離子選擇性電極法測(cè)定飲用水中氟含量課件

1、化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University離子選擇性電極法離子選擇性電極法測(cè)定飲用水中氟含量測(cè)定飲用水中氟含量基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)IV （儀器分析實(shí)驗(yàn)）化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練要點(diǎn)離子計(jì)的使用（第一次訓(xùn)練）直接電位法的基本技術(shù)（第一次訓(xùn)練）參比電極的使用（第一次訓(xùn)練）化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康亩⒅苯与娢环ê?jiǎn)介二、直接電位法簡(jiǎn)介三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)

2、驗(yàn)步驟五、結(jié)果處理五、結(jié)果處理六、思考題六、思考題七、實(shí)驗(yàn)延伸七、實(shí)驗(yàn)延伸化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University1、掌握離子選擇性電極的響應(yīng)機(jī)理。2、學(xué)會(huì)使用離子計(jì)。3、了解氟離子電極測(cè)定F-的條件。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康幕瘜W(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University 電位分析法是通過(guò)測(cè)定在零電流零電流條件下的電極電位和濃度間的關(guān)系進(jìn)行分析測(cè)定的一種電化學(xué)分析法。它包括直接電位法和電位滴定法。電位分析法一般使用一支指示電極和一支參比電極。其中，指示電極的電極電位與待測(cè)離子的活度（或濃度）符合能

3、斯特方程：ROaanFRTlog 二、二、直接電位法簡(jiǎn)介直接電位法簡(jiǎn)介化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University直接電位法是選用適當(dāng)?shù)闹甘倦姌O進(jìn)入被測(cè)試液，測(cè)量其相對(duì)于一個(gè)參比電極的電位，根據(jù)測(cè)出的電位，直接求出被測(cè)物質(zhì)的濃度。電位滴定法向試液中滴加能與被測(cè)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的已知濃度的試劑，觀察滴定過(guò)程中指示電極電位的突躍，以確定滴定的終點(diǎn)。根據(jù)所需滴定試劑的量，可計(jì)算出被測(cè)物的含量。直接電位法與電位滴定滴定法的區(qū)別直接電位法與電位滴定滴定法的區(qū)別化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University電位分

4、析法最常使用的指示電極是離子選擇性電極化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University 離子選擇性電極是一類利用膜電位測(cè)定溶液中離子的活度或濃度的電化學(xué)傳感器，當(dāng)它和含待測(cè)離子的溶液接觸時(shí)，在它的敏感膜和溶液的相界面上產(chǎn)生與該離子活度直接有關(guān)的膜電位。 離子選擇性電極是一種簡(jiǎn)單、迅速、能用于有色和混濁溶液的非破壞性分析工具，可以分辨不同離子的存在形式，能測(cè)量少到幾微升的樣品，所以十分適用于野外分析和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)。電極對(duì)活度產(chǎn)生響應(yīng)這一點(diǎn)也有特殊意義，使它不但可用作絡(luò)合物化學(xué)和動(dòng)力學(xué)的研究工具，而且通過(guò)電極的微型化已被用于直接觀察體液甚至細(xì)胞內(nèi)某些

5、重要離子的活度變化。離子選擇性電極離子選擇性電極化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University離子選擇電極的分類離子選擇電極的分類化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University 當(dāng)敏感膜兩邊分別與兩個(gè)不同濃度或不同組成的電解質(zhì)相接觸時(shí)，膜兩邊交換、擴(kuò)散離子數(shù)目不同，形成了雙電層結(jié)構(gòu)，在膜的兩邊形成兩個(gè)相界電位 外和 內(nèi)，產(chǎn)生電位差，即形成膜電位。離子選擇性電極響應(yīng)機(jī)理化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University液相中離子活度膜相中離子活度液相中離子活度膜相

6、中離子活度外外外mmaanFRTklg303. 21內(nèi)內(nèi)內(nèi)mmaanFRTklg303. 22內(nèi)外膜k1、k2是與膜有關(guān)的常數(shù)。因內(nèi)參比溶液固定，am內(nèi)為常數(shù)，若k1=k2 ， am外=am 內(nèi)，則：）（常數(shù)膜manFRTlg303. 2化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University)(lg303. 2lg303. 2manFRTKmanFRTm內(nèi)參比內(nèi)參比離子）（常數(shù))(lg303. 2manFRTK 陽(yáng)離子)(lg303. 2RanFRTK 陰離子化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University 由于

