實驗十一報告

1、氟離子選擇電極測定天然水中氟離子含量實驗報告姓名：吉武良 院系：化院20系 學號：PB13206270一、實驗目的 （1）熟悉電位法的基本原理和一般分析方法 （2）了解離子計的結構并掌握其基本操作技術。二、 實驗原理一般天然水中氟離子的含量很低。在河流、湖泊等地表水中氟的含量通常為百分之幾至十分之幾毫克/升，而在地下水中氟含量則在1毫克/升左右，在某些礦泉水中可能有更高的含量。當水中的氟含量超過1毫克/升時不易飲用，因長期飲用會患斑齒癥。但若飲用水中氟離子的含量過低，則又會得齒齲病。氟離子選擇電極對F有選擇性響應，其敏感膜由LaF3單晶片制成，單晶中常加入少量的EuF2以增加其導電性，當電極插

2、入含有F的溶液時，F在敏感膜與溶液界面擴散及在晶格的空穴中移動產生膜電位，電極電位的能斯特方程為： （1） 這里k為常數；為電極的斜率。 實際測量時，F選擇電極與一支參比電極（如飽和甘汞電極）一同插入被測溶液中組成測量電池，電池的圖解表示式為： 氟離子選擇電極試液（c=x）飽和甘汞電極（SCE）該電池的電池電勢為： （2）將ESCE和k合并，用E 0表示有: （3）當溶液中加入較高濃度的TISAB溶液（總離子強度調節(jié)緩沖液）以維持恒定的離子強度時，（3）式又可改寫為： （4）25時，電池電勢E為： （5）可見，在一定條件下，電池電勢與試液中的氟離子濃度的對數呈線性關系。利用工作曲線法、標準加入

3、法或其他方法均可求出被測溶液中氟離子的含量。三、 儀器與試劑1. 儀器 pXSJ226離子計；氟離子選擇電極；飽和甘汞電極；電磁攪拌器。2. 試劑NaF標準溶液：1.00×10¯1mol/L；TISAB溶液：在25ml蒸留水中加入29ml冰醋算，29克氯化鈉和0.5克檸檬酸鈉，溶解后用NaOH溶液調至pH5.05.5，冷卻后稀釋至500 mL。 四、實驗操作步驟一），氟離子選擇電極的預處理氟離子選擇電極在使用前于10¯3mol/L的NaF溶液中活化12小時，用去離子水清洗后，與飽和甘汞電極組成測量電池，在純水中測量電池的電動勢，此時，讀數應在340mV以上，若小于

4、此值，更換蒸餾水幾次，直至電動勢在340mV以上，電極初用時，用蒸餾水浸洗12天才能達到。若無法達到，很大可能是電極漏水或單晶片玷污，必須重新裝配或做相應清洗。二） 溶液配制1）配制氟離子的標準系列溶液移取1.00×10¯1mol/L的NaF的標準溶液5.00ml于50ml容量瓶中，加入10mL的TISAB溶液，用去離子水稀釋到刻度搖勻，便為10¯2mol/L的F¯溶液，余此類推，用逐級稀釋法再配制10¯310¯6mol/L的F¯標準溶液。注：每次移液前移液管都應按“一洗三潤”，用濾紙擦干外部的水后，才可以進行后面的操作。2

5、）試液的配制移取湖水25.00ml于50ml容量瓶中，加入10mLTISAB溶液用去離子水稀釋到刻度搖勻。3）將配制的標準溶液分別傾入20mL左右于50mL燒杯中（已洗凈烘干），同時，用移液管準確移取試樣溶液25.00mL于一50mL燒杯中（已洗凈烘干）待測。將放在燒杯中的配制好的標準溶液（10-210-6）和未知溶液，移液管放在托盤中帶入實驗室，其他容器留在樣品操作間。三） 上機操作測量本儀器是觸摸式按鍵，顯示屏顯示，用手指輕輕觸摸相應的按鍵或數字，即可選定需要的方法或輸入相關數據。測量前儀器要預熱半小時左右。測量有多種模式（pH模式、pX模式、直讀濃度、已知添加、未知添加、GRAN模式），

