离子选择电极法测牙膏中的氟离子含量的应用.doc

离子选择性电极法测牙膏中的氟离子含量 人员 姓名 学号 组长 林远斌 2010441858组员 墙沅峰 2010441895 雷鸿发 2010441899 潘建霖 2010441867 谭悦 2010441900 指导老师 邱会东摘要 使用pH/mV计，采用氟离子选择性电极法测定不同品牌牙膏样品中的氟离子含量以及实验中各种因素对实验的影响。利用TISAB离子固定溶液的总离子强度及pH，测定一系列含氟离子的标准溶液的标准曲线，从而进行牙膏中氟离子含量的测定。 关键词: 氟离子 氟电极 牙膏1 引言近年来，由于工业生产对环境的污染，造成日常饮用水及食品中含有较多的氟元素，人体摄入过多的氟元素会产生氟中毒，主要表现为氟骨症和氟斑牙。由于适当摄入氟元素会坚固牙齿，增强骨骼强度，因此在牙膏中通常会添加少量的氟元素，国家标准规定牙膏中允许的氟含量是400ppm1500ppm。目前氟化物的测定方法有很多，主要有氟离子选择性电极法、氟试剂分光光度法、离子色谱法、扫描极谱法、核磁共振法和高效液相色谱法等。其中应用最广泛的当属氟离子选择性电极法，这种方法准确度高、选择性好、操作简便快速 、设备简单。2 实验部分2.1 主要仪器 名称 pH S-3C型pH计/离子计 氟离子选择性电极 电磁搅拌器 Ag/AgCl电极2.2 试剂 序号 名称 1 F-标准溶液（0.1000mol/L) 2 TISAB溶液(离子强度调节缓冲溶液）F-标准溶液（0.1000mol/L）的配制:准确称取4.198g在120干燥过后的氟化钠（A.R），以水溶解转入1000mL容量瓶中用水稀释至刻度，混匀转移至塑料瓶中储备。 TISAB（总离子强度调节缓冲溶液）：在500mL水中，加入57mL冰醋酸（A.R），58.5g的氯化钠和0.3g的柠檬酸钠（A.R），用水稀释至1000mL。2.3 实验原理本实验采用直接电位分析法测定牙膏样品中的氟离子含量，氟电极电位与溶液中的F-活度符合Nernst方程，由氟电极与参比电极组成原电池其电动势方程E池=常数+0.059lgaF-，在实际测量中要求测定F-的浓度而不是活度，因此，实验中要固定溶液的离子强度，使活度系数成为常数，从而使电极电位与F-浓度的对数lgCF-的关系成线性，可用工作曲线法定量。目前，氟离子选择电极已广泛应用于天然饮用水，工业氟污染水的分析中。溶液中离子活度a是离子浓度c与活度系数f的乘积（a=fc），Dehye与Huckel从理论上推导出离子活度f与溶液的离子强度的关系式：lg f =-AZi (1)其中，Zi是离子的电荷，A是与温度和浓度有关的常数，但次式仅适用于极稀溶液，Davies提出修正公式：lg f = A (2)离子强度是溶液中的各种离子的浓度C与它的价数Z的平方乘积的一半。 =Ci (3)为了使样品溶液与标准溶液的离子活度系数相同，必须固定这两种溶液的离子强度。氟离子选择电极对AlF63-、FeF63-等络离子和氟化氢缔合物形式的氟无响应或响应甚微。因此在含氟溶液中加入TISAB溶液兼备以下作用： （1）大量的电解质使溶液的总离子强度基本固定不变； （2）作为缓冲液其pH值在5.05.5，消除了OH-的干扰，并且不易形成氟化氢缔合物； （3）其柠檬酸盐能络合Al3+、Fe3+等使原来被它们缔合的氟离子释放出来2.4 实验步骤2.4.1 配制1.00010-21.00010-5的氟的标准溶液系列：取1个50mL的容量瓶，准确加入5mL0.1000mol/L的氟标准溶液，再加入25mL TISAB，用水稀释至刻度，此溶液即为1.00010-2mol/L氟标准溶液。然后在1.00010-2mol/L标准溶液的基础上逐级稀释成1.00010-31.00010-5mol/L氟标准溶液，每个浓度差为十倍(注意：除第一份溶液外，其余每个标准液中均加入22.5mL TISAB溶液）。在配制溶液的过程中注意润洗烧杯。量取不同浓度溶液时用四根吸量管，免去润洗的麻烦。值得注意的问题：润洗和量取5mL溶液的时候要节约，以免后面测量溶液时不够用。 配制空白溶液：在50mL容量瓶中加入25mL TISAB溶液，用去离子水稀释至刻度即可。2.4.2 标准氟工作曲线的制作：安装好实验装置，插上电源，打开仪器，将测量状态调至mV，把电极插入用100mL烧杯装的去离子水中，在搅拌的条件下洗涤电极使其电位基本不变为止（250mV左右），更换去离子水后读数波动不超过5mV表示电极已进入工作状态，可用于进行测量。