任务6：牙膏中氟离子含量的测定

实验七离子选择性电极测定牙膏中氟离子含量1 实验目的了解离子选择性电极法的基本原理及其实验注意事项；熟练掌握离子选择性电极法测定牙膏中氟离子含量的实验操作。

2 实验原理2.1方法原理流动注射分光光度法的基本原理是在把一定体积的试样溶液注入到一个流动着的、非空气间隔的试剂溶液（或水）载流中。

被注入的试样溶液与载流中的试剂混合、反应，在反应盘管中形成一个区域。

进入流通检测器进行测定分析及记录。

在酸性介质中，水中的亚硝酸盐与磺胺反应生成重氮盐，再与盐酸萘乙二胺偶联生成红色染料，于540 nm波长处测定吸光值。

2.2仪器原理FIA 基本流路系统一般包括:载液驱动系统、注入阀或进样器、微型反应器、流通式检测器( 折光计、比色计、紫外/可见分光光度计、离子选择电极、原子吸光光度计、荧光计等) 、信号记录装置[1]。

其中蠕动泵驱动载液以恒定流率流过细微的管路;注入阀将一定体积的样品溶液重现地注入载液中;微型反应器则使注入的样品带在其中适当地分散, 并与载液( 或试剂) 中某些组分进行反应, 生成能使检测器产生适量响应值的产物;检测器和信号记录装置测量和记录下响应值数据。

FIA的三大要素：试样注入：通过进样阀实现控制进样体积或进样时间；试样带受控分散：反应盘管中完成；时间控制的高度再现：由泵和流路转换阀决定可在非平衡状态下检测。

泵：用于驱动载流通过细管；进样阀：重现地定量注入样品；转换阀：进行流路切换较少使用；转换阀：进行流路切换较少使用；反应器（管）：样品带在其中分散并与载流试剂中的组份反应，包括空管式反应器、填充床反应器以及单珠串反应器；检测器：检测样品带在分散过程中的反应情况，包括分子光谱检测器、原子光谱检测器、电化学检测器以及质谱检测器；输出一般为一个峰一次进样。

其特点主要包括：简单、方便、精确、重现、快速、可处理大量样品、样品和试剂用量少、可在平衡和非平衡状态下完成测定、密闭、减少污染和不安全因素。

流动注射分光光度法的流路图如图1所示。

含氟牙膏中氟离子的测定及分析含氟牙膏中氟离子的测定及分析萌芽杯科技大赛参赛作品——含氟牙膏中氟离子的测定及分析摘要：本文通过查阅文献，总结了含氟牙膏的配方组成、生产工艺以及氟的防龋原理及其作用，并对含氟牙膏中氟离子进行测定，对含氟牙膏的利弊进行了探讨，分析了如何正确选择使用含氟牙膏，而且做了关于含氟牙膏的问卷调查，阐述了当前人们对含氟牙膏的认识。

最后对含氟牙膏的市场前景进行预测和展望。

参赛人员：樊学峰姚元含氟牙膏中氟离子的测定及分析材料0503 樊学峰姚元本文通过查阅文献，总结了含氟牙膏的配方组成、生产工艺以及氟的防龋原理及其作用，并对含氟牙膏中氟离子进行测定，对含氟牙膏的利弊进行了探讨，分析了如何正确选择使用含氟牙膏，而且做了关于含氟牙膏的问卷调查，阐述了当前人们对含氟牙膏的认识。

