北京理工大学-氟离子选择电极法测定自来水中的氟

氟离子选择电极测定自来水中的氟

刘红阳 19121201 1120123063

一、实验目的

1、了解离子选择电极的主要特性，掌握离子选择电极法测定的原理、方法及实验操作；

2、了解总离子强度调节缓冲液的意义和作用；掌握用校准曲线法测定自来水中的氟离子浓度的方法。

二、实验原理

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（为增加导电性，定向掺杂EuF2）薄片制成，电极管内装有0.1mol·L-1NaF和0.1mol·L-1NaCl组成的内充液，浸入一根Ag-AgCl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：

Ag|AgCl|NaF(0.1mol·L-1)，NaCl(0.1mol·L-1)|LaF3晶体|含氟试液(a(F-))||KCl(饱和)，Hg2Cl2|Hg。

一般离子计上氟电极接负极，饱和甘汞电极接正极，测得电池的电动势为

E电池=φ

SCE－φ

膜

－φ

Ag-AgCl+φa+φj

SCE、

在一定的实验条件下（如溶液的离子强度、温度等），外参比电极点位φ活度系数γ、内参比电极电位φ

Ag-AgCl、氟电极不对称电位φa以及液接电位φj

等都可以作为常数处理，而氟电极的膜电位φ膜与F-活度的关系符合能斯特方程，因此上述电池的电动势E电池与试液中氟离子浓度的对数呈线性关系，即

?2.303RT2.303RTlgaFpF FFE电池=常数+=常数－

式中，R为摩尔气体常数（8.314J·mol-1·K-1），T为热力学温度，F为法拉第常数（96485C·mol-1）。

在应用氟电极时需要考虑以下三个问题：

⑴ 试液pH的影响：试液的pH对氟电极的电位响应有影响，pH5~6是氟电极使用的最佳pH范围。在低pH的溶液中，由于形成HF、HF-2等在氟电极上不响应的型体，降低了aF-，pH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晶体膜产生如下反应：

LaF3+3OH-===La（OH）3+3F-

从而干扰电位响应。因此测定需要在pH5~6（本实验为5）的缓冲溶液中进行，常用的缓冲溶液是HAc-NaAc溶液。

⑵ 为了使测定的过程中F-活度系数、液接电位φj保持恒定，试液要维持一定的离子强度。常在试液中加入一定浓度的惰性电解质，如KNO3、NaCl、KClO4等，以控制试液的离子强度。

⑶ 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（Ⅱ）、Th（Ⅳ）等，以及能与La（Ⅲ）形成络合物的阴离子，对测定有不同程度的干扰。为了消除金属离子的干扰，可以加入掩蔽剂如柠檬钾、EDTA等。 因此，用氟电极测定自来水中的氟含量时，使用总离子强度调节缓冲溶液（TISAB）来控制氟电极的最佳使用条件，其组分为KNO3、HAc-NaAc和K3Cit。

三、实验仪器与试剂

仪器：pHS-3B型pH计（或其他型号的离子计）；氟离子选择电极（使用

前应在去离子水中浸泡1~2h）；饱和甘汞电极；电磁搅拌器；100ml容量瓶；100ml烧杯；5ml移液管；吸耳球；10ml量筒。

试剂：0.1mol·L-1NaF标准溶液；总离子强度调节缓冲溶液（TISAB）。

四、实验步骤

本实验采用标准曲线法测定自来水中的含氟量。 （1）氟电极的清洗

将pH计调至“mV”挡，装上氟电极和参比电极（SCE）。取一洁净100mL烧杯，加入50mL左右的去离子水，放入磁子，至于电磁搅拌器上，调节磁子转速，使其在不产生漩涡的情况下具有最大转速。调节完毕后，将两电极插入去离子水中清洗10min左右，直至氟电极电位达到300mV以上方可使用（本实验中电极可能经过长时间使用，电极电位达到了370mV）。 （2）标准系列溶液的配制

取5个50mL容量瓶，在第一个容量瓶中加入10mLTISAB溶液（此过程可用量筒直接量取），其余加入9mLTISAB溶液。用5mL移液管吸取5.0mL0.1mol·L-1NaF标准溶液放入第一个容量瓶中，加去离子水至刻度，摇匀

即为1.0×10-2mol·L-1F-1溶液。然后逐一稀释配制10-2~10-6mol·L-1F-1溶液。 （3）校准曲线法

校准曲线的绘制：将实验内容（2）所配好的溶液分别倒入干燥的100mL烧杯中，放入磁子，插入氟电极和饱和甘汞电极，在电磁搅拌器上搅拌3~4min后读mV值。测量的顺序是从稀到浓，这样在转换溶液时不必用水洗，仅用滤纸吸去附着的溶液即可。以测得的电动势值（mV）为纵坐标，以pF或lgc（F-）为横坐标，作校准曲线。

自来水样中氟离子含量的测定：用两个50mL容量瓶，分别加入10mLTISAB溶液，加自来水稀释至刻度，摇匀。将电极在去离子水中洗净，使其在去离子水中的电位值达到最初清洗时的电位值，方能用来测自来水样中的含氟量。把水样倒入50mL烧杯中，插入电极，测定其电位值。从校准曲线上查出样品溶液的c（F-）值，再换算成自来水中的含氟量并以mg·L-1表示。

五．实验数据记录与处理

1、标准曲线的绘制

不同浓度的F-对应的所测电动势值如下表所示： NaF溶液浓度c/mol·L-1 pF值 电动势值/mV 1×10 2 153.1 -21×10 3 208.8 -31×10 4 265.4 -41×10 5 321.2 -51×10 6 360.3 -6 以电动势值（mV）为纵坐标，以pF值为横坐标，作校准曲线如下：

R2>0.99,说明线性关系拟合程度很好。

2、自来水样中氟含量的测定：

自来水样中测得的电动势值为318.4mV，代入上式中，解得pF值为5.0747，故自来水样中氟离子的浓度为1000mg·L-1=0.1999mg·L-1

c=10-5.0747×5/4×18.998×

六、思考题：

1、以本实验所用的TISAB溶液各组分所起的作用为例，说明离子选择电极

法中用TISAB溶液的意义。

答：TISAB溶液中：KNO3溶液可以维持一定的离子强度，保持F-活度系数、液接电位φj稳定；HAc-NaAc缓冲液可以调节溶液的pH为5；柠檬酸钾（K3Cit）可以做掩蔽剂，消除金属离子的干扰。

2.从校准曲线上可以得到哪些离子选择电极的特性参数？

答：能斯特响应。离子选择性电极具有将溶液中某种特定离子活度变化服从于能斯特方程式，则称为能斯特响应。从标准校正曲线中可以看到E与pF或lgc（F-）呈线性关系，符合能斯特方程中表达的一次函数关系。

指导老师：张慧敏 2014年12月12日

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fzcw.html