實(shí)驗(yàn)離子選擇電極法測(cè)定氟離子

1、實(shí)驗(yàn)講義：離子選擇電極法測(cè)定氟離子一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?） 了解氟離子選擇電極的構(gòu)造及測(cè)定自來(lái)水中氟離子的實(shí)驗(yàn)條件；（2） 掌握離子計(jì)的使用方法。二. 實(shí)驗(yàn)原理：氟化物在自然界廣泛存在，有時(shí)人體正常組織成分之一。人每日從食物及飲水中攝取一定量的氟。攝入量過(guò)多對(duì)人體有害，可致急、慢性中毒。據(jù)國(guó)內(nèi)一些地區(qū)的調(diào)查資料表明，在一般情況下，飲用含氟量0.51.5mg/l的水時(shí)，多數(shù)地區(qū)的氟斑牙患病率已高達(dá)45%以上，且中、重度患者明顯增多。而水中含氟量0.5mg/l以下的地區(qū)，居民齲齒患病率一般高達(dá)50%60%；水中含氟0.51.0mg/l的地區(qū)，僅為30%40%。綜合考慮飲用水中氟含量對(duì)牙齒的輕度影響和

2、防齲作用，以及對(duì)我國(guó)廣大的高氟區(qū)飲水進(jìn)行除氟或更換水源所付的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，1976年全國(guó)頒發(fā)的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)制定飲用水中氟含量不得超過(guò)1mg/l。水中痕量氟的測(cè)定可采用蒸餾比色法和氟離子選擇電極法。前者費(fèi)時(shí)，后者簡(jiǎn)便快捷。氟離子選擇電極是目前最成熟的一種離子選擇電極。將氟化鑭單晶（摻入微量氟化銪（）以增加導(dǎo)電性）封在塑料管的一端，管內(nèi)裝0.1mg/lnaf和0.1mg/lnacl溶液，以ag-agcl電極為參比電極，構(gòu)成氟離子選擇電極。用氟離子選擇電極測(cè)定水樣時(shí)，以氟離子選擇電極作指示電極，以飽和甘汞電極作參比電極，組成的電池為： 氟離子選擇電極試液sce如果忽略液接電位，電池的電動(dòng)勢(shì)為：e=

3、b0.0592a即電池的電動(dòng)勢(shì)與試液中氟離子活度的對(duì)數(shù)成正比。氟離子選擇電極一般在110-6mg/l范圍內(nèi)符合能斯特方程式。氟離子選擇電極具有較好的選擇性。常見(jiàn)陰離子no3，so42、po43、ac、cl、br、i、hco3-等不干擾，主要干擾物是oh。產(chǎn)生干擾的原因，很可能是由于在膜表面發(fā)生如下反應(yīng)：laf3 + 3oh la（oh）3 + 3f反應(yīng)產(chǎn)物f因電極本身的響應(yīng)而造成干擾。在較高酸度時(shí)由于形成hf2而降低f的離子活度，因此測(cè)定時(shí)，需控制試液的ph在56之間通常用乙酸緩沖溶液控制.常見(jiàn)陽(yáng)離子除易與f形成穩(wěn)定配位離子的fe3+、al3+、sn（）干擾外其他不干擾。這幾種離子的干擾可加入

4、檸檬酸鈉進(jìn)行掩蔽。用氟離子選擇電極測(cè)定的是溶液中離子的活度，因此必須加入大量電解質(zhì)控制溶液的離子強(qiáng)度。 氟離子選擇電極測(cè)定氟離子時(shí)，應(yīng)加入總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖液，以控制溶液ph和離子強(qiáng)度以消除干擾。三.儀器與試劑:離子計(jì); 氟離子選擇電極；飽和甘汞電極；電磁攪拌器；100ml容量瓶七只；100ml燒杯兩個(gè)；10ml移液管。0.1000mol/lf標(biāo)準(zhǔn)溶液；總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖液。四.實(shí)驗(yàn)步驟：1. 氟離子選擇電極的制備：氟離子選擇電極在使用前，應(yīng)放在含10-4mol/lf或更低濃度的f溶液中浸泡，約30分鐘。使用時(shí)，先用去離子水吹洗電極，再在去離子水中洗至電極的純水電位。其方法是將電極浸入去離子水

5、中，在離子計(jì)上測(cè)量其電位，然后更換去離子水，觀察其電位變化，如此反復(fù)進(jìn)行處理，直至其電位達(dá)到穩(wěn)定并為它的純水電位為止。2.測(cè)量范圍及能斯特斜率的測(cè)量：在5只100ml容量瓶中用10ml移液管移取0.1000mol/l f標(biāo)準(zhǔn)溶液與第一只100ml容量瓶中，加入tisab10ml，去離子水稀釋至標(biāo)線，搖勻，配成1.00×10-2mol/lf標(biāo)準(zhǔn)溶液；在第二只100ml容量瓶中，加入1.00×10-2mol/l f標(biāo)準(zhǔn)溶液10ml和tisab10ml，去離子水稀釋至標(biāo)線，搖勻，配成1.00×10-3mol/l f標(biāo)準(zhǔn)溶液。按上述方法依次配制1.00×10-4

