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实验四十七用氟离子选择电极直接电位法测定牙膏中的氟

【目的要求】
1掌握一般pH/mV计的使用操作技术
2掌握用离子选择电极进行直接电位分析的原理与方法
3知道F含量过高对人体健康的危害性

【实验原理】
本实验采用直接电位分析法测定牙膏样品中的氟，氟电极电位与溶液中的

-
F活度符合Nernst方程，由氟电极与参比电极组成原电池其电动势方程E池=常数

-
+0.059lg[aF-]，在实际测量中要求测定F的浓度而不是活度，因此，实验中要固
定溶液的离子强度，使活度系数成为常数，从而使电极电位与F-浓度的对数

lgCF-的关系成线性，可用工作曲线法定量。目前，氟离子选择电极已广泛
应用于天然饮用水，工业氟污染水的分析中。
溶液中离子活度a是离子浓度c与活度系数f的乘积（a=fc），Dehye与
Huckel从理论上推导出离子活度f与溶液的离子强度µ的关系式：

lgf=−AZi

其中，Zi是离子的电荷，A是与温度和浓度有关的常数，但次式仅适用于极稀溶
液，Davies提出修正公式：

2
lgf=−AZi

离子强度µ是溶液中的各种离子的浓度C与它的价数Z的平方乘积的一半。
1
μ=CZ2
2∑ii

为了使样品溶液与标准溶液的离子活度系数相同，必须固定这两种溶液的

3-3-
离子强度。氟离子选择电极对[AlF6]、[FeF6]等络离子和氟化氢缔合物形式的
氟无响应或响应甚微。因此在含氟溶液中加入TISAB(TotalIonicStrength
AdjustmentBuffer)兼备以下作用：
（1）大量的电解质使溶液的总离子强度基本固定不变；
（2）作为缓冲液其pH值在5.0~5.5，消除了OH-的干扰，并且不易形成氟化

氢缔合物；

1
（3）其柠檬酸盐能络合Al3+、Fe3+等使原来被它们缔合的氟离子释放出来。

【仪器与试剂】
仪器
pH510型pH计/离子计；电磁搅拌器；氟离子选择性电极；Ag/AgCl电极；
超声波清洗器
试剂（实验室提前准备好）
（1）F-标准溶液（0.1000mol/L）:准确称取4.198g在120℃干燥过后的氟化
钠（A.R），以水溶解转入1000mL容量瓶中用水稀释至刻度，混匀转移至塑料瓶
中储备。
（2）TISAB（总离子强度调节缓冲溶液）：在500mL水中，加入57mL冰
醋酸（A.R），58.5g的氯化钠和0.3g的柠檬酸钠（A.R），用水稀释至1L，pH值
为5.0~5.5之间。
TISAB的组成与离子强度

2
组成CiZi

22
NaCl(1mol/L)1×1Na++1×1Cl-=2
HAc(0.25mol/L)弱酸≈0

22
NaAc(0.75mol/L)0.75×1Na++0.75×1Ac=1.5

22
柠檬酸三钠（0.001mol/L）0.001×3+0.003×1Na+=0.012

2
µ=1/2ΣCiZi=1/2(2+0+1.5+0.012)=1.75mol/LpH=5.0~5.5

【实验步骤】
（1）配制1.000×10-2~1.000×10-5的氟的标准溶液系列：取1个50mL的容量瓶，
准确加入5mL0.1000mol/L的氟标准溶液，加入25mLTISAB，用水稀释至刻度，
此溶液为1.000×10-2mol/L氟标准溶液。然后在1.000×10-2mol/L标准溶液的基础
上逐级稀释成1.000×10-3~1.000×10-5mol/L氟标准溶液，每个浓度差为十倍(注
意：除第一份溶液外，每个标准液均加入22.5mLTISAB溶液，想想为什么）。在
配制溶液的过程中注意润洗烧杯。使用取不同浓度溶液的四根吸量管，免去润洗

的麻烦。值得注意的问题：润洗和取5ml溶液的时候要节约，以免后面溶液测量

2
时不够用。
配制空白溶液：在容量瓶中加入25mLTISAB溶液，用去离子水稀释至刻度即可。

（2）标准氟工作曲线的制作：安装好实验装置，插上电源，按“ON”键打开
pH/mV计，再按“MODE”键将测量状态调至mV，把电极插入去离子水中在搅
拌的条件下洗涤至电位计读数在+400mV以上，更换去离子水后读数波动不超过
5mV表示电极已进入工作状态，可以进行测量。首先测量空白溶液，取清洗到
稳定值的电极，将空白溶液倒入烧杯中，放入搅拌子,调节转速至转动稳定（无
需转太快），插入氟离子选择电极和银-氯化银电极(浸没电极，不要碰到搅拌子，
不要有气泡，不要放在中心),放置5分钟左右，使电极适应缓冲溶液体系。记下
读数。如果电极下面有气泡，把电极提起来再放进去。
将适量（不能太少，液面离搅拌子太近溶液打到电极）标准溶液分别倒入4
只烧杯中,由稀至浓分别测量标准溶液的电位值（等到显示ready）,每次测定前将
搅拌子和电极上的水珠用滤纸擦干