最后对含氟牙膏的市场前景进行预测和展望。

关键词：含氟牙膏，氟化钠，单氟磷酸钠，防龋。

随着人们生活水平的提高，牙膏已成为人们日常生活中不可缺少的用品，纵览牙膏市场，尽管牙膏品牌繁多，但其中含氟牙膏一直处于市场的主导位置。

含氟牙膏对龋齿的预防作用早在50多年前就已经过研究得到了肯定。

但是最近在网上、报纸上开始沸沸扬扬地讨论起关于含氟牙膏话题：不正确使用含氟牙膏是否影响健康；儿童该不该使用含氟牙膏；国内生产的某些含氟牙膏是否严重超标等等。

因此，我们科技小组对市场上常见的几种含氟牙膏含氟量进行测定，同时进行社会调查，希望了解人们是否可以正确使用含氟牙膏及对含氟牙膏防蛀的认识程度。

最后总结探讨如何正确选择牙膏以及如何使用含氟牙膏。

附：补氟的标准当人体内缺乏氟时会产生龋齿，骨质疏松等病症；如果氟过量则会导致氟斑牙，氟骨症等。

因此补氟必须要有一个标准。

每天氟最大安全摄入量：7~15岁：1.9~2.1mg；成人：3.4mg 。

牙膏国家标准：GB8372-2001规定：牙膏中含F 量应在0.04%~0.15%之间。

水中含F 量一般为：0.5~1.0mg/L，相当于每天氟最大安全摄入量（7~15岁：1.9~2.1mg；成人：3.4mg ）。

牙膏中氟含量的测定一、实验目的1．掌握离子选择电极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。

3．学会使用离子选择电极的测量方法和数据处理方法。

二、方法原理氟离子选择电极是以氟化镧单晶片为敏感膜的电位法指示电极，对溶液中的氟离子具有良好的选择性。

氟电极与饱和甘汞电极组成的电池可表示为：其中0.059为25℃时电极的理论响应斜率，其它符号具有通常意义。

用离子选择电极测量的是溶液中离子活度，而通常定量分析需要测量的是离子的浓度，不是活度。

所以必须控制试液的离子强度。

如果测量试液的离子强度维持一定，则上述方程可表示为：用氟离子选择电极测量F-最适宜pH范围为5.5～6.5。

pH值过低，易形成HF2-影响F-的活度；pH值过高，易引起单晶膜中La3+水解，形成La(OH)3，影响电极的响应。

故通常用pH=6的柠檬酸盐缓冲溶液来控制溶液的pH值。

柠檬酸盐还可消除Al3+、Fe3+（生成稳定的络合物）的干扰。

使用总离子强度缓冲调节剂（TISAB），既能控制溶液的离子强度，又能控制溶液的pH值，还可消除Al3+、Fe3+对测定的干扰。

TISAB的组成要视被测溶液的成份及被测离子的浓度而定。

三、仪器试剂1、仪器与试剂PXD-2型离子计一台, PHS-2型酸度计一台, 电磁搅拌一套, 氟离子选择性电极、饱和甘汞电极各一个。

2、实验药品NaF、HAC、NaAC、NaCH 、NaOH、CDTA、柠檬酸钠四、实验步骤1、仪器装置按图2装好仪器。

附近环境应无浓盐酸等酸雾，也无强烈电磁场干扰。

2、配制氟离子标准溶液和TISAB缓冲溶液（1）F-标准溶液（0.1000mol/L)：准确称量2.0000g在120℃干燥后的干燥过后的氟化钠（A.R），以水溶解转入500mL 容量瓶中用水稀释至刻度。

（2）TISAB缓冲溶液的配制：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。

氟离子选择性电极测定牙膏中微量F-——标准曲线法[实验目的及要求]学习氟离子选择性电极测定微量F-的原理和测定方法。

正确使用氟离子选择性电极。

[实验原理]氟离子选择性电极的敏感膜为LaF3单晶膜（掺有微量EuF2，利于导电），电极管内放入NaF+NaCl混合溶液作为内参比溶液，以Ag-AgCl作内参比电极。

当将氟电极浸入含F-溶液中时，在其敏感膜内外两侧产生膜电位△M：（25℃）以氟电极作指示电极，饱和甘汞电极为参比电极，浸入试液组成工作电池：Hg, Hg2|KCl(饱和)||F-试渡|LaF3|NaF, NaCl（均0.1mol·L-1）AgCl, Ag工作电池的电动势（25℃）在测量时加入以HAc-NaAc，柠檬酸钠和大量NaCl配制成的总离子强度调节缓冲液（TISAB），由于加入高离子强调的溶液（本实验所用TISAB离子强度I>1.2），可以在测量过程中维持离子强调恒定，因此工作电池电动势与F-浓度的对数成线性关系：本实验采用标准曲线法测定F-浓度，即配制成不同浓度的F-标准溶液，测定工作电池的电动势，并在同样条件下测得试液的E x，由E-lg c F-曲线查得未知试液中的F-浓度。

