实验条件。

该方法具有选择性好, 准确、快速、检测范围宽的特点。

三、关键词：
牙膏游离氟可溶性氟测定氟离子选择性电极
四、引言：
目前，测定游离氟的方法主要有氟离子选择电极法、氟试剂分光光度法、茜素锆比色法、离子色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、原子发射光谱法、荧光法等。

仪器法虽灵敏，但不易在基层实验室推广应用．分光光度法虽设备简单．但样品需进行繁琐的化学分离，难以获得理想的重复性。

本实验采用氟离子选择电极法，其测定可溶性氟具有方法简便，操作快速，可测线性范围宽，抗阳离子干扰能力强，不受浊度、色度的影响等优点。

因此，得到广泛应用。

选用氟离子选择性电极来测定的原理：
氟离子选择电极是以氟化镧单晶片为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。

氟电极与饱和甘汞电极组成的电池可表示为：Ag,AgCl | [10-3mol/L NaF 10-1mol/L NaCl] | LaF3 | F—(试液) || KCl（饱和），Hg2Cl2 | Hg E（电池）=E（SCE）—E（F）
= E（SCE）—κ+RT/F lnα(F,外)
= K+ RT/F lnα(F,外)
= K+0.059 lnα(F,外)
式中，0.059为25℃时电极的理论响应斜率，其他符号具有通常意义。

用离子选择电极测量的是溶液中的离子浓度，而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。

如果被测液的强度维持一定，则上述方程可表示为：
E（电池）==K+0.059 lnα(F,外)
用氟离子选择电极测量F—时，最适宜pH值范围为5.5-6.5。

pH过低，易形成HF，影响F—的活度；pH值过高，易引起La（OH）3，影响电极的响应，故通常用pH值约为6的来控制溶液的pH值。

柠檬酸盐还可消除Al3+，Fe3+的干扰。

五、主要仪器与试剂：
（1）主要仪器：
氟离子选择电极，饱和甘汞参比电极，PHS—3C型pH/mv计，LD4—2低速离心机，电磁搅拌器，电子天平，聚乙烯塑料瓶，100ml的容量瓶，50ml的容量瓶，5ml的吸量管，烧杯；
（2）主要试剂：
氟化钠标准溶液：0.1mol/L, 柠檬酸盐缓冲溶液:0.5mol/L,去离子水,固体氢氧化钠,含氟牙膏:高露洁冰爽劲白牙膏,12 mol/L HC1溶液
六、实验内容与步骤：
1、准备
将氟电极和甘汞电极分别与PHS—3C型pH/mV计相接，开启仪器开关，预热仪器。

2、清洗电极
取去离子水50-60mL置于聚乙烯塑料瓶中，放入搅拌磁子，插入氟电极和饱和感汞电极。

开启搅拌器，2-3min后，若读数大于-370mV，则更换去离子水，继续清洗，直至读数小于-370mV。

3、氟离子标准溶液的配制：
移取0.1mol/L的氟化钠标准溶液5.0mL于100mL的容量瓶中，用去离子水定容，摇匀备用。

该溶液中氟离子浓度为0.005mol/L。

4、制作标准曲线
分别精确吸取0．50，1．00，2．00，3．00，4 00，5．00 m1氟离子标准溶液，分别移入50 m1容量瓶中，各加入柠檬酸缓冲液5 ml，用去离子水稀释至刻度，摇匀，然后将标准溶液分别倒出部分置于塑料烧杯中，放入搅拌磁子，插入已经洗净的电极，一直搅拌，待读数不变稳定后，读取电位值。

按顺序从低至高浓度依次测量，每测量1份试液，无需清洗电极，只需用滤纸沾去电极上的水珠。

测量结果列表记录并绘制E—lgC（F-）(C为浓度)标准曲线。

5、样品制备
精确称取样品2.0466g置于50 m1小烧杯中，逐渐加入去离子水搅拌使溶解，转移至50m1容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，放置半小时，将上清液分别倒入4个
具有刻度的10 m1精确离心管中，每个离心管装大约8mL溶液，使其重量大致相等，在低速离心机(2 000 r／min)中离心30 min，冷却至室温，其上清液用于分析游离氟和可溶性氟的浓度。

6、测定步骤
（1）游离氟测定法
分别吸取上清液10 mL、5mL和1mL置于50 m1容量瓶中，各加柠檬酸缓冲液5 m1，用去离子水稀释至刻度，按步骤4分别转入50 m1聚乙烯杯中，在磁力搅拌下测量其电位值，由标准曲线算出其相应的氟含量，从而计算出游离氟浓度。

（2）可溶性氟测定法
吸取0．5 mL上清液，转入到2 mL微型离心管中，加0．7ml用12 mol/L的HC1溶液稀释而成的4mol/L的HC1溶液，离心管加盖，50℃水浴10 min，移至50 m1容量瓶中，加入0．7 m1 用固体氢氧化钠制成的4 mol/L 的NaOH 溶液中和，再加5 m1柠檬酸缓冲液，用去离子水稀释至刻度，转入50 m1聚乙烯杯中，在磁力搅拌下测量其电位值，用标准曲线算出其相应的氟含量，从而计算出可溶性氟浓度。

七、结果与数据处理：
1、用测量出的系列标准溶液的数据，在计算机上采取origin软件计算E—lgC（F-）曲线作直线方程处理的常数项(a，b)及其相关系数R。

2、根据样品测得的电位值，计算出F-的浓度，再换算出样品中F-的实际含量。

由下图可知标准曲线的方程为：
lgC（F-）= 0.01618E + 1.28071
相关系数 R=0.99916
4.计算样品中氟离子的含量
将样品的E值代入上诉方程式中，可以算出样品中氟离子浓度的对数，进而计算出F-的浓度，再换算出样品中F-的实际含量。