7、離子選擇性電極響應(yīng)的是離子活度，但離子活度只在較稀釋的溶液內(nèi)和離子濃度相等。離子的活度取決于由離子內(nèi)容決定的樣品溶液中的離子強(qiáng)度。為確保標(biāo)準(zhǔn)液和樣品液離子強(qiáng)度相同，需要向溶液中加入離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑。另外，有些離子選擇性電極只能用于一定范圍pH值溶液內(nèi)。在離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑內(nèi)加緩沖液可以將標(biāo)準(zhǔn)液和樣品液調(diào)節(jié)至要求的pH值。更為復(fù)雜一些的離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑配方還會(huì)加入一些能和可能發(fā)生的干擾的離子進(jìn)行螯合的添加劑。離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑還含有如抗氧化劑之類的防腐劑。 總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University氟離子選擇電極是目前最成熟的一種離子選擇性電

8、極。將氟化鑭單晶（摻入微量氟化銪（）以增加導(dǎo)電性）封在塑料管的一端，管內(nèi)裝0.1molL- 1 NaF和0.1molL-1 NaCl溶液，以Ag/AgCl電極為參比電極，構(gòu)成氟離子選擇電極。 測(cè)定時(shí)，以F-選擇電極作指示電極，以飽和甘汞電極作參比電極，組成測(cè)量電池。如果忽略液接電位，電池的電動(dòng)勢(shì)為：-F0.0592logEb三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的主要成分及作用總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的主要成分及作用：（1）NaCl等：高濃度電解質(zhì)用以維持溶液具有相同的活度系數(shù)，消除溶液間離子強(qiáng)度差異對(duì)電位的

9、影響。（2）檸檬酸鹽：比F更強(qiáng)的絡(luò)合劑，優(yōu)先與干擾離子相結(jié)合，從而使氟離子從絡(luò)合物中游離出來(lái)。（3）醋酸、鹽酸、氫氧化鈉等：形成檸檬酸鹽、醋酸鹽的p緩沖體系。pH值過(guò)低，H+與F-反應(yīng)生成HF，從而降低溶液中F-含量,檢測(cè)結(jié)果偏低。pH值過(guò)高，OH-與氟電極的敏感膜上的La反應(yīng)生成會(huì)La(OH)3，影響氟電極響應(yīng)特性。 化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University氟離子選擇電極的準(zhǔn)備：將氟電極在去離子水中浸泡8小時(shí)或過(guò)夜；或在110-3mol/L NaF溶液中浸泡12小時(shí)，然后用蒸餾水清洗數(shù)次直至測(cè)得的電位值約為-300mV(此值各支電極不同)。

10、若氟離子選擇電極暫不使用，宜于干放。氟離子標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制：吸取0，1.0，2.0，5.0，7.0，10.0mL氟標(biāo)準(zhǔn)液，分別置于5只50mL容量瓶中，并于各容量瓶中加入15mL總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑，10mL 0.lmol/L鹽酸，加水稀釋至刻度，搖勻備用。四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University操作：將上述標(biāo)準(zhǔn)溶液依次倒入小聚乙烯塑料燒杯中(浸沒電極即可)，插入氟離子選擇電極和飽和甘汞電極，連接線路，放入攪拌子，開動(dòng)攪拌器，由稀至濃分別測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)溶液的電位值，待電位值(或pX值)穩(wěn)定后讀取讀數(shù)。每次測(cè)定前用被測(cè)試液清洗電

11、極、燒杯以及攪拌子。標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)量完畢后將電極用蒸餾水清洗直至測(cè)得電位值-300mV左右待用。水樣中氟的測(cè)定化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理 記錄F-標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度及對(duì)應(yīng)的E值，作EpF工作曲線。未知樣品測(cè)得E值后，帶入工作曲線計(jì)算對(duì)應(yīng)的pF，即得分析結(jié)果。 化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University1、氟離子選擇性電極為什么能反映溶液中F-的活度？2、實(shí)驗(yàn)中加入離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的作用是什么?離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的一般組成是什么？3、電位分析法與循環(huán)伏安法的區(qū)別有哪些？（

12、在完成兩個(gè)實(shí)驗(yàn)后回答）六、思考題六、思考題化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心Northwest University七、實(shí)驗(yàn)延伸七、實(shí)驗(yàn)延伸標(biāo)準(zhǔn)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào) 標(biāo)準(zhǔn)名稱標(biāo)準(zhǔn)名稱 GB/T 10267.1-1988 金屬鈣分析方法氯離子選擇性電極法測(cè)定氯 GB/T 13083-2002 飼料中氟的測(cè)定離子選擇性電極法 GB/T 13369-1992 二氧化鈾粉末和芯塊中氯的測(cè)定 高溫水解、離子選擇性電極法 GB/T 15555.11-1995 固體廢物氟化物的測(cè)定離子選擇性電極法 GB/T 20166.2-2006 稀土拋光粉化學(xué)分析方法 氟量的測(cè)定 離子選擇性電極法 GB/T 21057-2007 無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品中氟含量測(cè)定的通用方法 離子選擇性電極法 GB/T 23273.6-2009 草酸鈷化學(xué)分析方法 第