实验六 氟离子选择电极测定自来水中的氟含量一、 实验目的1. 了解氟离子选择性电极的基本性能及其使用方法2. 掌握用氟离子选择性电极测定氟离子浓度的方法3. 学会使用离子选择性电极的测量方法和数据处理方法二、 基本原理饮用水中氟含量的高低，对人的健康有一定的影响氟含量太低，易得牙龋病，过高则 会发生氟中毒，适宜含量为0.5~1.0 mg/L目前测定氟的方法有比色法和直接电位法比色法测量范围较宽，但干扰因素多，并且 要对样品进行预处理；直接电位法，用离子选择性电极进行测量，其测量范围虽不及前者宽， 但已能满足环境监测的要求，而且操作简便，干扰因素少，一般不必对样品进行预处理因 此，电位法逐渐取代比色法成为测量氟离子含量的常规方法氟离子选择性电极（简称氟电极）以LaF3单晶片为敏感膜，对溶液中的氟离子具有良好 的选择性氟电极、饱和甘汞电极（SCE）和待测试液组成的原电池可表示为：Ag|AgCl，NaCl，NaF|LaF3 膜 | 试液IKCl （饱和），Hg2Cl2 |Hg一般pH/mV计上氟电极接（一），饱和甘汞电极接（+），测得原电池的电动势为：E =Q -oSCE F -oSCE和OF分别为饱和甘汞电极和氟电极的电位。
当其他条件一定时E = K 一 0. 059 lg %（25°C） （1）25°C时电极的理论响应斜率；a「为待测试液中F-活度用离子选择性电极测量的是离子活度，而通常定量分析需要的是离子浓度假设加入适 量惰性电解质作为总离子强度调节缓冲剂（TISAB），使离子强度保持不变，贝皿）可表示为：E = K - 0. 059 x lgcF-=K + 0. 059 x （-lgc ）=K + 0. 059 x pFCF为待测试液中F-浓度，pF = -lgCFE与PF呈线性关系，因此只要作出E— PF的标准曲线，并测定水样的Ex值，由标准 曲线上即可求得水中氟的含量用氟电极测量F -时，最适宜pH范围为5.0〜5.5pH值过低，易形成HF、HF］等，降 低了a ； pH值过高，OH-浓度增大，OH-在氟电极上与F -产生竞争响应也由于OH-能 F -与单晶膜中LaF3产生如下反应：LaF3 + 3OH - r La(OH )3 + 3F -F-为电极本身响应而造成干扰故通常用柠檬酸盐缓冲溶液来控制溶液的pH值氟 电极只对游离氟离子有响应，而F -非常容易与Al3 +、Fe3 +等离子配位因此，在测定时 必须加入配合能力较强的配位体，如柠檬酸盐是较强的配位剂，还可消除Al3 +、Fe3 +等离 子的干扰，才能测得可靠准确的结果。
三、 仪器及试剂1. pH/mV计，电磁搅拌器，氟离子选择性电极，饱和甘汞电极；2. NaF标准储备液〔1mg/mL〕：将分析纯NaF在120°烘干，准确称取溶于二 次蒸馏水中，移入1L容量瓶中，稀释至刻度，即得到1 mg/mL的氟离子标准溶液，然 后储存在聚乙烯瓶中备用；3. NaF NaF标准储备液，置于100mL容量瓶中，用缓冲溶液(TISAB〕稀释 至刻度；4. 缓冲溶液〔TISAB〕〔即总离子强度缓冲溶液〕：称取58g NaCl及柠檬酸 钠溶于二次蒸馏水中，加冰醋酸60mL，用50%氢氧化钠调节pH值〜5.5，冷却至 室温，转入1L容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，转入洗净、干燥的试剂瓶中5. 50mL、100mL容量瓶、50mL烧杯各假设干四、 操作步骤1. 将氟电极和甘汞电极分别与pH/mV计上的接口正确相接〔氟电极接“-”，饱和甘汞 电极接“+”，用mV档测量〕，开启仪器开关，预热仪器2, 清洗电极于50 mL的烧杯中，加入30〜40 mL的蒸馏水，放入搅拌磁子，插入氟电极和饱和甘 汞电极至合适位置，开启搅拌器，调节搅拌速度适中，使之保持较慢而稳定的转速〔注意在 整个实验过程中保持该转速不变，切记〕，清洗电极。
假设mV计读数小于350mV，更换蒸 馏水，继续清洗，直至读数大于350mV3.标准曲线法〔校正曲线法〕mLmLmLmLmL的氟标准稀释溶液置于50mLmL，用水稀释至刻度，摇匀将部分溶 液倒入烧杯中，放入搅拌磁子，插入前面清洗好的两电极，开启搅拌器，待读数稳定后，读 取点位值按浓度从低至高依次测量测量结果列表记录在表1中mL，置50mLmL缓冲溶液，用水稀释至刻度并摇匀，将部分溶液倒入烧杯中，放入搅 拌磁子，插入前面清洗好的两电极，同上操作，读取稳定的测量电位值记录在表1中五、实验数据及其处理1. 数据记录及工作曲线的绘制：根据配制的系列标准浓度所测定的数据，在坐标纸上绘制E— PF曲线〔也可以利用电脑绘制标准曲线〕，得到标准曲线〔校正曲线〕回归计算得出标准曲线方程：相关稀释：r2=2. 水样中F-的实际含量的计算：根据水样测得的电位值E，在标准曲线上查到其对应的PF〔或由标准曲线方程得到〕， x然后在计算出稀释后水样中氟离子的浓度cx，最后计算出水样中氟离子的含量水样中氟离子的含量=2XCx六、注意事项1.氟电极浸入待测液中，应使单晶膜外不要附着水泡，以免干扰读数2. 测定时搅拌速度应缓慢而稳定。
3. 实验过程中，必须确保标准溶液测定顺序由低到高依次进行，假设测定未知浓度样 品时，需要用蒸馏水清洗氟电极后再测定，防止产生较大误差同时，应该注意用蒸馏水冲 洗过后，需要用滤纸吸去单晶膜上的水珠，而不能直接用手接触膜片因为本次实验用的单 晶膜比较敏感，用手擦可能损害膜片七、思考题1, 为什么要加入总离子强度调节缓冲剂？〔或柠檬酸盐在测量溶液中能起到那些作 用？〕答：①.柠檬酸盐缓冲溶液可以控制溶液的pH值；② .通过与Al3+、Fe3+形成比AlF3^、Fef^+稳定的络合物，消除Ala +、Fe3+等 离子的干扰；③ .调节离子强度2, 氟电极在使用时应注意哪些问题答：在使用时，一定要注意把溶液的pH值〜5.5之间因为氟离子选择性电极有较好的 选择性，主要干扰离子是OH-在碱性溶液中，电极外表会发生方应： LaF3 + 3OH - t La(OH )3 + 3F -，在较高的酸度下，由于hf . H,的生成，会使a f—降 低3, 为什么要清洗氟电极，使其响应电位值大于350mV?答：清洗氟电极是为了排除实验留在氟电极感应膜上的干扰离子，以消除其对实验的 影响，使其相应电位值大于350mV是为了证明氟离子电极的点位已经平衡好了。