首先测量空白溶液，将空白溶液倒入100mL的烧杯中，放入搅拌子,调节转速至转动稳定（无需转太快），插入氟离子选择性电极和银-氯化银电极(浸没电极，不要碰到搅拌子，不要有气泡，不要放在中心), 放置5分钟左右，使电极适应缓冲溶液体系。待电位稳定后，记下读数。如果电极下面有气泡，把电极提起来再放进去。将适量（不能太少）标准溶液分别倒入4只100mL的烧杯中,由稀至浓分别测量标准溶液的电位值,每次测定前将搅拌子和电极上的水珠用滤纸擦干，但注意不要碰到底部晶体膜。记下读数。（测定过程中搅拌的速度应该恒定，解决办法是第一次搅拌子稳定后，不动转速按钮，直接开关搅拌器。）最后以F-浓度的对数为横坐标，电位（mV）为纵坐标，绘制标准曲线。测量完毕后将电极用蒸馏水清洗直至测得电位值与第一次清洗时的电位值相近。这点很重要，在测定牙膏样品之前一定要洗至空白。因为电极已经被污染了，不清洗会影响读数的准确性。2.4.3 牙膏中氟含量的测定：准确称取1g左右的牙膏样品于小烧杯中，用玻棒取，在天平上垫上称量纸，玻棒与烧杯一起称。用25ml TISAB溶液分数次将牙膏样品稀释后转移至50ml容量瓶中（第一次用5ml，充分缓慢搅拌，直到不溶物比较少，大概五分钟），用水定容至刻度（可能会有少量气泡）。按上述操作步骤用已境清洗至空白值的电极测量牙膏样品的电位。五分钟左右，电位稳定后，读数。2.4.4 实验结束后：电极用去离子水清洗至电极电位与初始值差不多，然后擦干电极帽子盖上，洗净其他实验器具并摆放整齐，关闭pH计和磁力搅拌器，搅拌磁子回收。3 结果与讨论3.1 实验数据记录与处理3.1.1 测量牙膏电位中各种因素对实验的影响选用（佳洁士） 牙膏质量=1.031 g 搅拌时间/min 电位/mV 0 155 5 154 10 155 15 155 20 154 25 155 膏质量=1.035g T/ 电位E/mV 25 157 35 172 45 1813.1.2 样品分析 T =25 气压=1.01*105 Pa清洗pH/mV计电极时所测得的电动势 次数 EmV 1 253 2 250 3 251 4 251 氟标液电位测定 F- 浓度mol*L-1 EmV 1*10-2 5 1*10-3 161 1*10-4 217 1*10-5 272 空白 300牙膏样品电位测定 牙膏样品 质量mg EmV 佳洁士 1.004 157 纳爱斯 1.059 165 黑人 1.059 167 霸王(不含氟) 1.032 245 由上表作图；图一 标准曲线其方程为 y = -58.7x 19.2根据实验测定，佳洁士 E=157mV lg(CF-)=(157+19.2)/(58.7)=3.00CF-=10-3.00=1.010-3 mol/L m(F-)= CF-M(F-)V(F-)/M = 9.4610-4 g 同理可得：纳爱斯 m(F-)= 6.4910-4 g 黑人 m(F-)= 6.0610-4 g 霸王 m(F-)= 2.9010-5 g 3.2 分析与讨论 实验过程中样品的搅拌与否对对电位影响很小，因而建议可在不搅拌的条件下进行实验，这样可以简化实验操作步骤。温度对样品分析过程中电位影响很大，故实验时要注意温度的选择与标注。霸王牙膏本是不含氟牙膏，但是实验测量出来其还是含有少量氟离子，可能是在测定过程中电极和烧杯没有完全清洗干净的缘故。在使用氟离子选择电极测定氟含量时，可以采用工作曲线法或标准加入法。本实验所采用的是工作曲线法，原因是标准加入法在加入标准点时，加入量是否合适及曲线是否超出仪器的检测上限等等这些都是影响结果的重要因素，而使用工作曲线法可以通过测定空白试样来扣除基体影响。而标准加入法则可用于检测后的数据验证。 3.3 氟离子回收率计算 选用（佳洁士） 牙膏质量=1.003g25mL牙膏样品 + 25mL 1*10-3moL/L氟标液 E=158mV C（F-测量值) = 9.77*10-4moL/LC（F-理论值) = 1*10-3moL/L 故氟离子回收率：W =(9.77*10-4 /1*10-3 ) *100 =97.74 结论 测量的四种牙膏中佳洁士中的氟离子含量是最高的，用离子选择性电极法测量牙膏中的氟离子含量的回收率达到了97.7%，说明该方法是一个很不错的方法，可行性很高，值得推广。5 注意事项 测量时浓度应由稀至浓； 测量空白溶液的电位时，将电极在溶液中放置5分钟左右，使其适应缓冲溶液体系； 绘制标准曲线时测定一系列标准溶液后，应将电极清洗至