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离子选择性电极法测定水中氟离子

一、实验目的

1、掌握直接电位法的测定原理及实验方法。
2、学会正确使用氟离子选择性电极和酸度计。
3、了解氟离子选择性电极的基本性能及其测定方法。

二、实验原理
氟离子选择电极是一种以氟化镧（LaF3）单晶片为敏感膜的传感器。由于单晶结构对能进入晶格交换的离子有严格地限制，故有良好的选择性。将氟化镧单晶（掺入微量氟化铕（ⅱ）以增加导电性）封在塑料管的一端，管内装有0.1mol·L-1NaF和0.1mol·L-1NaCl溶液，以Ag-AgCl电极为参比电极，构成氟离子选择性电极。用氟离子选择性电极测定水样时，以氟离子选择电极作指示电极，以饱和甘汞电极作参比电极，组成的测量电池为
Ag,AgCl[10-3mol/LNaF,10-3mol/LNaCl]LaF3F-(试液)KCl(饱和),Hg2Cl2Hg
电池的电动势（E）随溶液中氟离子的浓度的变化而改变，即
E(电池)=E（SEC）-E（F）
=E（SCE）-k+RT/Flnα(F,外)
=K+RT/Flnα(F,外)
=K+0.059lna(F，外)
式中，0.059为常温下电极的理论响应斜率，,K与内外参比电极，内参比溶液中F-活度有关，当实验条件一定时为常数。
用氟离子选择电极测量F-时，最适宜PH值范围为5.5~6.5。PH值过低，易形成HF，影响F-的活度；PH值过高，易引起单晶膜中La3+的水解，形成La（OH）3，影响电极的响应，故通常用PH值约为6的柠檬酸盐缓冲溶液来控制溶液的PH值。某些高价阳离子（如Al3+、Fe3+）及氢离子能与氟离子络合而干扰测定，而柠檬酸盐可以消除Al3+、Fe3+的干扰。在碱性溶液中，氢氧根离子浓度大于氟离子浓度的1/10时也有干扰，而柠檬酸盐可作为总离子强度调节剂，消除标准溶液与被测溶液的离子强度差异，使离子活度系数保持一致。
氟离子选择电极法具有测定简便、快速、灵敏、选择性好、可测定浑浊、有色水样等优点。最低检出浓度为0.05mg/L（以F-计）；测定上限可达1900mg/L（以F-计）。适用于地表水、地下水和工业废水中氟化物的测定。

三、仪器和试剂
1．仪器：PHS-3CpH计，85-2型恒温电磁搅拌器，氟离子选择性电极，饱和甘汞电极，1mL，5mL，10mL吸量管，25mL移液管，100mL，50mL烧杯各一个，50mL容量瓶7个，胶头滴管，洗耳球，滤纸，镊子。
2.试剂：氟离子标准溶液：0.100mol/L；1.0×10-3mol/L，柠檬酸钠缓冲溶液：0.5mol/L（用1：1盐酸中和至PH值约为6），去离子水。

四、实验步骤

1、预热及电极安装
将氟离子标准溶液和甘汞电极分别与pH/mV计相接，开启仪器开关，预热仪器。
2、清洗电极
取去离子水50~60mL置于100mL烧杯中，放入搅拌磁子，插入氟电极和饱和甘汞电极。开启搅拌器，2min后，若读数大于-300V，则更换去离子水，继续清洗，直至读数小于-300V。
3、工作曲线法
（1）标准溶液的配制及测定
分别准确移取氟离子（0.100mol/L）标准溶液0.20，0.40，1.00，2.00，4.00，10.00mL于6个50mL容量瓶中，各加入5.00mL柠檬酸盐缓冲溶液，用去离子水稀释至刻度，摇匀。得到浓度为0.4×10-3，0.8×10-3，2×10-3，4×10-3，8×10-3，20×10-3的系列标准溶液。
用待测的标准溶液润洗塑料烧杯和搅拌磁子2遍。用干净的滤纸轻轻吸附粘在电极上的水珠。将剩余的氟水样全部倒进塑料烧杯中，放入搅拌磁子，插入洗净的电极进行测定。待读数不变稳定后，读取电位值。按顺序从低至高浓度依次测量，每测量一份试样，无需清洗电极，只需用滤纸轻轻沾去电极上的水珠。测量结果列表记录。
（2）水样的测定
取氟水样25.00mL于50mL容量瓶中，加入5.00mL柠檬酸盐缓冲溶液，用去离子水稀释至刻度，摇匀。待测。用少许氟水样润洗塑料烧杯和搅拌磁子2遍。用干净的滤纸轻轻吸附粘在电极上的水珠。将剩余的氟水样全部倒进塑料烧杯中，放入搅拌磁子，插入洗净的电极进行测定。待读数不变稳定后，读取电位值。

五、结果处理
数据记录如下：
CF（mol/L）0.4×10-30.8×10-32×10-34×10-38×10-32×10-2待测样品Ei（mV）-215-195-169-149-129-102-100
1、用系列标准溶液的数据，在坐标纸上绘制E—lgCF-曲线。

2、根据水样测得的电位值E1，从标准曲线上查到其氟离子浓度，计算水样中氟离子的含量(以mol/L计)。
由计算机处理得标准曲线方程为y=66.355x+10.477
相关系数R=1
由水样测得的电位值Ei=100mV，代入标准曲线方程可得，氟离子