用氟离子选择电极测定水中氟离子实验报告

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实验四水中氟化物的测定—离子选择电极法

水中氟化物的含量是衡量水质的重要指标之一，生活饮用水水质限值为

1.0mg·L-1

。测定氟化物的方法有氟离子选择电极法、离子色谱法、比色法和容量滴定法，前两种方法应用普遍。本实验采用氟离子选择电极法测定游离态氟离子浓度，当水样中含有化合态（如氟硼酸盐）、络合态的氟化物时，应预先蒸馏分离后测定。

一．实验目的和要求

1.掌握用离子活度计或pH计、晶体管毫伏计及离子选择电极测定氟化物的原理和测定方法，分析干扰测定的因素和消除方法。

2.复习教材第二章中的相关内容；在预习报告中列出被测原电池，简要说明测定方法原理和影响测定的因素。

二.仪器

1.氟离子选择电极（使用前在去离子水中充分浸泡）。

2.饱和甘汞电极。

3.精密pH计或离子活度计、晶体管毫伏计，精确到

0.1mV。

4.磁力搅拌器和塑料包裹的搅拌子。

5.100mL、50mL容量瓶。

6.10.00mL、

5.00mL移液管或吸液管。

7.100mL聚乙烯杯。

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三.试剂

所用水为去离子水或无氟蒸馏水。

1.氟化物标准贮备液：

称取

0.2210g基准氟钠（NaF）（预先于105～110℃烘干2h或者于500～650℃烘干约40min，冷却），用水溶解后转入1000mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀。贮存在聚乙烯瓶中。此溶液每毫升含氟离子100µg。

2.乙酸钠溶液：

称取15g乙酸钠（CH

3COONa）溶于水，并稀释至100mL。

3.盐酸溶液：2mol·L-1。

4.总离子强度调节缓冲溶液（TISAB）：

称取

58.8g二水合柠檬酸钠和85g硝酸钠，加水溶解，用盐酸调节pH至5～6，转入1000mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀。

5.水样①，②。

四.测定步骤

1.仪器准备和操作：

按照所用测量仪器和电极使用说明，首先接好线路，将个开关置于“关”的位置，开启电源开关，预热15min，以后操作按说明书要求进行。

实验一 水中微量氟的测定（离子选择性电极法）

一、实验目的

1．了解氟离子选择电极测定水中微量氟的原理和方法；

2．掌握离子计的使用方法。

二、实验原理

离子选择电极是一种电化学传感器，它将溶液中特定离子的活度换成相应的电位。当氟离子选择电极（简称氟电极）插入溶液时，其敏感膜对Fˉ产生响应，在膜和溶液间产生一定的膜电位：

jn= K-2.303RT/FlgɑF-

在一定条件下膜电位膜与Fˉ活度的对数成直线关系。当氟电极与饱和甘汞电极插入被测溶液中组成原电池时，电池的电动势E在一定条件下与Fˉ活度的对数成直线关系：

E= K-2.303RT/FlgɑF-

式中K为常数，通过测量电池电动势可以求出Fˉ的活度。 当溶液的总离子强度不变时，离子活度系数为一定值，则有

E= K-2.303RT/FlgcF-

E与Fˉ的浓度cF-的对数成直线关系。因此，为了测定Fˉ的浓度，常在标准溶液与试样溶液中同时加入相等的足够量的中性电解质作总离子强度，调节缓冲溶液(TISAB)，保持较高的离子强度，使它们的总离子强度近似一致，不再受样品或标准溶液中原有离子含量的影响。因而样品溶液和标准溶液中待测离子的活度系数可认为相等。

当Fˉ浓度在1.01.010-6mol/L范围时，氟电极电位与pF成直线关系，可用标准曲线法或标准加入法进行测定。

氟电极只对游离的Fˉ有响应。在酸性溶液中，H+与部分Fˉ形成HF或HF2ˉ，会降低Fˉ的浓度。在碱性溶液中，LaF3薄膜与OHˉ发生交换作用而使测定结果偏高。因此，溶液的酸度对测定有影响。氟电极适宜于测定的pH范围为5-7.

