离子选择电极法测定水中的微量氟离子

直接电位法—用氟离子选择电极测定水中氟

一、实验目的：掌握用离子选择电极测定微量离子的原理和实验方法。

二、实验原理：

氟离子选择电极由氟化镧单晶膜制成，其电极电位F 与F―浓度之间的关系符合Nernst方程：

FlgaF2.303RTKF

它与参比电极(SCE, 接正极)一起插入含F―试液组成电池，当控制试液的离子强度保持恒定时，其电池的电动势可表示为：

FC lgF2.303RTKESCEFSCE

即： E = K′ + S lg CF

式中K′与SCE、内(内参比电极的电位)、不(膜不对称电位)、液(液接电位)、活度系数γ有关，在一定条件下是常数。S为斜率。它与温度。离子选择电极性质有关，理论值是F2.303RT。一定温度下，每只电极有其固定的S值。所以电动势E与F―浓度的对数lgCF 成直线关系，这就是用氟离子选择电极(直接电位法)测定F―的理论依据。

① 选择性

阴离子: : OH- LaF3 + 3OH- ＝ La(OH)3↓ + 3F-

阳离子: Fe3+、Al3+、Sn(Ⅳ) ( 易与F-形成稳定配位离子)

② 支持电解质------控制试液的离子强度。

③ 总离子强度调节缓冲液-----控制试液pH和离子强度以及消除干扰。

三、实验仪器及药品

pHS–2型酸度计、氟离子选择性电极、饱和甘汞电极、电磁搅拌器 100 mg·L-1

F-的标准贮备液、总离子强度缓冲溶液（TISAB）。

四、实验步骤：

1. 溶液配制 (1) 标准系列的配置：用吸量管分别移取10 mg·L-1的氟标准溶液1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00于六支50 mL的容量瓶中，各加入TISAB液10 mL,

用去离子水稀释至刻度，摇匀，即得氟离子浓度相应为0.20、0.40、0.80、1.20、1.60、2.00 mg·L-1的标准系列。

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。

实验二 离子选择电极法测定氟离子

一、实验目的

1. 巩固离子选择电极法的理论

2. 了解并学会通用离子计的操作方法

3. 掌握校正曲线的分析技术

4. 了解氟离子电极测定的测试条件

二、方法原理

氟是人体必需的微量元素。摄入适量的氟有利于牙齿的健康。但摄入过多时，则对人体有害。轻者造成斑釉牙，重者造成氟胃症。

测定溶液中的氟离子，一般由氟离子选择电极作指示，饱和甘汞电极作参比电极，与待测液（或标准溶液）组成测量电池，可表示为:

Ag,AgCl，NaCl(0.1mol/L)∣LaF3膜∣（待测液或标准溶液）‖KCl(饱和溶液)Hg2Cl2，Hg

其电池电动势：E电池=φSCE-φF-

而φF-=φAg/Agcl+ K - FRTlnαF-

因此：E电池=φSCE-φAg/Agcl- K + FRTlnαF-

令：K’=φSCE-φAg/Agcl- K，则E电池= K’ + FRTlnαF-

在25℃时，E电池表示为:E电池=K’+0.059lgαF-

式中K’为内外参比电极电位及不对称电位常数。

这样通过测定电位值，即可得到氟离子的活度（或浓度）。本实验采用校正曲线法。配制一系列已知浓度的氟离子标准溶液，加入总离子强度调节剂（TISAB）,得到对应的电位值（E），绘制E--lgC F-校正曲线。未知样品测得电位值Ex值后，在校正曲线上查处对应的氟离子浓度，即得分析结果。

LaF3单晶敏感膜电极，在氟离子浓度为1.00×10-1---1.00×10-6mol/L的范围内，氟电极电位与lgC呈线性关系。 三、仪器与试剂

1.仪器:氟离子选择电极，232型饱和甘汞电极，磁力搅拌器，pHS—3C酸度计，塑料小烧杯5只，10ml移液管5支，25ml量筒一个，100ml容量瓶5个，250ml容量瓶，烧杯2个（250ml、100ml各一个），滴管、玻璃棒、吸耳球各一个。

氟离子选择电极测定氟的原理

氟离子选择电极测定氟的原理，听上去是不是有点复杂？别担心，我来给你讲讲。想象一下，氟就像一位调皮捣蛋的小朋友，虽然很小，却能在水中搞出大名堂。氟离子在水里会随意游荡，它可不是什么省油的灯。氟离子选择电极就是为了专门找它的。想象一下，咱们有一个超级灵敏的侦探，专门用来追踪这个小家伙的行踪。

氟离子选择电极的“身体”是由一种特殊的材料制成的。这种材料能和氟离子“心有灵犀”，像老朋友一样打招呼。氟离子碰到电极的时候，电极表面就会发生神奇的化学反应。就像一个聚会，氟离子到场后，电极的电位会发生变化。这变化就像电极在告诉我们：“嘿，有氟来了！”

怎么测量呢？其实很简单。我们把这个电极放到样品里，咔嚓一声，它就开始工作了。电极会生成一个电压，这个电压就像氟离子的“身份证”，我们可以通过这个电压来判断样品中氟离子的浓度。你可以想象，电极就像一个能读心的小工具，轻轻一测就能知道“氟”的心情如何。

这过程中，氟离子的浓度越高，电压就越大。就好比你请来了一群朋友聚会，人越多，热闹劲儿越足！电极通过电压的变化，把这个“派对”的规模告诉我们。这就像把一个秘密藏在了电压里，我们只需好好解读就行。

哦，对了！氟离子选择电极可不是随便哪个电极都能替代的。它特别“挑剔”，只对氟离子感兴趣。就像一个只爱吃榴莲的食客，不管桌上有多丰盛的美食，它的心里只有那一味。其他离子对它来说，就像路人甲乙，根本不在乎。这样一来，我们就能确保测量的准确性，省去很多麻烦。

再来说说应用吧。氟在水中浓度过高，可是对身体有害的，真是让人心惊胆战。测定水中氟的浓度，能帮我们及时发现问题，避免吃亏。想象一下，喝了带有高氟水的后果，绝对不是一件愉快的事情。通过氟离子选择电极，我们就能在第一时间把这个危险挡在门外。

不过，大家可能也知道，氟离子选择电极也有一些限制。比如，它在极端的环境下表现就不太好。你就想想，如果派对的环境太吵，电极可能会感到困惑，导致测量不准确。所以说，选择合适的条件才能保证测量的可靠性。