离子选择性电极法测定水中微量氟离子.doc

实验离子选择性电极法测定水中微量氟离子

一、实验目的
1.熟悉氟离子选择性电极的结构和性能；
2.学习用直接电位法测定氟离子浓度的方法；
3.掌握标准曲线法和标准加入法的计算技能。
二、实验原理
离子选择性电极是一种电化学传感器，它可将溶液中特定离子的活度转换成相应的电位信号。氟离子选择性电极的敏感膜为LaF3单晶膜，电极管内装有0.1mol·L-1NaCl―NaF组成的内参比溶液，以Ag―AgCl作内参比电极。测定时，用氟离子选择电极作指示电极，饱和甘汞电极作参比电极，由氟离子选择性电极与饱和甘汞电极组成的电化学电池可表示为：
Hg∣Hg2Cl2，KCl(饱和)‖试液∣LaF3∣NaF，NaCl，AgCl∣Ag
∣甘汞电极∣∣氟离子选择性电极∣

在离子强度和pH值不变时，整个电池的电动势为：

式中，K常数，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。可见，在一定条件下，电池电动势与试液中的氟离子浓度的对数呈线性关系。离子选择电极定量测定的方法有标准曲线法和标准加入法。
为了保持溶液中的总离子强度不变，常在标准溶液与试样溶液中同时加入相等的足够量的惰性电解质如NaCl等。
在用氟离子选择性电极测定水中氟时，凡能与Fˉ生成稳定络合物或难溶沉淀的元素，如A1、Fe、Zr、Th、及Ca、Mg、稀土元素等会干扰测定，通常可用柠檬酸钠、EDTA、DCTA、磺基水杨酸或磷酸盐等掩蔽剂加以掩蔽。
氟电极对Fˉ离子的电位响应，受溶液pH值的影响。在酸性溶液中H+离子与部分Fˉ离子形成HF或HF2ˉ等在氟电极上不响应的形式，从而降低了Fˉ离子的浓度。在碱性溶液中，OHˉ在氟电极上与Fˉ产生竞争响应，此外OHˉ也能与LaF3晶体膜产生交换反应而使Fˉ离子浓度增加：

从而干扰电位响应使测定结果偏高。因此氟离子电极最适宜于在pH=5～6范围内的溶液中进行测定，常用缓冲溶液CH3COOH―CH3COONa来调节。
使用氟电极测定溶液中氟离子浓度时，通常是综合考虑上述几种因素，使用总离子强度调节缓冲溶液（TISAB）来控制一定的离子强度、溶液的pH值和消除共存离子的干扰。本实验的TISAB的组成为NaCl、CH3COOH―CH3COONa和柠檬酸钠。
三、仪器与试剂
仪器：
1.pHS－3酸度计
2.PF-1型氟离子选择电极
3.231型单液接甘汞电极
4.电磁搅拌器
试剂：
1.氟标准贮备液（200mg•L-1）：分析纯NaF于120℃干燥2h，冷却后准确称取0.442g，溶解后于1000mL容量瓶定容。然后贮存于聚乙烯塑料瓶中。
2.总离子强度调节缓冲溶液：溶解12g柠檬酸钠（Na3C6H5O7·2H2O）和58gNaCl于50mL水中，加57mL冰醋酸，以6mol·L-1NaOH调节pH值至5.0～6.5，稀释至1L。
3.含氟水样
四、实验内容
1.仪器准备
开启仪器，选择“mv”测量，预热仪器约20min，接入氟电极与甘汞电极。并检查甘汞电极内KCl溶液是否需要添加，检查空白电位值是否符合要求。（仪器使用参见pH计的使用方法）
2.标准曲线法
（1）标准曲线的绘制
移取200mg·L-1标准NaF贮备溶液25mL于250mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。分别从中移取0.50，1.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00mL于50mL容量瓶中，各加入10.0mL总离子强度调节缓冲液，用蒸馏水稀释至刻度。配制成0.200、0.400、0.800、1.60、3.20、4.00mg·L-1系列NaF标准溶液各50mL。将上述溶液按由稀至浓的顺序依次倒入洗净并干燥的50mL塑料烧杯中，放入搅拌子，插入电极。用酸度计依次测定不同F-浓度溶液的电动势Ei。测定时搅拌2min，静置lmin，待电位稳定后读数。
（2）水样中氟离子浓度的测定
准确移取25.00mL水样于50mL容量瓶中，加10.0mL总离子强度调节缓冲液。用与标准曲线绘制相同操作测定试样的电动势，记为E1。
以测得的电动势E（mV）为纵坐标，以F-浓度的对数logcF-为横坐标作标准曲线。在标准曲线上找到水样所对应的浓度值，再求出水样中氟的含量(以mg·L-1为单位)。
3.标准加入法
准确移取25.00mL水样于50mL容量瓶中，加10.0mL总离子强度调节缓冲液。用与标准曲线绘制相同操作测定试样的电动势，记为E1。
在上述已测定电位值的水样溶液中准确加入浓度Cs为200mg·L-1，体积Vs为0.50mL的标准NaF溶液，继续同上测定操作，测定溶液的电动势记为E2。
按下式计算水样中氟离子的含量cx（以mg·L-1为单位)。
-1
式中，；cs为加入的标准溶液的浓度，Vs为加入的标准溶液的体积（m