6、本實驗的測量模式為已知添加法。操作如下：1）選擇測量離子和手動輸入溫度值選擇測量離子：按屏幕上的“設置”鍵按“離子模式”按“確認”按“上”、“下”、“左”、“右”箭頭選擇被測離子按”確認”。設置溫度：按屏幕上的“設置”鍵按“手動溫度”按“確認”按“手動溫度”輸入要填的溫度值（從提供的溫度計讀數）按“確認”。2）清潔電極將兩個電極的護帽取下后，以去離子水沖洗，并用濾紙吸去殘留水分。放入測試溶液中。標液的測試要按濃度低向濃度高的順序進行。（3）. 標定電極斜率：按屏幕上的“測量”鍵“已知添加”，在已知添加設置窗口中選擇“標定”，則儀器提示將兩個電極放入標液1中。按“濃度”鍵輸入濃度按“確認”，再按

7、“單位”鍵輸入濃度單位（mmol/L）按“確認”；待讀數穩(wěn)定后按“確認鍵”。記錄下穩(wěn)定后的電位值。隨后的標液均可點擊屏幕方框中的“繼續(xù)標定”，依次標液2，3，4, 5 。該儀器最多只能測5個標液 。 按“濃度”鍵輸入溶液2的濃度按“確認”待讀數穩(wěn)定后按“確認鍵”。重復標液2的測試過程，再測標液3、4等。但最多只能測5個標液。（4）.未知液測定：最后一個標液測完后，按方框中的“結束”鍵，從新回到已知添加設置窗口。充分的沖洗一下指示電極，擦干后放入未知溶液中，觸摸相應的鍵，輸入未知溶液的體積（25.00mL）、要添加的標液的體積(0.30mL)和濃度(1.0mmol)以及濃度單位按“確認”， 待響

8、應電位穩(wěn)定后記下未知液的mV值（Ex）并按“確認”鍵。爾后加入0.30mL濃度為1.0 mmol/L的標準溶液搖勻，待響應電位穩(wěn)定后記下添加標液后的mV值（Es）并按“確認”鍵。按上述步驟操作完成后，儀器會自動顯示試液的濃度。五、 數據處理1、記錄實驗參數： 實驗前溫度：17.1實驗后溫度：17.1；  2、根據系列標準溶液測定的結果，繪制ElogcF -工作曲線，再由試樣測定的電位值，在曲線上求出樣品中氟的含量，以毫克/升表示。CF-/mol/L10-610-510-410-310-2U(mv)296.0260.9 208.9 150.6 92.3lgCF-6-

9、5-4-3-2用Origin9.0作 ElogcF -工作曲線如下：從圖中可以看出，第一個點與其他點偏離較大，故舍去，作下圖： 擬合的直線方程為E(mV) = -56.41*lg(cF-/(mol·L-1)  19.26      線性擬合相關系數R2為0.9988，擬合度比較好好。 代入數據，當E = 266.6mV時，lg(cF-/(mol·L-1) = -5.0675得濃度為CF-=8.5605×10

10、-6 mol/L =0.1626mg/L3、由標準加入法測定的Ex和Es，用下式 計算樣品中氟的含量，以毫克/升表示。式中:C s、Vs分別為加入的標準溶液的濃度和體積；Vx為未知溶液的體積；EEs-Ex;s為電極響應斜率，可從前述的工作曲線上求得。上式中各參數數值如下：C s= 10-3mol/L，Vs=3*10-4L，Vx=0.025L，EEs-Ex=|249.8mV-266.8mV|=17mV,S=-56.41mV,代入數據解得：CF-=1.2017*10-5mol/L=0.2283mg/L4、儀器現實的結果: CF-=1.2*10-5mol/L=0.228mg/L5

11、、比較3種方法所得的結果標準工作曲線法：0.1626mg/L標準加入法：0.2283mg/L儀器測得結果：0.228mg/L六、總結與思考【總結】 根據實驗結果，三種不同方法得到的氟離子濃度并不相等，儀器顯示濃度和標準加入法所得結果十分接近，而標準標準工作曲線法結果最小且相差較大。下面簡要分析： （1）標準工作曲線法： 由于濃度為10-6mol/L的氟離子濃度低于儀器檢出限，偏差很大，因此沒有進行擬合。電極無法完全洗干凈以及去離子水里仍然可能有氟離子等雜離子。這樣便造成了實際上氟離子選擇電極測量的濃度偏大從而造成了擬合斜率偏小最終造成測量結果也偏小，即實際濃度大于

