实验六、离子选择电极法测定水体中氟离子的含量

一、实验目的

1、了解氟离子选择电极的构造及测定自来水中氟离子的实验条件。

2、掌握离子计的使用方法。

二、实验原理

氟离子选择电极是目前最成熟的一种离子选择电极。将氟化镧单晶封在塑料管的一端，管内装0.1 mol/L NaF和0.1 mol/L NaCl溶液，以Ag-AgCl电极为参比电极，构成氟离子选择电极(其结构如下图所示)。

用氟离子选择电极测定水样时，以氟离子选择电极作工作电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，组成的测量电池为：氟离子选择电极︱试液 ‖ SCE

如果忽略液接电位，电池的电动势为:

即电池的电动势与试液中氟离子活度的对数成正比，氟离子选择电极对氟离子的线性响应范围一般在1.0 × 10^-1 ～ 1.0 × 10^-6 moL/L范围。

1、氟离子选择电极具有较好的选择性，干扰主要有：

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、氟离子选择电极法测定的是溶液中离子的活度，因此，必须加入大量支持电解质（如NaCl）以控制试液的离子强度。

3、用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。通常用乙酸缓冲溶液控制溶液的pH。用柠檬酸钠进行掩蔽。

三、实验仪器与试剂

仪器：离子计或pH计，氟离子选择电极，饱和甘汞电极，电磁搅拌器，容量瓶（100 mL 7只），烧杯（100 mL 6个），10 mL移液管（2个），50 mL移液管（2个）。

试剂：F^-标准溶液（0.1000 mol/L），自来水样，离子强度调节缓冲液（TISAB）。

四、实验步骤

1、氟离子选择电极的准备

氟离子选择电极在使用前，应在含10^-4 moL/L F^-或更低浓度的F^-溶液中浸泡（活化）约30 min。

2、线性范围及能斯特斜率的测量

取5只100 mL容量瓶，用10.00 mL移液管移取0.100 mol/L F^-标准溶液于第一只100 mL容量瓶中，加入TISAB 10 mL，去离子水稀释至标线，摇匀，配成1.00×10^-2 mol/L F^-溶液；在第二只100 mL容量瓶中，加入1.00×10^-2 mol/L F^-溶液10.00 mL和TISAB 10 mL，去离子水稀释至标线，摇匀，配成1.00×10^-3 mol/L F^-标准溶液。按上述方法依次配制1.00×10^-6 ～1.00×10^-4 mol/L F^-标准溶液。

将适量F^-标准溶液分别倒入5只塑料瓶烧杯中，放入磁性搅拌子，插入氟离子选择电极和饱和甘汞电极，连接好离子计，开启电磁搅拌器，由稀至浓分别进行测量，在仪器指针不再移动或数字显示在±1 mV内，读取电位值。再分别测定其他F^-浓度溶液的电位值。

3、自来水样中氟含量的测定

（1）标准曲线法：准确吸取自来水样50.0 mL于100 mL容量瓶中，加入TISAB 10 mL，去离子水稀释至标线，摇匀。全部倒入一烘干的烧杯中，按上述实验方法测定电位值，记下数据。平行测定三次。

（2）标准加入法：在（2）测量后，加入1.00 mL 1.00×10^-3 mol/L F^-溶液后，再测定其电位值。

五、实验数据记录及处理

1、绘制标准曲线 绘制浓度对数与电势的关系曲线，确定该氟离子选择电极的线性范围及实际能斯特响应斜率。

2、测定水样的电势，并从标准曲线，查出被测试液F^-浓度（c_x)，计算出试样中氟含量。

3、标准加入法测定水样电势，计算自来水中F^－浓度的计算

注：求得三次平行测定水样中F^－浓度平均值、测量的标准偏差、相对标准偏差。

六、实验注意事项

1、测量标准溶液时，浓度应由稀至浓。

2、绘制标准曲线时，测定一系列标准溶液后，应将电极清洗至原空白电位值，然后再测定未知液的电位。

3、测定过程中，更换溶液时，测量键应断开，以免损坏离子计。

4、测定过程中，搅拌溶液的速度应恒定。

5、氟离子选择电极的纯水电位与电极组成有关，也与所用纯水的质量有关，一般为300 mV左右。

6、氟离子电极暂不用时，宜于干放。

七、思考题

1、用氟离子选择电极法测定自来水中氟离子含量时，加入TISAB的组成和作用是什么？

2、标准曲线法和标准加入法各有何特点？比较本实验用这两种方法测得的结果是否相同，如果不同，说明其原因。