氟电极的最大优点是选择性好。能与Fˉ生成稳定配合物或生成沉淀的元素（如Al、Fe、Zr、Th、Ca、Mg、Li及稀土元素）会干扰测定，通常可用柠檬酸、DCTA、EDTA、 磺基水杨酸及磷酸盐等掩蔽。 其他阴离子（如Clˉ、Brˉ、Iˉ、SO42ˉ、NO3ˉ、Acˉ、C2O42ˉ等）均不干扰测定。加入总离子强度调节缓冲液，可以起到控制一定的总离子强度和酸度，以及掩蔽干扰离子等多种作用。

一、实验目的

1. 掌握氟离子选择电极法测定水中氟离子的原理和方法。

2. 熟练操作氟离子选择电极，并了解其工作原理。

3. 学会利用标准曲线法进行定量分析。

二、实验原理

氟离子选择电极是一种电位型离子选择性电极，其电极电位与氟离子活度的对数呈线性关系。在一定条件下，氟离子浓度越高，电极电位越低。通过测量电极电位，可以计算出水中氟离子的浓度。

三、实验仪器与试剂

1. 仪器：

- 氟离子选择电极

- 参比电极（如饱和甘汞电极）

- 离子活度计或pH计

- 磁力搅拌器

- 实验室常用玻璃仪器

2. 试剂：

- 氟化钠标准溶液（浓度为0.1mol/L）

- 硝酸溶液（浓度为0.1mol/L）

- 硫酸溶液（浓度为0.1mol/L）

- 去离子水

- 蒸馏水

四、实验步骤

1. 将氟离子选择电极和参比电极插入待测水样中，打开搅拌器，待电极电位稳定后，记录电极电位。 2. 用移液管吸取一定体积的氟化钠标准溶液，用去离子水稀释至一定体积，重复步骤1，得到一系列不同浓度的氟化钠标准溶液。

3. 以氟化钠标准溶液的浓度为横坐标，电极电位为纵坐标，绘制标准曲线。

4. 用移液管吸取一定体积的待测水样，用去离子水稀释至一定体积，重复步骤1，得到待测水样的电极电位。

5. 在标准曲线上，找到与待测水样电极电位相对应的氟化钠浓度，即为待测水样中氟离子的浓度。

五、实验结果与分析

1. 标准曲线绘制：根据实验数据，绘制氟化钠标准溶液浓度与电极电位的标准曲线。

2. 待测水样中氟离子浓度计算：根据标准曲线，找到与待测水样电极电位相对应的氟化钠浓度，即为待测水样中氟离子的浓度。

六、实验讨论

1. 实验过程中，氟离子选择电极应避免长时间浸泡在水中，以免电极膜受损。

2. 待测水样在测定前需充分搅拌，以保证水样中氟离子的均匀分布。

3. 实验结果受温度、电极电位等因素的影响，需注意实验条件的一致性。

陕西理工学院·化学与环境科学学院·仪器分析实验教学组

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仪器分析实验讲义04

实验地点 化学楼205 实验学时 3 授课教师

实验项目 氟电极法测定自来水中的氟含量

预习提要

1. 氟离子选择电极基本构造，内参比电极；

2. 直接电位法基本原理； 3. TISAB的组分构成和作用；

实验报告部分

一、实验目的与要求

1. 掌握离子选择性电极的响应机理；

2. 学会使用离子计；

3. 掌握氟离子电极测定F-的条件。

二、实验原理

1. 直接电位法

电位分析法是通过测定在零电流条件下的电极电位和浓度间的关系进行分析测定的一种电化学分析法。它包括直接电位法和电位滴定法。电位分析法一般使用一支指示电极和一支参比电极。其中，指示电极的电极电位与待测离子的活度（或浓度）符合能斯特方程：

2. 离子选择性电极及响应机理

离子选择性电极是一类利用膜电位测定溶液中离子的活度或浓度的电化学传感器，当它和含待测离子的溶液接触时，在它的敏感膜和溶液的相界面上产生与该离子活度直接有关的膜电位。

当敏感膜两边分别与两个不同浓度或不同组成的电解质相接触时，膜两边交换、扩散离子数目不同，形成了双电层结构，在膜的两边形成两个相界电位，产生电位差，即形成膜电位。

氟离子选择电极是目前最成熟的一种离子选择性电极。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0.1mol·L-1 NaF和0.1mol·L-1 NaCl溶液，以Ag/AgCl电极为参比电极，构成氟离子选择电极。 测定时，以F-选择电极作指示电极，以饱和甘汞电极作参比电极，组成测量电池。

3. 总离子强度调节剂

由于离子选择性电极响应的是离子活度，但离子活度只在较稀释的溶液内和离子浓度相等。离子的活度取决于由离子内容决定的样品溶液中的离子强度。为确保标准液和样品液离子强度相同，需要向溶液中加入离子强度调节剂。另外，有些离子选择性电极只能用于一定范围pH值溶液内。在离子强度调节剂内加缓冲液可以将标准液和样品液调节至要求的pH值。更为复杂一些的离子强度调节剂配方还会加入一些能和可能发生的干扰的离子进行螯合的添加剂。离子强度调节剂还含有如抗氧化剂之类的防腐剂。