12、曲線擬合結果。而且待測樣品與標定曲線時的溶液背景不同，存在誤差。 （2）標準加入法：由于使用了標準工作曲線法的響應斜率，所以測量結果也應和標準工作曲線法的偏差類似，結果偏小。但是標準加入法消除了背景誤差，結果比標準工作曲線法更為準確，誤差有所減小。 （3）儀器直讀：由于儀器有自己的校準流程，計算所得的工作曲線，并通過構造插值函數，能求得一個相對準確的結果，這樣處理工作曲線可能會比前兩種更準確一些，所以準確性相對較高，更接近真實濃度。 【思考題】 1、為什么要加入TISAB溶液？答：TISAB溶液由冰醋酸、氯化鈉、檸檬酸鈉溶解于蒸餾水，再用NaOH溶液調至

13、pH 5.05.5，它的作用有：（1）調節(jié)溶液的pH；  （2）與溶液中可能存在的干擾離子Fe3+、Al3+形成比干擾離子與F-更穩(wěn)定的絡合物，從而掩蔽干擾離子；  （3）調節(jié)溶液的離子強度。 2、標準曲線法和標準加入法測定時，對溶液組成和電極響應有何要求？ 答：當樣品溶液量較少時只能使用標準加入法；另外，由于標準加入法所采集的數據點比較少，所以要求電極更為靈敏。而標準曲線法需要所配制的標準溶液與樣品溶液的體系完全一致。 3、用氟離子選擇性電極能否測定其他離子，如有，請說明測試原理。 答：氟離子選擇電極的

14、三氧化鑭晶片只能響應氟離子，所以只有溶液中存在氟離子才能有電極電位。但可以通過間接的辦法測定其他離子，由于氟離子可以與很多半徑較大氧化數高的金屬離子形成穩(wěn)定的配合物，如AlF63-、等。因此在測得氟離子含量后可以根據配位數計算得到Al的含量?！居懻撆c體會】     離子選擇電極是化學學科、環(huán)境學科中常見的定量測量無機離子濃度的儀器之一，實驗原理較簡單，操作也較輕松，通過氟離子選擇電極定量測量自來水中的氟離子濃度。以下是本實驗的一些經驗和體會： 1、本實驗在實驗前最好預習相關操作，在老師講解時認真聽講、熟悉操作過程； 2、在預

15、處理電極，測量蒸餾水電動勢時，讀數應在+340mV以上，若小于此值，更換蒸餾水幾次，直至電動勢在340mV以上，電極初用時，用蒸餾水浸洗12天才能達到。若無法達到，很大可能是電極漏水或單晶片玷污，必須重新裝配或做相應清洗； 3、移液時應注意規(guī)范，移液管都應按“一洗三潤”，用濾紙擦干外部的水后，才可以進行后面的操作； 4、清洗電極時應用去離子水沖洗，并用濾紙吸去殘留水分；標液的測試要按濃度低向濃度高的順序進行；5、注意儀器中的濃度單位是mmol/L，所以應先從0.001開始輸入； 6、電極底部敏感膜由LaF3單晶片制成，故使用電極時應輕拿輕放，防止用力過猛碰到燒杯，

16、影響LaF3  單晶片的結構組成； 7、相比循環(huán)伏安法，本實驗的測量沒有電流。 本實驗在操作離子選擇電極的過程中，鍛煉了我們小心謹慎、規(guī)范操作的能力；在耐心等待電壓值時，提高了我們認真耐心的實驗態(tài)度；在處理數據和作圖的過程中，提高了我們處理數據和定性分析的能力。       可能的誤差分析：  本實驗測得的斜率絕對值為56.41mV，相比理論值59.2mV有一定負誤差，另外不同方法測得的濃度值也不盡相同，除了前文的分析，另外： 1、試劑本身的誤差：由于未知樣品長時間暴露在空氣中，可能會受潮吸水、分解等，造成一定誤差，不    過根據物相分析，影響基本可以忽略；另外試劑本身的純度也未知； 2、人為誤差：移去液體、配制溶液