当试液组成较为复杂时，则应采用标准加入法或Gran作图法测定。

氟电极的适用酸度范围为pH=5~6，测定浓度在100~10-6mol·L-1范围内，△M与lg c F-呈现性响应，电极的检测下限在10-7mol·L-1左右。

氟离子选择性电极是比较成熟的离子选择性电极之一。

其应用范围较为广泛。

本实验所介绍的测定方法，完全适用于各种不同试样中氟离子的测定，如人指甲中F-的测定（指甲需先经适当的预处理），为诊断氟中毒程度提供科学依据；采取适当措施，用标准曲线法可直接测定雪和雨水中的痕量F-；磷肥厂的废渣，经HCl分解，即可用来快速、简便地测定其F-含量；用标准加入法不需预处理即可直接测定尿中的无机氟河水中的F-，通过预处理，则可测定尿和血中的总氟含量；大米、玉米、小麦粒经磨碎、干燥、并经HClO4浸取后，不加TISAB，即可用标准加入法测定其中的微量氟；本法还可测定儿童食品中的微量氟。

C x V x C s V sV x V sC x C s V sV xC x离子选择电极法测定含氟牙膏中氟的含量一目的要求1. 掌握用标准曲线法测定未知物浓度。

2. 学会使用离子计和离子选择性电极。

二原理氟离子选择电极的电极膜由LaF3单晶制成，电极电位（25°C）为:b 0.0592 log a F测量电池为：氟离子选择电极丨试液（c=x ）|| SCE测定时试液中应加入离子强度调节剂TISAB。

标准曲线法，配制一系列标准溶液，以电位值0对logC作图，然后由测得的未知试液的电位值0,在标准曲线上查得其浓度。

标准加入法，首先测量体积为V<、浓度为C x的被测离子试液的电位值0 x,若为一价阳离子：X b slog a x b slog f x C x接着在试液中加入体积为V X,浓度为C x的被测离子的标准溶液，并测量其电位值0 1:V S C S V X C Xb slog f ■V S V X若V s<V X （通常为100倍），Vs可忽略，则假定f x-f s,合并以上两式重排后取反对数：CC x10 S1式中为两次测得的电位值之差；s为电极的实际斜率，可从标准曲线上求出。

用标准加入法时，通常要求加入的标准溶液的体积比试液体积小100倍，浓度大100倍，使加入标准溶液后测得的电位变化达20—30mV三仪器与试剂仪器数字离子酸度计；磁力搅拌器；电极：氟离子选择电极和饱和甘汞电极。

试剂1.0 x 10-1 mol/L F —标准贮备液：准确称取NaF（120°C烘1h）4.199g溶于1000mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

贮存于聚乙烯瓶中待用； 1.000 x 10-2—1.00 x 10-5mol/L F—标准溶液用上述贮备液配制；配制离子强度调节剂（TISAB）:称取NaCI 58克，柠檬酸钠10克，溶解于800毫升蒸馏水中，再加入冰醋酸57毫升，用固体氢氧化钠（或40%氢氧化钠溶液）调节到pH=5,最后稀释到1升。

仪器分析实验报告：直接电位法测定牙膏中的氟离子————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：选择电极直接电位法测定牙膏中的氟离子含量111111(1111111院，广州，519072)摘要: 本文采用氟离子选择性电极直接电位分析法测定了牙膏样品中的氟元素含量。

使用TISAB（总离子强度调节缓冲溶液）稳定溶液的总离子强度及pH，测定了一系列含氟离子溶液的标准曲线，在0.01-0.00001 mol/L的范围内线性相关系数为1.0000。

