儀器分析實驗

氟離子選擇電極測定天然水中氟離子含量許詩赫PB14007321【實驗?zāi)康摹?、 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(jié)構(gòu)并掌握其基本操作技術(shù)；3、 了解氟離子選擇電極的基本功能，掌握離子計的使用方法?！净驹怼?原理概述：氟離子選擇電極對F-有選擇性響應(yīng)，并且在一定條件下，電池電勢與試液中的氟離子濃度的對數(shù)呈線性關(guān)系。通過氟離子選擇電極可以定量測出自來水中的氟離子濃度。0氟離子選擇電極：電極底部敏感膜由LaF3單晶片制成，單晶中常加入少量的EuF2以增加其導(dǎo)電性，當(dāng)電極插入含有F-的溶液時，F(xiàn)-在敏感膜與溶液界面擴散及在晶格的空穴中移動產(chǎn)生膜電位，電極電位的能斯特方程為：RT廠Ef_=k-2.303 FlgaF_=k-SlgaF_RZe（k為常數(shù)；s=2.303—F為電極的斜率）實際測量時，F(xiàn)-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I試液（c=x）I飽和甘汞電極（SCE）該電池的電池電勢為：E=Esce-Ef_=Esce-ks+lgaF-將Esce和k合并，用e0表示有：E=E0+SlgaF-當(dāng)溶液中加入較高濃度的TISAB溶液（總離子強度調(diào)節(jié)緩沖液）以維持恒定的離子強度時，可改寫為：E=E0+slgcF_25°C時，電池電勢E為：E=E0+0.0592lgcF-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(shù)呈線性關(guān)系。0可以采用的實驗方法：工作曲線法、標(biāo)準(zhǔn)加入法、儀器直讀等其他方法。0天然水中的氟離子：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1mg/L左右，在某些礦泉水中可能有更高的含量。當(dāng)水中的氟含量超過1mg/L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?！緝x器與試劑】1、 儀器：pXSJ-226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(biāo)準(zhǔn)溶液：LOOxlO^mol/L；TISAB溶液?！緦嶒灢襟E】1、 氟離子選擇電極的預(yù)處理：氟離子選擇電極在使用前于10-3mol/L的NaF溶液中活化1?2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；2、 溶液配制：配制氟離子的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液：移取1.00x10-1mol/L的NaF的標(biāo)準(zhǔn)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- 清潔電極： 標(biāo)定電極斜率:mol/L的F-溶液，余此類推，用逐級稀釋法再配制10-3?10-6mol/L的F-標(biāo)準(zhǔn)溶液； 清潔電極： 標(biāo)定電極斜率:試液的配制：移取湖水(自來水)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;將配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液分別傾入20mL左右于50mL燒杯中，同時用移液管準(zhǔn)確移取試樣溶液25.00mL于50mL燒杯中待測。將放在燒杯中的配制好的標(biāo)準(zhǔn)溶液(10-2?10-6)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；3、上機操作測量：測量前儀器要預(yù)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)，本實驗的測量模式為已知添加法。操作如下：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(shè)置”一“離子模式”一“確認(rèn)”一按“上”、“下”、“左”、“右”箭頭選擇被測離子一“確認(rèn)”；設(shè)置溫度：“設(shè)置”一“手動溫度”一“確認(rèn)”一“手動溫度”一輸入要填的溫度值一“確認(rèn)”；按屏幕上的“測量”-“已知添加”-“標(biāo)定”：儀器提示將兩個電極放入標(biāo)液1中-“濃度J“確認(rèn)”—“單位”：輸入濃度單位（mmol/L）—按“確認(rèn)”—待讀數(shù)穩(wěn)定后按“確認(rèn)鍵”—記錄下穩(wěn)定后的電位值。隨后的標(biāo)液均可點擊屏幕方框中的“繼續(xù)標(biāo)定”，依次標(biāo)液2?5—操作同1；（4） 未知液測定：最后一個標(biāo)液測完后，重新回到已知添加設(shè)置窗口。充分沖洗指示電極，擦干后放入未知溶液中，觸摸相應(yīng)的鍵，輸入未知溶液的體積（25.00mL）、要添加的標(biāo)液的體積（0.30mL）和濃度（1.0mmol）以及濃度單位—按“確認(rèn)”，待響應(yīng)電位穩(wěn)定后記下未知液的mV值（Ex）并按“確認(rèn)”鍵。爾后加入0.30mL濃度為1.0mmol/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液搖勻，待響應(yīng)電位穩(wěn)定后記下添加標(biāo)液后的mV值（Es）并按“確認(rèn)”鍵。等待儀器自動顯示試液的濃度。