如下表所示：
综上所述：
2.0466g样品配成50mL样品溶液后，分别取10.00mL、5.00mL、1.00mL测得的游离氟的浓度C（F-）分别为0.0512 mol/L、0.0525 mol/L和0.0512mol/L,取三者的平均值为0.0516 mol/L,即样品溶液中的游离氟浓度为0.0516 mol/L，则牙膏样品中的游离氟含量为：
50mL×0.0516mol/L×M(F) ÷2.0466g=23.95mg/g
即：牙膏样品中的游离氟含量为23.95mg/g。

同理，牙膏样品中的可溶性氟的含量为：
0.1023 mol/L×50mL×M(F) ÷2.0466g=47.49mg/g
即：牙膏样品中的可溶性氟含量为47.49mg/g。

未加标之前的1.00mL样品溶液稀释而成的溶液和加标后稀释而成的溶液的C（F-）分别为0.0512 mol/L和0.0561 mol/L，而当标液体积为1.00mL时稀释而成的溶液的C（F-）为0.0001 mol/L，故回收率为：
(0.0561mol/L-0.0512mol/L) ÷(0.0001mol/L×50) ×=98%
即：该实验的回收率为：98%。

附图：实验曲线：
八、实验讨论：
1．柠檬酸钠溶液在测量溶液中的作用：
柠檬酸钠作为缓冲溶液,起着缓冲作用,控制溶液的PH范围为5.5-6.5为最佳酸度,同时还可以消除Al3+ 、Fe3+ 对对F-的干扰，还可以使溶液中离子平均活度系数保持定值克服因非线性造成的误差，提高分析测试的精密度和准确度。

2．氟离子选择电极在使用时应注意的问题
①氟电极应浸入被测试液中；
②在测量待测试液前应用去离子水将电极清洗干净；
③氟离子选择电极测量F-时，最适宜pH值范围应为5.5-6.5，所以应控制溶液pH值范围为5.5-6.5；
④测定标准溶液和样品溶液前，控制空白电位值相同，以提高测试的精密度和准确度。

3.影响测试结果的因素
影响测试结果的因素主要有pH值、待测液温度、搅拌速度和测定的顺序，所以应保持测试条件应一致。

①氟离子选择电极工作时，pH值的大小对测定结果有较大的影响，且这种干扰随着氟离子活度的降低而增大。

实际测定过程中，最佳pH值范围应为
5.5-
6.5为宜，pH值较大时，可造成氟离子浓度升高的假象；pH值较低时，氟离子与溶液中氢离子生成HF或HF2-，从而降低溶液中氟离子的浓度，影响测试的准确度和精密度；
②标准溶液与待测液在同一温度下测量，并尽量保持测定体系温度的一致，避免因温度的变化而引起测量电位示值较大的漂移。

1mV的测量误差对一价离子引起的活度测量的相对误差约为4％；
③测定标准溶液系列时，按照浓度先低后高的顺序进行(由低浓度向高浓度逐个测定)，以消除电极的“记忆效应”。

切勿由高浓度向低浓液逐个测定，测定结束后，一定要用空白溶液将电极冼至接近空白溶液的电位值，然后进行样品待测液的测定；
④组分复杂样品的测试。

若样品组分很复杂，如土壤样品，可采用一次标准加入法，以减少基体的影响，但需注意，加入到未知试样中的标准溶液的量，应不使溶液体系的离子浓度发生较大变化，加入的体积为样品溶液的1％左右，且使电位的改变量△E在30mV至40mV之间。

4.氟离子选择电极在使用时应注意哪些问题？
答：在使用时，一定要注意把溶液的pH控制在5-6之间。

因为氟离子选择性电极有较好的选择性，主要干扰离子是OH-。

在碱性溶液中，电极表面会发生反应：LaF3-+3OH-→La(OH) 3+3F-；在较高的酸度下，由于HF和HF2-的生成，会使F-活动降低。

5.为什么要清洗氟电极，使其响应电位值负于-370mV？
答：清洗氟电极是为了排除实验留在氟电极感应膜上的干扰离子对实验的影响，使其相应电位值负于-370mV是为了证明F电极的点位已经平衡很好。

6.柠檬酸盐在测定溶液中起到哪些作用？
答：①调节溶液的pH；
②与溶液中可能存在的干扰离子Fe3+、Al3+形成比干扰离子与F-更稳
定的络合物，掩蔽干扰离子Fe3+、Al3+；
③调节溶液的离子强度。

7.加标应该是取相同体积的标液和样品液混合后加入缓冲剂稀释至刻度，而不是在样品液测定mV值时稳定之后直接加标液。

九、参考文献：
[1]中国地方病学杂志2007年11月20日第26卷第6期.
[2]中国卫生检验杂志2005年3月第15卷第3期.
[3] 奚旦立, 孙裕生, 刘秀英. 环境监测[M]. 北京:高等教育出版社,1996.
[4] 国家环保总局, 水和废水监测分析方法编委会编, 水和废水分析方法[M]. (第三版).北京:中国环境科学出版社, 1989.
[5] 许君辉, 赵京辉, 王洪玮. 氟电极法测定牙膏中总氟含量及其方法评价[J]. 中国卫生检验杂志, 2001,4(2):165-166.
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