6、-1.00×10-6 mol/l f標(biāo)準(zhǔn)溶液。將適量f標(biāo)準(zhǔn)溶液（浸沒(méi)電極即可）分別倒入5只塑料燒杯中，放入磁性攪拌子，插入氟離子選擇電極和飽和甘汞電極，連接好離子計(jì)，開(kāi)啟電源攪拌器，依稀至濃依次測(cè)量，在儀器數(shù)字顯示在±1mv內(nèi)，讀取電位值，記錄數(shù)據(jù)。再分別測(cè)定其他f標(biāo)準(zhǔn)溶液的電位值。3.氟含量的測(cè)定： （ 所測(cè)試樣為自來(lái)水）.標(biāo)準(zhǔn)曲線法：在實(shí)驗(yàn)室接取50.0ml自來(lái)水于100ml容量瓶中，加入tisab10ml，去離子水稀釋至標(biāo)線，搖勻。全部到入一烘干的燒杯中，按2中方法測(cè)定其電位值，并記錄數(shù)據(jù)。平行測(cè)三份。標(biāo)準(zhǔn)加入法：在測(cè)量后加入1.00ml1.00×10-3m

7、ol/l f標(biāo)準(zhǔn)溶液，再測(cè)定其電位值并記錄數(shù)據(jù)。五.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理：標(biāo)準(zhǔn)曲線法:1. 標(biāo)準(zhǔn)溶液的電勢(shì)記錄:電勢(shì)/mv濃度對(duì)數(shù)538.2-6491.1-5443-4386.4-3329.2-22.實(shí)驗(yàn)測(cè)得自來(lái)水的電勢(shì)為:實(shí)驗(yàn)編號(hào)123所測(cè)電勢(shì)/ mv507.8507.5507.3求得電勢(shì)平均值為:ex= 507.5 mv測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差： =0.255 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差：=0.050%3.濃度對(duì)數(shù)與電勢(shì)的關(guān)系曲線:由曲線可知,電勢(shì)與濃度的關(guān)系為:e=-52.27c +228.54.自來(lái)水中f濃度的計(jì)算:將ex= 507.5 mv帶入上式,得經(jīng)過(guò)處理的溶液中f濃度為：cx =1.0×10-

8、5.54 mol/l=2.88×10-6 mol/l.所以，自來(lái)水中f濃度為：cx=5.76×10-6 mol/l.標(biāo)準(zhǔn)加入法：1. 所測(cè)得的加入了f-標(biāo)準(zhǔn)溶液的溶液的電勢(shì)：實(shí)驗(yàn)編號(hào)123所測(cè)電勢(shì)/ mv497.0496.6496.82.求得平均值為：496.8 mv測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差： =0.2相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差：=0.04%e=518.20 mv - 507.50 mv = 10.70 mv 所以，cx=c/（10e/s - 1） c=vs*cs/100 式中，vs、cs分別為加入的f-標(biāo)準(zhǔn)液的體積（ml）和濃度（mol/l），s為實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的電極的能斯特響應(yīng)斜率。代入數(shù)據(jù)可得c

9、x=2.89×10-6 mol/l. 所以，自來(lái)水中f-的濃度為：cx=5.78×10-6 mol/l3.誤差分析：實(shí)驗(yàn)中由于充分考慮到了各種可能造成誤差的因素，因此，結(jié)果所產(chǎn)生的誤差較小。但由于儀器的問(wèn)題，使得所測(cè)的電位有較大誤差，不過(guò)因最終要的是線性關(guān)系曲線，故對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響可不計(jì)。六注意事項(xiàng)：1. 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，濃度應(yīng)由稀至濃，每次測(cè)定后用被測(cè)試液清洗電極、燒杯及攪拌子。2. 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，測(cè)定一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液后，應(yīng)將電極清洗至原空白電位值，然后再測(cè)定未知液的電位。3. 測(cè)定過(guò)程中，更換溶液時(shí)，測(cè)量鍵應(yīng)斷開(kāi)，以免損壞離子計(jì)。4. 測(cè)定過(guò)程中，攪拌溶液的速度應(yīng)恒

10、定。5.氟離子選擇電極的純水電位與電極組成有關(guān)，也與所用純水的質(zhì)量有關(guān)，一般為300 mv左右。氟離子電極暫不用時(shí)，宜于干放。七思考題回答：1. 用氟離子選擇電極法測(cè)定自來(lái)水中氟離子含量時(shí)，加入tisab的組成和作用是什么？tisab的組成成分對(duì)應(yīng)的作用0.1 mol/l氯化鈉溶液控制離子強(qiáng)度0.25 mol/l hac-0.75 mol/l naac溶液控制溶液的酸度，使ph=5-60.001mol/l檸檬酸鈉溶液掩蔽自來(lái)水中含有的al3+、fe2+、sn4+等干擾離子，防止f-與金屬離子形成配合物2. 標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法各有何特點(diǎn)？比較本實(shí)驗(yàn)用這兩種方法測(cè)得的結(jié)果是否相同，如果不同，說(shuō)明其原因。答：.標(biāo)準(zhǔn)曲線法：可以適用于多次測(cè)量，并且要求標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品具有恒定的離子強(qiáng)度,并維持在適宜的ph范圍內(nèi).調(diào)節(jié)離子強(qiáng)度所用電解質(zhì)不應(yīng)對(duì)測(cè)定有干擾，調(diào)節(jié)離子強(qiáng)度的溶液，也常加入適當(dāng)?shù)慕j(luò)合劑或其他試劑以消除干擾離子的影響。.標(biāo)準(zhǔn)加入法：是在其他組分共存情況下進(jìn)行測(cè)量的，因此實(shí)際上減免了共存組分的影響，古這種方法適合于成分不明或是組成復(fù)雜的試樣的測(cè)定。 經(jīng)比較，通過(guò)兩種方法在本實(shí)驗(yàn)中所得結(jié)果基本接近