实验六--氟离子选择电极测定自来水中的氟含量

实验六实验六 氟离子选择电极测定自来水中的氟含量氟离子选择电极测定自来水中的氟含量 一 实验目的 1 了解氟离子选择性电极的基本性能及其使用方法 2 掌握用氟离子选择性电极测定氟离子浓度的方法 3 学会使用离子选择性电极的测量方法和数据处理方法 二 基本原理 饮用水中氟含量的高低 对人的健康有一定的影响 氟含量太低 易得牙龋病 过高 则会发生氟中毒 适宜含量为 0 5 1 0 mg L 目前测定氟的方法有比色法和直接电位法 比色法测量范围较宽 但干扰因素多 并 且要对样品进行预处理 直接电位法 用离子选择性电极进行测量 其测量范围虽不及前 者宽 但已能满足环境监测的要求 而且操作简便 干扰因素少 一般不必对样品进行预 处理 因此 电位法逐渐取代比色法成为测量氟离子含量的常规方法 氟离子选择性电极 简称氟电极 以 LaF3单晶片为敏感膜 对溶液中的氟离子具有良 好的选择性 氟电极 饱和甘汞电极 SCE 和待测试液组成的原电池可表示为 Ag AgCl NaCl NaF LaF3膜 试液 KCl 饱和 Hg2Cl2 Hg 一般 pH mV 计上氟电极接 饱和甘汞电极接 测得原电池的电动势为 F SCE E 和分别为饱和甘汞电极和氟电极的电位 当其他条件一定时 SCE F 25 1 F KE lg059 0 其中 K 为常数 0 059 为 25 时电极的理论响应斜率 为待测试液中活度 F F 用离子选择性电极测量的是离子活度 而通常定量分析需要的是离子浓度 若加入适 量惰性电解质作为总离子强度调节缓冲剂 TISAB 使离子强度保持不变 则 1 可表示为 pFK cK cKE F F 059 0 lg 059 0 lg059 0 为待测试液中浓度 F c F F cpFlg E 与呈线性关系 因此只要作出 E的标准曲线 并测定水样的值 由标pFpF x E 准曲线上即可求得水中氟的含量 用氟电极测量时 最适宜 pH 范围为 5 0 5 5 pH 值过低 易形成 等 FHF 2 HF 降低了 pH 值过高 浓度增大 在氟电极上与产生竞争响应 也由于 F OH OH F 能与单晶膜中 LaF3产生如下反应 OH FOHLaOHLaF3 3 33 为电极本身响应而造成干扰 故通常用柠檬酸盐缓冲溶液来控制溶液的 pH 值 氟 F 电极只对游离氟离子有响应 而非常容易与 等离子配位 因此 在测定时 F 3 Al 3 Fe 必须加入配合能力较强的配位体 如柠檬酸盐是较强的配位剂 还可消除 等 3 Al 3 Fe 离子的干扰 才能测得可靠准确的结果 三 仪器及试剂 1 pH mV 计 电磁搅拌器 氟离子选择性电极 饱和甘汞电极 2 NaF 标准储备液 1mg mL 将分析纯 NaF 在 120 烘干 准确称取 2 2105g 溶于二次蒸馏水中 移入 1L 容量瓶中 稀释至刻度 即得到1mg mL 的氟离子 标准溶液 然后储存在聚乙烯瓶中备用 3 NaF 标准稀释液 0 01mg mL 吸取 1 0mL 的 1mg mL NaF 标准储备液 置于 100mL 容量瓶中 用缓冲溶液 TISAB 稀释至刻度 4 缓冲溶液 TISAB 即总离子强度缓冲溶液 称取 58g NaCl 及 0 357g 柠檬酸钠溶于二次蒸馏水中 加冰醋酸 60mL 用 50 氢氧化钠调节pH 值为 5 0 5 5 冷却至室温 转入 1L 容量瓶中 用水稀释至刻度 摇匀 转入洗净 干燥 的试剂瓶中 5 50mL 100mL 容量瓶 50mL 烧杯各若干 四 操作步骤 1 将氟电极和甘汞电极分别与 pH mV 计上的接口正确相接 氟电极接 饱和甘 汞电极接 用 mV 档测量 开启仪器开关 预热仪器 2 清洗电极 于 50 mL 的烧杯中 加入 30 40 mL 的蒸馏水 放入搅拌磁子 插入氟电极和饱和甘 汞电极至合适位置 开启搅拌器 调节搅拌速度适中 使之保持较慢而稳定的转速 注意 在整个实验过程中保持该转速不变 切记 清洗电极 若 mV 计读数小于 350mV 更换 蒸馏水 继续清洗 直至读数大于 350mV 3 标准曲线法 校正曲线法 1 标准曲线的制作 分别取 0 50mL 1 00mL 1 50mL 2 00mL 3 00mL 的氟 标准稀释溶液置于 50mL 溶液瓶中 加缓冲溶液 10 00mL 用水稀释至刻度 摇匀 将部 分溶液倒入烧杯中 放入搅拌磁子 插入前面清洗好的两电极 开启搅拌器 待读数稳定 后 读取点位值 按浓度从低至高依次测量 测量结果列表记录在表 1 中 2 水样测定 取水样 25 00mL 置 50mL 容量瓶中 加 10 00mL 缓冲溶液 用水稀 释至刻度并摇匀 将部分溶液倒入烧杯中 放入搅拌磁子 插入前面清洗好的两电极 同 上操作 读取稳定的测量电位值 记录在表 1 中 五 实验数据及其处理 1 数据记录及工作曲线的绘制 表 1 mg mL F c0 00010 00020 00030 00040 0006稀释水样 F clg 4 000 3 699 3 523 3 398 3 222 pF4 0003 6993 5233 3983 222 E 根据配制的系列标准浓度所测定的数据 在坐标纸上绘制 E曲线 也可以利用pF 电脑绘制标准曲线 得到标准曲线 校正曲线 回归计算得出标准曲线方程 相关稀释 r2 2 水样中的实际含量的计算 F 根据水样测得的电位值 在标准曲线上查到其对应的 或由标准曲线方程得到 x EpF 然后在计算出稀释后水样中氟离子的浓度 最后计算出水样中氟离子的含量 x c 水样中氟离子的含量 2 x c 六 注意事项 1 氟电极浸入待测液中 应使单晶膜外不要附着水泡 以免干扰读数 2 测定时搅拌速度应缓慢而稳定 3 实验过程中 必须确保标准溶液测定顺序由低到高依次进行 若测定未知浓度样品 时 需要用蒸馏水清洗氟电极后再测定 避免产生较大误差 同时 应该注意用蒸馏水冲 洗过后 需要用滤纸吸去单晶膜上的水珠 而不能直接用手接触膜片 因为本次实验用的 单晶膜比较敏感 用手擦可能损害膜片 七 思考题 1 为什么要加入总离子强度调节缓冲剂 或柠檬酸盐在测量溶液中能起到那些作用 答 柠檬酸盐缓冲溶液可以控制溶液的 pH 值 通过与 形成比 稳定的络合物 消除 3 Al 3 Fe 3 6 AlF 3 3 FeF 3 Al 等离子的干扰 3 Fe 调节离子强度 2 氟电极在使用时应注意哪些问题 答 在使用时 一定要注意把溶液的 pH 值控制在 5 0 5 5 之间 因为氟离子选择性电 极有较好的选择性 主要干扰离子是 在碱性溶液中 电极表面会发生方应 OH 在较高的酸度