离子选择电极测定自来水中的氟.docxVIP

实验一 离子选择电极测定自来水中的氟一实验目的1. 掌握用氟离子选择电极测定水中微量氟的方法；2. 了解离子强度调节缓冲液的意义和作用；3. 掌握环境样品的预处理方法。二实验原理1. 离子选择性电极1975年国际纯粹与应用化学协会给出明确的定义：离子选择性电极是一种电化学传感体，它的电位对溶液中给定离子的活度的对数呈线性关系，这些装置不同于包含氧化还原反应的体系。其基本结构是由四部分组成：敏感膜、内导体系（内参比电极、内参比溶液）、电极杆、绝缘导线。氟离子选择电极(简称氟电极)是晶体膜电极。它的敏感膜是由难溶盐LaF3单晶(定向掺杂EuF2)薄片制成，电极内装有0.1molL1 NaF0.1molL1NaCl组成的内充液，浸入一根AgAgCl内参比电极。测定时，氟电极、饱和甘汞电极(外参比电极)和含氟试液组成下列电池：AgAgCl(NaF(0.1moLL1)NaCl(0.1moLL1)LaF3单晶含氟试液(F)KCl(饱和)，Hg2Cl2Hg氟电极 试液 饱和甘汞电极 一般离子计上氟电极接()，饱和甘汞电极接()，测得电池电位差为：E电池=ESCE(E膜EAg-AgCl)EaEj在一定的实验条件下(如溶液的离子强度、温度等)，外参比电极电位ESCE、活度系数，内参比电极电位EAg-AgCl、氟电极的不对称电位Ea以及液接电位Ej等都可以作常数处理，而氟电极的膜电位E膜与氟离子活度的关系符合Nernst公式，因此上述电池的电位差E电池与试液中氟离子的浓度的对数呈线性关系，即 E电池=K (2.303RT/F) lgCF式中，K为常数，R为摩尔气体常数8.314Jmol1K1，T为热力学温度，F为法拉第常数96485Cmol1。2. 应用氟电极时需考虑三个问题：（1）溶液pH的影响，试液的pH对氟电极的电位有影响，pH值在56是氟电极最佳pH使用范围，在低pH值的溶液中，由于形成HF、HF2等在电极上不响应的型体，降低了F。pH值高时，OH浓度增大，OH在氟电极上与F产生竞争响应，也由于OH能与LaF3晶体膜产生反应(LaF33OHLa(OH)33F)。从而干扰电位响应，因此测定需要在pH56缓冲溶液中进行。（2）为了使测定过程中F的活度系数、液接电位Ej保持恒定，试液要维持一定的离子强度，因此常在试液中加入一定浓度的惰性电解质，如KNO3，NaCl等以控制试液的离子强度。（3）氟电极的选择性较好，但能与F形成络合物的阳离子如Al(III)，Fe(III)，Th(IV)以及能与La(III)形成络合物的阴离子对测定有不同程度干扰。为了消除金属离子的干扰，加入掩蔽剂，如柠檬酸钾K3Cit、EDTA等。以上三种实验条件用总离子强度调节缓冲剂(Total Ionic Strength Adjustment Buffer，TISAB)来控制，其组份为KNO3，HAcNaAc，K3Cit。三仪器与试剂1. 仪器：pHS pH计；氟离子选择电极，使用前应在去离子水中浸泡1-2h；电磁搅拌器、50mL容量瓶、烧杯等。2. 试剂：(1)TISAB溶液，102g KNO3，83g NaAc，32g K3Cit，放入1L烧杯中，加入冰醋酸14mL，加600mL去离子水溶解，溶液的pH应为5.0-5.5，如超出此范围，应加NaOH或HAc调节，然后稀至1L。(2)0.100molL1NaF标准溶液：称取2.10gNaF(已在120烘干2h以上)，放入500mL烧杯中，加入100mL TISAB和300mL去离子水溶解后转移至500mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，转移至聚乙稀瓶中。 (3)高氯酸70-72%。四实验步骤1. pHS-3酸度计使用方法(1) 开机通电预热30min。(2) 测量电极电位按下“mV”档(此时定位键，斜率补偿键，温度补偿键不起作用)。将清洗过电极插入溶液内，并开动电磁搅拌机，仪器即指示两电极电位差。2.实验操作(1) 水样的预处理：用聚乙烯瓶采集水样，用水蒸气蒸馏法预处理环境水样，水中氟化物在含高氯酸(或硫酸)的溶液中，通入水蒸气，以氟硅酸或氢氟酸形式被蒸出。取50mL水样(氟浓度高于2.5mg/L时，可分取少量样品，用水稀释到50mL)于蒸馏瓶中加10mL高氯酸(70-72%)，加热，待蒸馏瓶内溶液温度升到约130开始通入蒸气，并维持温度在130-140，蒸馏速度为5-6mL/min,待接收瓶中馏出液体积约为200mL时，停止蒸馏，并用水稀释至200mL，供测定用。(2) 标准溶液系列的配制：取5个50mL容量瓶，在第一个容量瓶中加入10mL TISAB溶液，其余加入9mL TISAB溶液。用5mL移液管吸取5.0mL 0.100molL1NaF标准溶液放入第一个容量瓶中，加去离子水至刻度。即为1.00102molL1 F溶液，1.001031.00106molL1 F溶液逐级稀释配制。(3) 工作曲线的测绘：上述(2)溶液分别倒入干燥的50mL烧杯中，并分别插入洗净的F电极和SCE，在电磁搅拌机上搅拌3-4min，读下mV值，测量的顺序由稀到浓，这样在转换溶液时电极不必清洗，仅用滤纸吸去附着的溶液即可。（注：更换水样溶液之前，电极必须用蒸馏水清洗。）以测得的电位值(mV)为纵坐标，以pCF(或CF)为横座标，在(半对数)坐标纸上作出工作曲线。根据水样测得的电位值，从工作曲线上查出经预处理水样的CF-值，并换算成未经预处理水样的CF并以mgL1表示。五数据处理用半对数座标纸绘制标准曲线，从标准曲线上求实际斜率和线性范围，并求出样品中CF。六思考题1. 为什么测定时试液要按由稀到浓的顺序?1. TISAB的组成是什么?它在测量中各起什么作用?2. 从工作曲线上可以得到哪些离子选择电极的特征参数?3. 写出离子选择电极的电极电位完整表达式。4. 用氟电极测得的是F离子的浓度还是活度?如果要测量F离子浓度，应该怎么办?【注意事项】1 在测定一系列标准溶液后，应将电极清洗至原空白电位值，然后再测定未知试液的电位值。测定过程中搅拌溶液的速度应恒定。2 F离子电极在使用前应在纯水中充分浸泡，若电极初用可浸泡1-2天，使得它在纯水中的电位值(VS SCE)应在340