操作练习二 离子选择性电极法测水中氟含量
一、目的要求
1、了解离子选择性电极法测定离子含量的原理。 2、了解使用总离子强度调节缓冲剂的意义和作用。
3、掌握标准曲线法和标准加入法测定水中微量氟的原理。 4、学会离子计的使用方法。 二、基本原理
氟离子选择性电极是以氟化镧单晶片为敏感膜的指示电极，它对溶液中的氟离子有良好的选择性响应。当氟离子选择电极（指示电极）和饱和甘汞电极（参比电极）插入试液中时，组成测量原电池。电池电动势E在一定条件下与F-活度αF-的对数值成直线关系，测量时，若指示电极接正，则：
E?K??2.303RTlg?F? （2-1） F当溶液的总离子强度不变时，离子活度系数也是常数，于是（2-1）式可写成： E?K?2.303RTlg?F? （2-2） F式中，K为截距电位，包括内外参比电极电位、液接电位、不对称电位和离子活度系数的不对数项等，一定测量条件下是常数。（2-2）式表明，在一定温度下，一定温度下，当溶液中离子强度保持不变，E和F-的浓度CF-的对数成直线关系。
为了保持溶液中总离子强度不变，通常在标准溶液与试样溶液中同时加入等量的惰性电角解质作总离子强度调节缓冲溶液（TISAB）。
溶液的酸度对测定有影响，酸性溶液中，H+与F-部分形成HF或HF-2，降低F-浓度，在碱性溶液中，LaF3膜与OH-发生交换作用而使F-溶液增加。氟电极最适宜于PH=5~7范围内测定。故通常用PH=6得柠檬酸盐缓冲溶液来控制溶液得PH值，柠檬酸盐还可以消除Al3?,Fe4?等对F3?的干扰。
氟电极的选择性好,除能与F?生成稳定络合物或难溶沉定的元素(如Al、Fe、Zr、Th、Ca、Mg、Li及稀土元素等)会干扰测定外，103倍以下的CI-、Br-、I-、SO2-4、HCO-3、NO3-、Ac-、C2O2-4等阴离子均不干扰，加入总离子强度调节缓冲剂，可以使溶液中离子平均活度系数保持定值，并控制溶液的PH值和消除共存离子的干扰。
当F-浓度在1～10-6mol/L范围内时，F-电极电位与pF(即-lgαF-)成直线关系，可用标准曲线法和标准加入法测定。
用离子活度计亦可对F-进行浓度直读测量（即测溶液的pF值），方法与测定水中pH值的方法相似。在将电极的斜率补偿到理论值后，用F-浓度标准溶液对仪器进行校正，再测水样，水样中的pF值（或F-的摩尔浓度值）即可直接读出，但要注意保持标准溶液和水样的离子强度基本相同。
三、仪器与试剂 1.仪器
PXD—2型离子计 或精密酸度计 1台 201氟离子选择性电极 1支 232型甘汞电极 1支 电磁搅拌器 1台 容量瓶 100mL 11个 吸量管 10mL 2支 移液管 25mL 各1支
塑料烧杯 50mL 8只 2.试剂
100μg/mL氟标准溶液μ 准确称取于120℃烘干2hr并冷却的NaF 0.2210g，溶于去离子水，转入1000mL容量瓶中，稀释至刻度，贮于聚乙烯瓶中。
μ
10.0μg/mL氟标准溶液 吸取100g/mL氟标准溶液10.00mL于100mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度。
总离子强度调节缓冲剂（TISAB）于1000mL烧杯中加入500mL去离子水和57mL冰醋酸，58gNaCI,12gNa3C6H5O7?2H2O（柠檬酸钠），搅拌至溶解。将烧杯放在冷水浴中，缓缓加入6mol/L NaOH溶液（约125mL），直到pH值到5.0~5.5之间，放至室温，转入1000mL容量瓶中，用去离子不稀释至刻度。
四、操作步骤
（一）氟电极的准备
电极使用前在10-3mol/L NaF溶液中浸泡1～2h，进行活化，再用去离子水清洗电极到空白电位，即氟电极在去离子水中的电位，约—300mV左右（此值各支电极不一样），电极内装电解质溶液（0.1mol /L NaF?0.1mol/L NaCl），为防止晶片内侧附着气泡而使电路不通，在电极使用前，可让晶片朝下，轻击电极杆，以排除晶片上可能附着的气泡。
（二）标准曲线法
1、溶液的配制。准确吸取10.0μg/mL的氟标准溶液2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL及待测水样25.00mL，分别放入6个100mL容量瓶中，各加入TISAB溶液10mL，用去离子水稀释至刻度，摇匀。
2、电位得测量。将上述标准系列溶液由低浓度到高浓度依次转入塑料烧杯中（空白溶液除外），插入氟电极和参比电极，电磁搅拌2min，静置1min待电位稳定后读取，平衡电位值（达平衡电位所需时间还与电极状况，溶液浓度浓度和温度等有关。视实际情况掌握），最后，如需测定待测水样的电位值此值也即为标准加入法计算结果所需的E1。
（三）标准加入法 1、准确吸取25.00mL待测水样于100mL容量瓶中，再准确加入1.00mL浓度为100μg/mL的氟标准溶液，然后加入TISAB溶液10mL，用去离子水稀释至刻度，摇匀。
2、将上述配置好的溶液转入塑料烧杯中，插入氟离子选择性电极和饱和甘汞电极，电磁搅拌2min，静置1min，读取稳定电位值，即为E2。
五、实验记录 1、标准曲线法 氟标准溶液/mL 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 待测水样 100 mL容量瓶中所 2
含氟离子质量mF--lgm mF- E 2.标准加入法 溶液 待测水样 加入氟标准溶液的待测水样 E 六、 数据处理及计算结果 1、标准曲线法
以电位值E纵坐标，氟离子浓度的对数为横坐标，绘制标准曲线（或采用半对数坐标纸绘制）。根据待测水样的电位值Ex（即 E1）从标准曲线上查出F—浓度,再求出待测水样的原始浓度（μg/mL）。
2、标准加入法
根据待测水样加入氟标准溶液前后的电位值E1和E2，按下式计算待测水样的氟含量。
cF?(?g/mL)??c10E2?E1/S?1
七、思考题
1、用氟电极测F—浓度的原理是什么？
2、用氟电极测得的电位是F—的浓度还是活度的响应值？在什么条件下才能测得F—浓度？
3、总离子强度调节缓冲溶液是由哪些组分的？各组分的作用是怎样的？ 4、测得F—标准系列溶液电位值，为什么测定顺序要由稀到浓？
5、用普通坐标纸与半对数坐标纸所作标准曲线是否一致？为什么？使用哪一种坐标纸方便？
6、试通过实验比较标准加入法和标准曲线法的优缺点和应用条件，分析和比较它们之间的误差。
7、实验中如何保证标准加入法的准确度？
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操作练习二离子选择性电极法测水中氟含量目的要求1了解离子