结果表明本牙膏样品中的氟含量为0.595 mg/g，符合国家标准规定的含氟牙膏中氟含量范围。

关键词: 氟离子牙膏选择电极直接电位法1 前言氟为人体必需元素，若饮用水中氟含量过高，会引起牙釉和骨软症，而适量氟对预防龋齿有利。

龋病是一种危害人类牙齿最常见的多发病，尤其以儿童更为普遍。

如何能及早预防儿童龋病的发生，是当今口腔医学上一重大课题。

目前最简便有效的方法是使用含氟化钠的牙膏刷牙，其目的是使氟离子与牙齿表面钙盐结合形成抗酸蚀能力较强的氟磷灰石保护层，以增强牙齿的抗酸蚀能力，达到预防龋齿的目的。

又由于氟化钠有毒，须严格控制其用量，因此测定牙膏中氟的含量具有重要的实际意义[1]。

目前氟化物的测定方法主要有[2-3]:分光光度法、离子色谱法、滴定法、扫描极谱法、原子发射光谱法、荧光法、气相色谱法等。

其中比色法方法简单，但灵敏度低；分光光度法测定时要将样品中F-转化为吸光物质，受条件影响因素较多；离子色谱法作为一种新技术, 发展很快, 但此法大多用于测定阴离子且仪器昂贵；滴定法涉及样品预处理操作，手续繁杂，特别对微量元素的测定准确度和精密度不高；气相色谱法需对分析物进行衍生。

本实验采用氟离子选择性电极法，直接溶样测定牙膏中游离氟，该法与其他方法相比，操作更简单，方便快速，灵敏度高准确，选择性好，仪器简单，成本低，是一种实用的测定氟离子方法。

实验报告学生姓名学号专业化学（师范）年级班级课程名称仪器分析实验实验项目牙膏中氟含量的测定实验类型 验证 设计 综合实验时间2020 年11 月8 日指导老师胡小刚实验评分一、实验原理牙膏中添加适量的氟是防龋齿的有效措施，氟在机体内有95%存在于骨骼和牙齿中。

国标规定：总氟量要大于等于牙膏总重的0.04%，并小于等于0.15%；可溶氟或游离氟则必须大于等于0.04%，一般用0.11%的即可。

一般情况下牙膏可溶性氟是游离氟的3. 2～4.5倍。

目前，牙膏生产厂家生产的双氟牙膏除添加氟化钠(钾)以外，还添加了单氟磷酸钠(钾)。

氟化钠在pH值为中性的水中主要以氟离子的形式存在。

而单氟磷酸钠(钾)则主要以单氟磷酸盐的形式存在。

但过量的氟会导致各种慢性氟中毒疾病，饮用水中含有氟的适宜浓度为0.5~1.0mg/L(F-)，当长期饮用含氟量高于1.5mg/L的水时，则易患斑齿病，如水中含氟高于4mg/L时，则可导致氟骨病。

测定游离氟的方法主要有氟离子选择电极法、氟试剂分光光度法、茜素锆比色法、离子色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、原子发射光谱法、荧光法等。

仪器法虽灵敏，但不易在基层实验室推广应用．分光光度法虽设备简单．但样品需进行繁琐的化学分离，难以获得理想的重复性。

本实验采用氟离子选择电极法，其测定可溶性氟具有方法简便，操作快速，可测线性范围宽，抗阳离子干扰能力强，不受浊度、色度的影响等优点。

因此，得到广泛应用。

氟离子选择性电极以氟化镧单晶为敏感膜，为提高其电导率，在氟化镧中掺杂少量氟化铕。

氟离子选择性电极的电位响应机制是，氟化镧单晶具有氟空穴的固有缺陷，氟离子可以在溶液和空穴之间迁移，因此电极具有良好的选择性。

氟离子选择性电极结构示意图见图12.1。

氟电极与饱和甘汞电极组成的电池可表示为：Ag,AgCl|(10−3mol/L NaF10−1mol/L NaCl) | LaF3 | F−试液 || KCl(饱和),Hg2Cl2 | HgE(电池)=E(SCE)−E(F)=E(SCE)−k+RT/F lnα(F,外)=K+ RT/F lnα(F,外)= K+0.059 lnα(F,外)式中，0.059为25℃时电极的理论响应斜率，其他符号具有通常意义。

牙膏中含氟的测定离子选择电极法测定牙膏中总氟含量一、实验意义及原理氟离子选择性电极是一种由LaF3单晶制成的电化学传感器。

当控制测定体系的离子强度为一定值时，电池的电动势与氟离子浓度的对数值呈线性关系。

二、仪器与试剂: 1）PHS-2型酸度计（电位计）2）饱和甘汞电极3）电磁搅拌器4）10-3 mol/L F-1标准贮备液5）总离子强度缓冲溶液（TISAB）6）溴钾酚绿指示剂三、实验步骤1. 样品预处理：准确称取含氟牙膏样1.0000g，置于塑料小烧杯中，加入10 mL浓热HCl，充分搅拌约20 min，用中速定量滤纸过滤，热水充分洗涤。

