離子選擇性電極法測(cè)定水中微量氟的方法.docx

實(shí)驗(yàn)一離子選擇性電極法測(cè)定水中微量氟實(shí)驗(yàn)日期：_同組人：_成績(jī)：_一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握離子選擇性電極法測(cè)定離子含量的原理和方法；(2)掌握標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法的適用條件；(3)了解使用總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液的意義和作用；(4)熟悉氟電極和飽和甘汞電極的結(jié)構(gòu)和使用方法；(5)掌握酸度計(jì)的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理飲用水中氟含量的高低對(duì)人體健康有一定影響，氟的含量太低易得齲齒，過高則會(huì)發(fā)生氟中毒現(xiàn)象，適宜含量為0.5mgL-1左右。因此，監(jiān)測(cè)飲用水中氟離子含量至關(guān)重要。氟離子選擇性電極法已被確定為測(cè)定飲用水中氟含量的標(biāo)準(zhǔn)方法。離子選擇性電極是一種電化學(xué)傳感器，它可將溶液中特定離子的活度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電位信號(hào)。氟離子選擇性電極的敏感膜為L(zhǎng)aF3單晶膜(摻有微量EuF2，利于導(dǎo)電)，電極管內(nèi)裝有0.1molL-1NaCl-NaF組成的內(nèi)參比溶液，以Ag-AgCl作內(nèi)參比電極。當(dāng)氟離子選擇電極(作指示電極)與飽和甘汞電極(參比電極)插入被測(cè)溶液中組成工作電池時(shí)，電池的電動(dòng)勢(shì)正在一定條件下與F-離子活度的對(duì)數(shù)值成線性關(guān)系：FSKElg式中，K值在一定條件下為常數(shù)；S為電極線性響應(yīng)斜率(25時(shí)為0.059V)。當(dāng)溶液的總離子強(qiáng)度不變時(shí)，離子的活度系數(shù)為一定值，工作電池電動(dòng)勢(shì)與F-離子濃度的對(duì)數(shù)成線性關(guān)系：FcSKElg為了測(cè)定F-的濃度，常在標(biāo)準(zhǔn)溶液與試樣溶液中同時(shí)加入相等的足夠量的惰性電解質(zhì)以固定各溶液的總離子強(qiáng)度。試液的pH對(duì)氟電極的電位響應(yīng)有影響。在酸性溶液中H+離子與部分F-離子形成HF或HF2-等在氟電極上不響應(yīng)的形式，從而降低了F-離子的濃度。在堿性溶液中，OH-在氟電極上與F-產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)響應(yīng)，此外OH-也能與CaF3晶體膜產(chǎn)生如下反應(yīng)：CaF3+3OH-La(OH)3+3F-由此產(chǎn)生的干擾電位響應(yīng)使測(cè)定結(jié)果偏高。因此測(cè)定需要在pH=56的溶液中進(jìn)行，常用緩沖溶液HOAc-NaOAc來調(diào)節(jié)。氟電極的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)F-響應(yīng)的線性范圍寬(110-6molL-1)，響應(yīng)快，選擇性好。但能與F-生成穩(wěn)定絡(luò)合物的陽離子如A13+、Fe3+等以及能與La3+形成絡(luò)合物的陰離子會(huì)干擾測(cè)定，通?？捎脵幟仕徕c、EDTA、磺基水楊酸或磷酸鹽等加以掩蔽。使用氟電極測(cè)定溶液中氟離子濃度時(shí)，通常是將控制溶液酸度、離子強(qiáng)度的試劑和掩蔽劑結(jié)合起來考慮，即使用總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液(TISAB)來控制最佳測(cè)定條件。本實(shí)驗(yàn)的TISAB的組成為NaCl、HOAc-NaOAc和檸檬酸鈉。在本實(shí)驗(yàn)中，分別選用了標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行定量測(cè)定。當(dāng)待測(cè)試樣組成已知或較簡(jiǎn)單時(shí)，宜選用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，尤其在樣品數(shù)目較多的例行分析中更能顯示出優(yōu)越性。若對(duì)試樣組成不甚了解，或樣品組成較復(fù)雜，配制組成相近的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液就有困難。此時(shí)為得到較高準(zhǔn)確度就應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)加入法。同時(shí)，該法只需一種標(biāo)準(zhǔn)溶液，操作簡(jiǎn)便快速。三、儀器藥品1、儀器：pHS3B型酸度計(jì)、氟離子選擇性電極、飽和甘汞電極、電磁攪拌器。2、藥品：（1）100gmL-1氟標(biāo)準(zhǔn)溶液（2）10.0gmL-1氟標(biāo)準(zhǔn)溶液（3）總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液(TISAB)四、實(shí)驗(yàn)步驟1、標(biāo)準(zhǔn)曲線法（1）氟標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的配制準(zhǔn)確移取5.0gmL-1氟標(biāo)準(zhǔn)溶液1.00、4.00、7.00、10.00、13.00mL分別放人5個(gè)50mL容量瓶中，各加入TISABl0mL，用去離子水稀釋定容，搖勻，即得到濃度分別為0.10、0.40、0.70、1.00、1.30gmL-1氟離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液。