【數(shù)據(jù)處理與實驗結(jié)果分析】1、記錄實驗參數(shù)：實驗前溫度：25.1r；實驗后溫度：25.0°C；代入S2.30~Fs-0.059222、（1）標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法：E-logCF一實驗數(shù)據(jù)表根據(jù)系列標(biāo)準(zhǔn)溶液測定的結(jié)果，繪制E?E-logCF一實驗數(shù)據(jù)表濃cF-(mol/L)10-610-510-410-310-2U(mV)287.3251.3199.5146.185.4logCF--6-5-4-3-2表1而自來水對應(yīng)的電壓值為261.1mV，添加0.30mL后為2mVE-E-lgcF-曲線擬合圖1從圖中可以看出，第一個點與其他點偏離較大，可能與實驗精度有關(guān)故舍去，作下圖:E-lgcF_曲線擬合圖2擬合的直線方程為E（mV）=-SS.lllgCcp-ZCmol-L-1））-22.31線性擬合相關(guān)系數(shù)R2為0.99789，擬合度很好。代入數(shù)據(jù)，當(dāng)E=261.1mV時，lg(cF-Z(mol?L-1))=-5.143，得濃度為cx=7.20x10-6molZL則湖水中氟離子含量為：cf_=2xcx=1.44x10-5molZL=0.0144mmolZL（2）標(biāo)準(zhǔn)加入法：根據(jù)公式cV V EZS -1Cx=Vx+V(10-Vx+*)數(shù)據(jù)如下：Vx=25ml，Vs=0.3ml，cs=10-3molZL，|S|=55.11mV，E=261.1-248.8=12.3mV得cx=1.7344x10-5molZL則湖水中氟離子含量為：cF-=2xcx=3.47x10-5molZL（3）儀器顯示的結(jié)果：cx=1.6x10-5molZL則湖水中氟離子含量為：cF-=2xcx=2.4x10-5molZL=0.032mgZL3、比較工作曲線法、標(biāo)準(zhǔn)加入法以及儀器顯示的結(jié)果是否一致，如偏差明顯，討論可能產(chǎn)生的原因。根據(jù)實驗結(jié)果，有：（1） 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法：0.0144mmolZL（2） 標(biāo)準(zhǔn)加入法：0.0347mmolZL（3） 儀器顯示結(jié)果：0.032mmolZL由此可知：這三種不同方法得到的氟離子濃度并不相等，儀器顯示濃度結(jié)果最大，標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法結(jié)果最小。下面是簡要分析：（1）標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法：由于濃度為10-6molZL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(jié)果也偏小，即實際濃度大于曲線擬合結(jié)果。而且待測樣品與標(biāo)定曲線時的溶液背景不同，存在誤差。（2） 標(biāo)準(zhǔn)加入法：由于使用了標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法的響應(yīng)斜率，所以測量結(jié)果也應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法的偏差類似，結(jié)果偏小。但是標(biāo)準(zhǔn)加入法消除了背景誤差，結(jié)果比標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法更為準(zhǔn)確，誤差有所減小。（3） 儀器直讀：由于儀器有自己的校準(zhǔn)流程，計算所得的工作曲線，并通過構(gòu)造插值函數(shù)，能求得一個相對準(zhǔn)確的結(jié)果，這樣處理工作曲線可能會比前兩種更準(zhǔn)確一些，所以準(zhǔn)確性相對較高，更接近真實濃度?！舅伎碱}】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(diào)至pH5.0?5.5，它的作用有：（1）調(diào)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(luò)合物，從而掩蔽干擾離子；（3） 調(diào)節(jié)溶液的離子強度。2、 標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法測定時，對溶液組成和電極響應(yīng)有何要求？答：當(dāng)樣品溶液量較少時只能使用標(biāo)準(zhǔn)加入法；另外，由于標(biāo)準(zhǔn)加入法所采集的數(shù)據(jù)點比較少，所以要求電極更為靈敏。而標(biāo)準(zhǔn)曲線法需要所配制的標(biāo)準(zhǔn)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：氟離子選擇電極的三氧化鑭晶片只能響應(yīng)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(shù)高的金屬離子形成穩(wěn)定的配合物，如A1F63-、等。因此在測得氟離子含量后可以根據(jù)配位數(shù)計算得到Al的含量?！居懻撆c體會】離子選擇電極是化學(xué)學(xué)科、環(huán)境學(xué)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(jīng)驗和體會：1、 本實驗在實驗前最好預(yù)習(xí)相關(guān)操作，在老師講解時認(rèn)真聽講、熟悉操作過程；2、 在預(yù)處理電極，測量蒸餾水電動勢時，讀數(shù)應(yīng)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1?2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(yīng)清洗；3、 移液時應(yīng)注意規(guī)范，移液管都應(yīng)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(yīng)用去離子水沖洗，并用濾紙吸去殘留水分；標(biāo)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(yīng)先從0.001開始輸入；6、 電極底部敏感膜由/