之后往滤液中加1~2滴溴钾酚绿指示剂（呈黄色），依次用固体NaOH溶液中和至刚变蓝，再用稀盐酸调至刚变黄(pH=6.0)，转入100 mL容量瓶中，定容备用。

2．仪器预热20 min，校正仪器，调节仪器零点。

将氟电极接仪器负极接线柱，甘汞电极接仪器E接线柱，将两电极插入蒸馏水中，开动搅拌器，反复清洗电极至空白电位（-300 mV）。

3. 标准曲线的制作：分别取10-3 mol/L F-1标准溶液0.5 mL，l.00 mL，5.00 mL，10.00 mL 于l00 mL容量瓶中，加入20 mL TISAB溶液，用去离子水稀释至刻度。

将系列标准溶液由低浓度到高浓度依次转入干的塑料杯中，放入搅拌子，电极插入被测试液，开动搅拌器5-8 min后，停止搅拌，读取平衡电位，在坐标纸上作E-lg[F-]曲线（或用电脑制作工作曲线，并求出电极斜率）。

4．牙膏中含氟量的测定取牙膏滤液样10.00 ml于l00 ml容量瓶中，加20.00 mL TISAB 溶液，用水稀释至刻度。

再将溶液转入干燥的塑料杯中，测E值。

四、结果处理1．氟离子选择性电极用蒸馏水洗3次，确定电位稳定值。

2．绘制E-lg[F-]工作曲线并得到线性回归方程。

3．由测得牙膏滤液的电位值，代入方程式计算出最终牙膏样中氟的含量C F。

1 氟离子选择电极直接电位法测定牙膏中的氟实验报告试剂与仪器试剂（1）F-标准溶液（L）：实验室提供；（2）TISAB（总离子强度调节缓冲溶液）：实验室提供，在500ml水中，加入57ml冰醋酸，的氯化钠和的柠檬酸钠，用水稀释至1L，pH值为至。

表一：TISAB的组成与离子强度组成C i Z i2NaCl（1mol/L）Hac（L）NaAc（L）柠檬酸三钠（L）I Z I2= mol/L pH=～112+112=2弱酸+=+=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。

～mol/L的氟的标准溶液系列的配置取50ml的容量瓶，加入L氟标准液，加入25mlTISAC，用水稀释至刻度。

照此法，配置～的氟的标准溶液，浓度差为10倍。

标准氟工作曲线的制作利用pH510型pH计/离子计，由稀至浓测量上述标准溶液系列的电位值。

以F-浓度的对数为横坐标，电位（mV）为纵坐标，绘制标准曲线。

标准曲线如图一。

牙膏中氟含量的测定准确称取的牙膏样品于小烧杯中，用25mlTISAB稀释转移到50ml容量瓶。

定容，超声波震荡几分钟。

取待测液用以上pH510型pH计/离子计测量此时溶液的电位值，记录于表一。

根据标准氟工作曲线以及样品的电位值求出牙膏中所含有的氟的浓度，并与国家标准进行比对。

3 结果与讨论数据记录表二：离子选择性电极直接测量牙膏中氟含量的结果记录表C F- / mol/L E /mV空白液483419358300242牙膏样品316表三：样品测定结果记录表样品质量/g牙膏中氟含量/%316数据处理根据所获得的实验数据，用Excel软件合成E（mV）-(-lgC F-)工作曲线，得到的工作曲线图和关系数据如图一所示：图一：E（mV）-(-lgC F-)工作曲线由工作曲线得知，线性回归方程E/mV=（C F-/mol/L）+,故牙膏中的氟含量为：C F-=10^［（）/］)=10^= 10-4mol/L;则牙膏里的F-含量为：m==;则牙膏里的F-含量为：w= mg/g;以质量分数百分含量表示：w，=%实验讨论～L的氟的标准溶液的配置在配置溶液时，每种浓度的标准溶液加入了25ml TISAB试液，其目的是：（1）作为缓冲液保持pH值在至，消除了OH-的干扰，并且不易形成氟化氢缔合物；（2）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；（3）保持溶液的总离子强度基本固定不变；（4）加快平衡时间。