（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制將上述配好的標(biāo)準(zhǔn)溶液分別倒入50mI小塑料杯中，將準(zhǔn)備好的氟離子選擇性電極注l和飽和甘汞電極注2浸入溶液中注3，在電磁攪拌下，讀取平衡電位值注4。測(cè)量的順序由稀到濃，在轉(zhuǎn)換溶液時(shí)，用水沖洗電極，再用濾紙吸去附著溶液。在普通坐標(biāo)紙上作ElgcF-圖，即得標(biāo)準(zhǔn)曲線。（3）試樣中氟含量的測(cè)定吸取含氟量小于10.0gmL-1的水樣50.00mL于100mL容量瓶中，加入10mLTISAB，用去離子水稀釋定容，搖勻。215184171161154y=54.406x+161.33150160170180190200210220230-0.200.20.40.60.811.2E/mV-lgcFE/mV線性(E/mV)將氟離子選擇性電極和飽和甘汞電極置于盛有去離子水的小塑料杯中，用磁子攪拌溶液以清洗電極，直至所測(cè)電位與起始的空白電位值接近時(shí)，拿出電極。用濾紙吸干電極表面的水，再插入盛有未知水樣的塑料杯中，在電磁攪拌下讀取平衡電位值El，根據(jù)E1從工作曲線上查得氟含量并計(jì)算出水樣的含氟量(gmL-1)。2、標(biāo)準(zhǔn)加入法（1）準(zhǔn)確吸取50.00mL水樣于100mL容量瓶中，再準(zhǔn)確加人1.00mL100gmL-1氟標(biāo)準(zhǔn)溶液，10mLTISAB，并用去離子水稀釋定容，搖勻。（2）將氟離子選擇性電極和飽和甘汞電極插入盛有上述溶液的小塑料杯中，在電磁攪拌下測(cè)其平衡電位值E2，再根據(jù)E1和E2計(jì)算出原水樣中的氟含量：10)110(12sEEssxVVcc四、數(shù)據(jù)記錄與處理1、標(biāo)準(zhǔn)曲線法(1)標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作F-/g.mL-10.10.40.71.01.3E/mV215184171161154在普通坐標(biāo)紙上,以lgcF-為橫坐標(biāo)，電位E為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。-lgcF-E標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖（2）未知液分析未知試液的電位E1=_160_mV，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出試液氟含量為_1.06_g.mL-1，計(jì)算出原水樣的氟含量為_2.12_g.mL-1。2、標(biāo)準(zhǔn)加入法未知試液的電位E1=_160_mV，加入標(biāo)準(zhǔn)氟溶液未知試液的電位E2=_142_mV，根據(jù)公式計(jì)算出試液氟含量為_0.98_g.mL-1，換算成原水樣的氟含量為_1.96_g.mL-1。10)110(12sEEssVVcxc1059.0142.0160.0)110(10000.1*100=0.98g.mL-1五、結(jié)果與討論從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出通過標(biāo)準(zhǔn)曲線法與標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)得的結(jié)果基本相同，說明本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，實(shí)驗(yàn)基本成功。該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊袢〉贸晒Φ年P(guān)鍵在于能否準(zhǔn)確量取、配置好標(biāo)準(zhǔn)溶液與待測(cè)溶液，在測(cè)量過程中要注意潤(rùn)洗燒杯，清洗電極。六、思考題(1)標(biāo)準(zhǔn)加入法為什么要加入比欲測(cè)組分濃度大很多的標(biāo)準(zhǔn)溶液?答：因?yàn)楫?dāng)加入的標(biāo)準(zhǔn)溶液比欲測(cè)組分濃度大很多時(shí)，加入體積VsV0，這樣溶液的活度系數(shù)可以認(rèn)為基本保持不變，即r1=r2.，游離粒子的摩爾分?jǐn)?shù)也基本保持恒定，即x1=x2。這樣不會(huì)因?yàn)槿芤夯疃认禂?shù)的改變而給溶液離子濃度的測(cè)定帶來誤差。(2)氟電極在使用前應(yīng)該怎樣處理?使用后應(yīng)該怎樣保存?答：使用前須用去離子水活化過夜，或在10-3mol/LNaF溶液中浸泡1-2h，再用去離子水洗至空白電位值為300mv左右方可使用，使用時(shí)先洗凈后用濾紙吸去水分；使用后用水充分洗凈，然后浸泡在水中。長(zhǎng)久不用時(shí)，應(yīng)風(fēng)干保存。(3)TISAB溶液包含哪些組分?各組分的作用怎樣?答：TISAB主要包含乙酸、NaCl、檸檬酸鈉等。乙酸緩沖溶液調(diào)節(jié)溶液的PH，加入NaCl是為了增強(qiáng)溶液離子強(qiáng)度，從而使離子活度系數(shù)恒定。加入檸檬酸進(jìn)行掩蔽干擾離子：陰離子，OH-，陽離子，F(xiàn)e3+Al3+、Sn。(4)氟離子選擇性電極測(cè)得的是F-的濃度還是活度?如果要測(cè)定F-的濃度，應(yīng)該怎么辦?答：氟離子選擇性電極的膜電位所反映的是F的活度而不是濃度。用氟電極測(cè)出的只能是F的活度。因?yàn)镕fFCF，所以只有當(dāng)離子活度系數(shù)fF固定不變時(shí)，氟電極的膜電位才與F的濃度成線性關(guān)系，即E膜K0.059logCF，這里K是包括了活度系數(shù)f